起初,在体验3级到4级地震时(地震烈度约为5—6度),模型只是在试验台上轻微晃动。随着地震烈度的不断增加,模型晃动的幅度增大,两侧的砖石墙体出现垮塌。加码到10.1级地震强度时,地震波烈度的峰值已超过历史地震的最大值,振动台加载装置也已达到工作极限。
然而,在如此剧烈的地震作用下,试验模型仍然保持稳定摇晃,并在震后基本能够恢复到初始状态,建筑整体屹立不倒,立柱只是发生了轻微的位移,充分体现了中国传统木构古建在地震作用下“墙倒屋不塌”的特点。
“理查德曾向我描述,他在现场感受到,在强震作用下,有一个巨大的冲击力扑向模型。模型开始摇晃,但是始终保持稳定状态。在复位过程中,古建筑模型像揉太极球一样,把地震力往外推了出去。这很像中国太极功夫中的以柔克刚,四两拨千斤。”周乾说道。
理念先进 强震不倒靠隔震
故宫建筑模型表现出的“强震不倒”靠的是什么?周乾指出,中国是世界上最早将隔震理念应用到建筑中的国家,故宫建筑的设计建造中充分考虑了抗震的需求,采用了多项隔震技术。
所谓建筑隔震,就是在建筑基础部位安放可运动装置;地震发生时,通过装置的运动来耗散、吸收部分地震能量,并错开地震波的频率,从而减轻地震对建筑的损害。
故宫古建筑的隔震是如何实现的呢?周乾举例解释道,比如建筑的柱根并非插入地底下,而是平摆浮搁在柱顶石上。地震作用下,柱根在柱顶石上往复运动,产生摩擦滑移隔震效果。
故宫古建筑的梁与柱采用榫卯节点形式连接,梁端做成榫头形式,插入柱顶预留的卯口中。地震作用下,榫头与卯口之间反复开合转动,并产生小量拔榫。拔榫即榫头从卯口拔出,但不是脱榫,榫头始终搭在卯口位置。这种相对转动也是摩擦减震、隔震机理的体现。