徐珂 : 建筑结构设计 建筑博客 一个普通结构工程师的建筑结构设计博客

应县木塔

    释迦木塔位于应县城内西北佛宫寺内,俗称应县木塔。建于辽清宁二年(公元1056年),金明昌六年(公元1195年)增修完毕。是我国现存最高最古的一座木构塔式建筑。为全国重点文物保护单位。

      木塔建造在四米高的台基上,塔高67.31米,底层直径30.27米,呈平面八角形。第一层立面重檐,以上各层均为单檐,共五层六檐,各层间夹设暗层, 实为九层。因底层为重檐并有回廊,故塔的外观为六层屋檐。各层均用内、外两圈木柱支撑,每层外有24根柱子,内有八根,木柱之间使用了许多斜撑、梁、枋和 短柱,组成不同方向的复梁式木架。有人计算,整个木塔共用红松木料3000立方,约2600多吨重,整体比例适当,建筑宏伟,艺术精巧,外形稳重庄严。

      塔身底层南北各开一门。二层以上周设平座栏杆,每层装有木质楼梯,游人逐级攀登,可达顶端。二至五层每层有四门,均设木隔扇,光线充足,出门凭栏远眺, 恒岳如屏,桑干似带,尽收眼底,心旷神怡。塔内各层均塑佛像。第1层为释迦牟尼,高11米,面目端庄,神态怡然,顶部有精美华丽的藻井,内槽墙壁上画有六 幅如来佛像,门洞两侧壁上也绘有金刚、天王、弟子等,壁画色泽鲜艳,人物栩栩如生。二层坛座方形,上塑一佛二菩萨和二胁侍。三层坛座八角形,上塑四方佛。 四层塑佛和阿难、迦叶、文殊、普贤像。五层塑毗卢舍那如来佛和人大菩萨。各佛像雕塑精细,各具情态,有较高的艺术价值。

      塔顶作八角攒尖式,上立铁刹,制作精美,与塔协调,更使木塔宏伟壮观。塔每层檐下装有风铃,微风吹动,叮咚作响,十分悦耳。


      应县木塔的设计,大胆继承了汉、唐以来富有民族特点的重楼形式,充分利用传统建筑技巧,广泛采用斗拱结构,全塔共用斗拱54种,每个斗拱都有一定的组合 形式,有的将梁、坊、柱结成一个整体,每层都形成了一个八边形中空结构层。设计科学严密,构造完美,巧夺天工,是一座既有民族风格、民族特点,又符合宗教 要求的建筑,在我国古代建筑艺术中可以说达到了最高水平,即使现在也有较高的研究价值。

      木塔自建成后,历代名人挂匾题联,寓意深刻, 笔力遒劲,为木塔增色不少。其中:明成祖朱棣于永乐四年(公元1406年),率军北伐,驻宿应州,登城玩赏时亲题“峻极神功”;明武宗朱厚照正德三年(公 元1508年)督大军在阳和(山西阳高县)、应州一带击败入塞的鞑靼小王子,登木塔宴请有功将官时,题“天下奇观”。塔内现存明、清及民国匾、联 54  块。对联也有上乘之作,如“拔地擎天四面云山拱一柱,乘风步月万家烟火接云霄”;“点检透云霞西望雁门丹岫小,玲珑侵碧汉南瞻龙首翠峰低”。此外,与木塔 齐名的是塔内发现了一批极为珍贵的辽代文物,尤其是辽刻彩印,填补了我国印刷史上的空白。文物中以经卷为数较多,有手抄本,有辽代木版印刷本,有的经卷长 达30多米,实属国内罕见,为研究我国辽代政治⒕ 煤臀幕 峁┝吮 蟮氖滴镒柿稀?/font >

   应县木塔的每一个明层的结构,分为三个部分,由里及外依次是内槽、外槽和走廊。内层是静态的中心区,是佛和菩萨的塑像;外槽是礼佛人、信徒的活动区;再走出去是塔身周围的走廊,这是游人的活动区。三个层次体现了“以佛为中心”的主题,人的活动围绕佛而展开。

    塔内有各种佛像24坐,还曾发现过大批辽代秘藏,其内容多是有关佛经、佛画等文物。记者在应县木塔中看到,塔的第一层有11米高释迦牟尼全身像端坐于莲花 台,墙壁绘有如来、金刚等画像;二层正中方坛上,有一佛四菩萨--释迦牟尼佛和东西胁侍菩萨、普贤菩萨、文殊菩萨;三层八角座坛上塑四方佛;四层方型坛座 上端坐释迦牟尼佛,还有阿难、文殊菩萨、普贤菩萨;五层释迦牟尼佛端作中央,八菩萨分坐八方。应县当地的僧人们认为,佛塔每一层都以不同形式在诠释佛法的 不同境界。

   木塔楼梯的布置按照顺时针方向来转,实际上体现了佛教轮回的观念。转一圈上升一层,每一层代表不同的境界。旋转过程中以佛为中心,由低到高,逐次抛弃心中邪念、杂念,做到心无杂尘一心向佛。

    应县木塔的高度应当代表了木建筑可以达到的“终极高度”。这个“终极高度”主要得益于应县木塔独特精美的力学结构和工程结构。因为,应县木塔的其它条件也 并无特殊之处。从材质上看,是华北地区的落叶松,不是最致密和坚固的;从木塔所处的地壳结构看,正好是一个地震多发的地壳运动活跃地带,木塔经过历史上多 次大地震安然无恙;从历史上看,应县也经过多次战火洗礼,尤其是在上个世纪30年代军阀混战时,200多发子弹和1发炮弹打入应县木塔,至今在二层的暗层 还嵌着一颗炮弹弹头。

   应县木塔是世界上唯一没有经过落架大修的最高木塔。历史上在亚洲国家建设的木制佛塔不在少数,但相比起来, 应县木塔高度最高,而且保存千年没有经过落架大修。在日本等国家,也有同时期的木塔,但没有达到应县木塔的高度,而且经过了历次落架大修。柴泽俊说,在其 他国家的木塔,一般情况下,木塔300年要进行大修,每次大修,都要更新大约三分之一的构件;如果大修三次,木塔就很难保持初始的风貌了。而中国的应县木 塔迄今已经建950年,只是经过局部很小的加固维修和局部彩绘,保持了辽宋时期木制佛塔的原貌风格。

   应县木塔耗用了上万方木材, 而且是以大径木材为主。专家测得,木塔的312根木柱中,最粗的直径64厘米,最细的直径48厘米。至于各层的大梁,更是粗得现在少见。除斗栱中使用少量 的榆木外,大部分使用的是落叶松。前些年有关科研部门对塔上材质进行测试化验,确认是华北落叶松。那么,如此巨量的粗大木材从何而来呢? 目前比较普遍的 说法是:当年附近的黄花梁森林就是建塔用材之源。早在千年以前,建塔之地往西北不远的地方叫黄花梁,是一片茂密的原始森林。据《辽史》记载,兴宗皇帝曾狩 猎黄花梁,能一日射熊36只,森林面积之广可想而知。迄今,当地百姓仍口碑相传“砍倒黄花梁,建起应州塔”。

   应县木塔建成之 初,南门和北门的位置一样,游人可在副阶回廊柱内完整地绕塔一周。应县木塔建于辽清宁二年,根据辽塔的建筑特征,都是东南西北四面开门,而应县木塔阶基上 四面都有月台,且二、三、四、五层也都是四面装门。这就是说,木塔建成时,也是东南西北四面开门,而且门的位置都像现在北门那样,设在檐柱明间。内槽只是 南北开门。还有,辽代建筑一般都是砌筑厚重的檐墙,如蓟县独乐寺的观音阁,大同善化寺的大殿等,檐柱都用很厚的墙加以围护。而木塔本身比它们规模大,又设 内外槽,是双层套筒结构,所以筑两层厚墙用以护柱。时过400多年,一层柱子不堪重负,发出“呼救”。于是,在明正德十三年(1518年)维修当中,拆墙 增柱,加大围护作用。当时,出于加固塔身的缘故,也顺便把东西门取消,砌墙封堵。专家们发现,第一层的后加柱子与以上各层的后加柱子在用料、加工方面显著 不同。第一层现在内外墙墙下的隔减是用明代城砖砌成,砖的规格与在应县古城边找到的明代城墙的城砖完全一样。还有,南门东西两壁的壁画也是明代作品。这些 都说明,现在木塔一层内外墙是明正德三年那次维修中改建而成,现测得外墙厚2.86米,内墙厚2.60米,基本上保持了辽代原貌。也正是在这次加固维修当 中,将木塔的正南门前移。在副阶南面正中间两边,用砖墙隔断划入塔身之内。虽然只增加了厚不足1米,长约6米的土墙,但作用却非同小可。一是突出了正面入 口的明显位置,给人以宏大庄重、宽敞明快的感觉。二是使塔内多出一间“门厅”。由于两重厚墙占去了很大面积,一层外槽原显得十分狭窄。将南门外移后,扩大 了内部空间,改观了狭窄环境,这确实是一次非常巧妙而又成功的改革。现在,改造的痕迹在门内两檐柱上仍依稀可见。

   楼阁式的应县木塔,从外观看是五层八角,如果加上四个暗层,又可以说是九层。五层也罢、九层也罢,层数为单,而角数是双。这在佛教意义上有无讲究?关于这个问题,并不是木塔独立存在,我国绝大多数的古塔都是这样的。

   塔是随佛教传入中国的,最早称作“偷婆
”、“浮屠”、“佛图”等,这都是梵语“(六<上>+卒<下>)堵坡”音译而来。塔一般是安置佛舍利的建筑。舍利是梵语死尸的音译,这里指释迦牟尼圆寂火化后,结成的五光十色、晶莹剔透的物体,实际上就是未化的遗骸和佛牙。

    关于建塔的平面形状和层数,这在佛教经典里并没有什么明确的规定,完全是体现了我国传统的建筑特征。塔本墓冢之意,而又多称为圆冢。我国的佛塔向来是以一 种建筑形式出现的,并非是安置佛舍利专用。古代建筑多以木结构为主,而木塔又不能做成圆形的,于是就做成方形、六角形、八角形,甚至还有十二角形,使它尽 量接近圆形。以后使用砖石等材料建塔也都模仿了木结构的式样。现在,我们看到除覆钵式塔是圆状外,其它如楼阁式、密檐式等塔的平面都是以双角出现的。

    我国现存的古塔,以七至十三层居多,而又都是单数不是双数。这是与我国古代的“阴阳五行”学说有着不可分割的联系。“阴”和“阳”是我国古代哲学上的两个 对立的概念,广泛运用于多种学科。《周易》云:“阳卦奇,阴卦偶”。古代数学把单数称为奇数,作为“阳”的象征,把双数称为偶数,作为“阴”的象征。还有 人生属阳,死后属阴等等。为了奉佛、敬佛,佛教中的许多活动都是单数,建塔的层数也就以此而来,以表吉祥之意。所以说,木塔的五层八角在佛教中并没有什么 特殊的讲究。

   “远看擎天柱,近视百尺莲”,人们在盛赞木塔巍峨雄姿的当中,也极力褒赏斗(木+共)结构的美妙。斗(木+共),这个我国古代建筑中具有显著特征,或者说是具有特异功能的构件,在木塔的建筑中发挥了不可估量的作用。

    斗(木+共)是由比较小的方木块和木枋组成,斗是(木+共)与(木+共)和整个斗(木+共)与柱头的铺垫构件,(木+共)是里外悬挑左右拉接的构件。另 外,还有斜插的昂,是一个具有杠杆性质的构件。斗(木+共)有时也被称作“铺作”。在木塔建筑中,斗(木+共)美学上的装饰作用,结构上的支撑、连接、悬 挑作用发挥得淋漓尽致。为了适应各种结构的不同要求,斗(木+共)的作法灵活多样。全塔共使用斗(木+共)54种,基本上分为两类,一类是平座内槽及外檐 铺作里转,用方木沿内槽各面柱头缝,重叠铺设成八边形圈状体。每个角上、每面与外檐柱相对位置及每面当中,都有枋与外檐柱相连接。使内外两筒结构成一整 体,负担全部荷载。另一类是塔身各层斗(木+共)及平座各层外檐斗(木+共)的外转。这类斗(木+共)在结构、用料、外形方面与第一类有所区别,但实质一 样,都是由重叠起来的枋子,组成两个大小相套的八边形圈状体。它的悬挑功能比较突出,最大距离可达1.8米。出跳的作用是加强横向结合,如果内外铺作受到 相反力量,有散开趋势时,它能起到很好的制约作用。由于是重叠铺设,斗(木+共)为木塔塔体的增高也发挥了非常明显的作用。

   应县木塔上的斗(木+共)种类繁多、形态各异、功能有别,无怪乎当今许多中外建筑专家都把它称作为中国最古老、最完美的斗(木+共)博物馆。

    应县木塔是楼阁式建筑,总高67.31米,相当于现在楼房20层那么高。楼房几层就是几层,而木塔为什么既有明层又有暗层,5明4暗共计9层呢?当年木塔 的建造者匠心独具,在设计上自有他的一番妙用。我们先打一个比方,一根长长的竹竿,里面是空的,而为什么(山+尧、山+尧)不折呢?这是因为,竹
子每隔一段就生长出一个坚固的竹节。就是这环环竹节才让长长的竹竿撑起了腰,直而不屈。如果把木塔看作是一个竹筒状,那么这个暗层就如同竹节,是木塔刚性力量之所在。

    暗层从外看是装饰性很强的斗(木+共)平座结构,使木塔显得更为匀称得体。从内看是坚固刚强的铺作层,结构比较复杂。暗层的主要构件是梁、枋、斜撑、斗 (木+共)等,这些构件纵横交错、层层叠叠,相互契合,形成一个八角的井干结构,组成空间框架体系。在历史上的加固工程中,又在乎座上增加了许多弦向斜撑 和转角处的径向斜撑,使这个框架体系成为一个相对变形的刚体。对上层柱脚和下层柱头铺作都起到了约束位移和均匀分配内力的良好作用。当水平力作用时,如风 力、地震力,任何一点的水平力都会分解为弦向或径向的分力。这时,兵来将挡、水来土掩。弦向力由内外柱及柱上的栏额、普拍枋等组成的弦向框架抵抗,径向力 则由内外柱及其上边的梁(木+伏)组成的径向框架抵抗。就是因为有了这个力学性能非常好的结构层,才使木塔的强度和抗震性能大大增强。

  结构抗震;
抗水平荷载的能力.
下面分别对塔的这些问题一一进行探究.
1.沉降
对于高耸建筑物,沉降是个比较敏感的话题,因为它上部荷载大,截面小,对地基的承
载力要求就高,为了防止出现沉降差,对地基土的均匀性要求也高.著名的比萨斜塔之所以
会在尚未建完时就明显的有大倾斜,就是地基土承载力不够,最关键的是承载力不均匀.
现代也有不少大型或高层建筑发生整体变形或大规模损坏,大多由于地基选择,处理不
当或基础达不到设计施工需求,导致地基或基础失效,从而发生不均匀沉陷,变形而造成,应
该让我们引以为戒.
要控制建筑物的沉降,要么提高地基土的承载力,要么减轻结构本身的自重.对于应县
木塔而言,前辈建筑师们既对地基做了适当的处理,如用灰土夯实作为垫层,同时在减轻结
1
构的自重上下了很大的功夫,使用木料作为结构主体.我们都知道木材的特点是轻质高强(相
对石料,混凝土而言),密度比水还小,用在塔的建造上是古代最适合的材料.通过大致估
算可知,相比之下,同样规模的木结构塔和砖石结构的塔,前者的质量不到后者的1/5,这
样就意味着在相同的地基土承载力时,木结构塔的高度是砖石结构塔的高度的5倍以上(不
考虑稳定性等其他要求).
曾经作为"西湖十景"之一,"雷峰夕照"中的主体雷
峰塔是典型的砖石砌成的.(如图)
同样是塔,可以看出,应县木塔和雷峰塔存在着巨大的
差别.砖石结构自重大,塔的高度严重受限,而且体型显得
笨重,古朴.古代流传下来的砖石结构的塔少之又少,原因
在于这种塔结构松散,整体性差,于抗震非常不利.
应县木塔的沉降控制相当好,也没有出现很明显的沉降
不均匀现象,这主要是由于该塔结构对称,质量分布均匀,
加上地基土质均匀,足够抵抗上部基础传来的荷载效应.
2.结构抗震
木结构的抗震性能类似于钢结构,虽然吸收地震能的能力稍有不足,但是由于材料本身
轻盈,综合抗震效应反而远远高于钢结构.据资料记载,无论是古代还是现代,山西地震频
繁,震源浅,震害大,砖石结构的塔根本无法逃脱被震坏的厄运,但是应县木塔一次次的证
实了自己的抗震性能.
应县木塔的优良抗震一方面是来自于木材自身质量轻,另一方面则是由于木构件之间的
连接大多为隼接,类似于后来的铆接,这样的连接可以看成是塑性连接,在外力作用下可以
有相当大的变形而不破坏.另外在应县木塔建成后不久,经过一次地震的考验之后在内槽加
上了许多斜撑,大大的加大了结构的整体刚度.
另外,应先木塔外面看上去是5层,实际上在层与层之间还有暗层,也就是实际上有9
层,这样就大大的增加了结构水平方向的刚度,同时增加了竖直方向的稳定性(由欧拉公式
22)(lEIFPcr π=知,计算长度减少了,临界荷载得到提高),虽然一般对于这种非现代
高耸数百米的塔而言不需要考虑其在竖向荷载下的稳定性.
应县木塔不同于一般木塔的另外一点是其内筒的设计.
隋唐时期,人民建造塔,多数是在内部立直杆,和外面的外檐柱圈形成一个整体,这样
一方面便于施工,也增加了整体抗倾覆能力,如下图.
2
设计示意图(右为应县木塔)
外檐柱
内圈柱
直杆
外檐柱
应县木塔在内部的设计上作出了
重大的改进:将里面设计成一个柱圈,
这样内部的支点由原来的一个点变成
一个面.一方面可以利用内圈柱内部
的空间供放佛像,内圈柱和外檐柱之
间供人使用,所以并不影响空间的使
用;另一方面,显然这样改进使得结
构的整体刚度更大,抗倾覆能力也更
强.这一设计理念和现在高层,超高
层建筑中的内部核心筒的设计理念极
为相似,也许内部核心筒的灵感来源
即在此.
3.抗水平荷载的能力
对于高耸建筑物,地震作用应该
和此处所谓的水平荷载分开讨论,原
因很简单:一座结构也许其寿命期内
不会遇到地震,但是水平荷载,尤其
是对于高耸结构,时刻都在承受.
水平荷载当然主要指风荷载,影
响风荷载的因素主要有结构的高度,
迎风面积,以及迎风面的形状.此处
主要讨论迎风面的形状问题.
山西应县主要受雁北平原的风的
常年吹刮,而风的水平作用对高耸结
构非常不利,尤其是结构本身重量比
较轻时.由于塔身比较狭长,在楼板
处结构的刚度相对要大许多,因此在
受水平荷载时竖向的柱子会产生比较
大的剪力,而木结构柱子间为了满足
使用空间的要求很少使用斜撑,这样
3
4
就给结构带来了一些问题.尤其对于内部只有一根竖直杆的一般木塔而言,水平抗剪能力更
弱很有可能在强劲的风荷载作用下产生过大的水平位移,影响使用.对于木结构而言,柱子
的垂直状态是非常重要的,因为柱子基本都是只受轴力,一旦出现偏差就会产生水平内力,
结果是加剧了水平位移的产生,反过来又进一步增大了水平方向的分力.当然对于木结构而
言,前面提到,其塑性较大,未必就会产生结构破坏,但是影响正常使用.
而应县木塔内部的圈柱大大增加了竖直方向的整体刚度,从而使得剪力问题大大的减
轻,柱子基本上在水平荷载作用下受轴向的力,不容易产生水平方向位移.
三,总结
应县木塔的建造处处体现了中国古代匠师们的智慧之光,以上只是从结构上定性的分析
了一些感兴趣的问题.从建筑的眼光看,此塔有更多的闪光点.建筑体例的开创,需要的是
对基本力学概念的很好把握,以及创新的思维,正如该塔内部结构形式的改进.对于中国木
结构中非常重要的传力构件——斗拱,在应县木塔上也应用得非常恰当.一方面,斗拱的应
用使得塔的每一层重檐可以形成极其优美的外挑,这中建造手法在中国古建筑里面非常的常
见.斗拱的传力本质实际上是通过过渡,将大面积的荷载可靠的"收缩"到梁或者柱子上来.
虽然这种所谓的"收缩"看似一个不稳定的平衡,上大下小,实际上了解斗拱真正的构造就
明白,层层的展开,横纵的相互咬合,相互限制,使得他们(斗拱的构件组成)紧紧的形成
一体,而且拆的程序必须合安装时完全相反才有可能将其拆开.斗拱是中国人的骄傲,是中
国古建筑所特有的.


应 县木塔以其945岁的高龄创造了木结构建筑的奇迹,但岁月的沧桑也不可避免地在其身上留下痕迹。木塔亟待修缮早已是人们普遍的共识。只是如何维修,还是仁 者见仁,智者见智。然而,应该指出的是,应县木塔作为一种不可再生的珍贵文物资源,其修缮方案的出台应是一个经过统筹规划、集思广议、多方酝酿和反复论证 的极其慎重的过程。
     古代木结构建筑的修缮,是木结构建筑领域的一个重要分支,希望“应县木塔修缮之我见”这个话题能够激发同仁们对古建筑、我国古代的建筑技术和木结构学科的热情。
     “人类建筑史的里程碑”应县木塔的修缮的方案大致有三种:
一:落架方案
    就是把原有的古建筑拆卸到底,再照原样重建起来。
二:悬吊方案
    就是用钢拉栓从塔顶穿透五层再加捆将其吊起,再进行更换、增强等工作。
三:加固方案
    就是在保持现状的基础上,运用现代技术对塔进行加固。
==========
落架 悬吊大修木塔风险太大
应 县木塔既是国宝,也是世界级瑰宝,是属于全人类的文化遗产。应县木塔以其优美的造型和精湛的建筑技术,展示着我国古代建筑的辉煌成就。它是看得见、摸得着 的活着的中华民族智慧的结晶和历史文明的见证。正因此,它才有别于其他文字记载的文明史,而保护它原有面貌和真实形态就显得尤为重要。
主张“落架”大修的个别专家声言:落架大修可以保证原始木构件的利用率在95%左右,要换的构件只有2%到3%。那么,既然95%的原始构件尚完好可用,又怎么称木塔构件残损严重呢?
“落 架”在古建研究书中的释义是:“把原有的古建筑拆卸到底,再照原样重建起来。”应县木塔是全部用木结构架支撑的,全部荷载通过梁枋斗拱传递给“内筒”的主 支撑柱8根大柱子,再到基础。塔高60多米,有5700多吨重,使用木材3745立方米,构件总数达10万件以上。这样一座历经千年沧桑的古老建筑,其木 结构的节点卯榫早已结成“固化节点”,根本无法承受完全无损的拆卸。
一旦落架,拆坏了、残了,就需更替新构件。有专家分析绝大部分卯榫是拆卸不成的。如果替换的新构件达到50%以上或60~70%,这还能叫做文物吗?这岂不是重造了一座“假古董”,完全违背了“整旧如旧”的初衷,反而破坏了国宝吗?
再 讲“悬吊”方案。因为木塔的上万件构件已成“固化节点”,木塔总重5700多吨,就以悬吊上五层为例,尚有3990吨重,即使采用现代技术能悬吊起来,这 些构件岂能承受如此大的拉应力?一旦拉裂了,拉碎了,从几十米的高空跌落下来,摔成碎片怎么办?悬吊方案中用钢拉栓从塔顶穿透五层再加捆,也会对木塔造成 人为的破坏。其实,当我们碰到一个技术难题时,最好不要掉进技术措施、结构计算等繁杂的“陷阱”,而应先用易懂的常识判断其可行性后再去做,这样才能有把 握,否则风险太大。
如果再讲经济效益。偌大的悬吊钢架工程,从地基、用钢量、吊装设备、安全措施、人工费等计算,恐需亿元以上的投资。从目前国力考虑是否值得花这么多的钱?即使不惜工本要这样抢救“国宝”,结果会是什么呢?
我 们的结论是:落、吊方案风险太大。需三思而后行,应慎而更慎之。据了解日本人曾用悬吊的技术维修保护过唐代寺庙。但他们只是吊起大屋顶一层而已;我们古代 也有托梁换柱的技术或利用杠杆原理采用局部“扶正”(主要扶正二层柱子的倾斜度)的办法等等。总而言之我们赞成第三个方案:“在保持现状的基础上(运用现 代技术)对塔进行加固”,这是当前最佳方案。
==========
国宝不可轻言拆
一、木塔是全人类的无价之宝
应县木塔是世界上现存最高大、最古老的全木结构塔式建筑,也是我国古建筑中功能、技术和造型艺术取得完美统一的杰出范例。
应 县木塔建于辽清宁二年(公元1056年),总高为67.31米。下有4.4米高的两层四方形石砌塔基,上为八角形楼阁式塔身,外观五层六檐,内则一至四层 有暗层,故实为九层。塔体结构采用内槽柱和外檐柱构成双层套筒,在各层以梁架、斗拱相互联系,与现代高层建筑所采用的“内外筒体加水平桁架”的结构体系极 为相似,可以说是现代高层建筑双筒结构的鼻祖,具有极好的整体性。而且构件间全部以榫卯连结,不用一铁一钉,在经历了近千年的风沙雨雪,数次强震以及近代 战争炮火的洗礼后,却依旧巍然屹立。木结构能够达到如此规模、如此高龄,实为世界建筑史上的一大奇迹。
木塔的造型雍容古朴又不失秀丽精巧,挺拔高峻又不失凝重大方,体现了我们祖先高度的智慧文明,具有永恒的审美价值,其自身所蕴含的丰富的文化内涵,是我们中华民族、也是全人类的无价之宝。
二、木塔的现状及维修方案
木 塔距今已整整945年,在漫长的岁月里,木塔也承受了各种破坏。不过,这些都未对木塔形成大的伤害。而对木塔最主要的伤害恰恰来自于木塔本身精巧的结构。 即木塔的双筒结构直接导致了内外筒受压的不均衡,而使内槽柱出现了破损。这是因为,木塔的外筒即外檐柱有24根,而内筒即内槽柱只有8根,这样每根内槽柱 所受的压力则为外檐柱的三倍。因此,塔身结构以内槽柱柱头及其与普柏枋相交处破损较多,柱身扭曲,而又以荷载较大的二三层较为严重。
近年来,随着人们文物保护意识的日渐增强,木塔的维修也被有关部门提上了议事日程。目前已提出四种维修方案:一落架大修;二落架不落地;三悬吊修缮;四现状加固。目前一些人倾向于上部悬吊维修方案,也有一些人倾向于落架大修。
三、目前主要拆修方案的弊端
1、悬吊维修和落架大修都有毁灭性地损伤文物建筑的问题。
从目前的几种维修方案看,除现状加固外,都是以木塔的部分甚至是全部被拆除为前提的,这对木塔来说是伤筋动骨或是被肢解的大手术。
中 国工程院院士、中国建筑技术研究院研究员傅熹年先生认为,落架大修方案存在两个致命的问题:一是由于木塔整个的榫卯结构使木料很难完整地拆卸下来。因为当 年的木料经过岁月的脱水和自身重量的挤压后,已经互相铆合得很紧,如硬拆,只会使各木料的榫或卯都受损伤,可能需全部换新料。二是全部换成新料后的木塔, 还能称其已经逾千年而不腐吗?其历史的文物价值就不存在了。
同理,悬吊维修也存在同样的问题。悬吊维修是吊起上6层只修下3层。且不说这一方案 在技术上的可行性如何,塔的整体安装平衡性会不会出现问题,单就下三层的木料挤压开裂情况看,要将其用原构件拆后重安便是不可能的。换句话说,就是下三层 的木料拆后榫卯多数会损坏,即多数要换新料。而文物建筑有着严格的评价标准,国际上认可的文物建筑是指它的原始状态。原始的一毛一发都是文物,如果它少了 原来的一部分,那就少了一部分文物价值。认为原构件糟朽而替换了新构件,就等于原构件的文物价值没有了。替换了30%的原构件,便等于文物价值降低了 30%。替换了70%的原构件,便等于文物价值降低了70%。
2、木塔尚未坏到非落架大修不可的地步
对木塔有系统研究的陈明达先生在其所著《应县木塔》一书中,结合对木塔结构的观察分析,认为有两次大修是与结构有关的:
第一次是金明昌二至六年。“……后加构件,大大增加了塔的结构强度,……塔的柱头劈裂、普柏枋头压碎等普遍损坏情况,很可能是在初建后百余年间,曾遭受一次严重破坏的结果。也是金明昌年间,必须加固修理的原因。”
第二次是明正德三年。这次主要是拆掉了一层的内外墙,东西二外门及斜面明间的直棂窗,在华拱下增加了柱子,重新砌筑时增加了拆除门窗处的墙体。这是针对柱子的扭曲变形而采取的加固措施,进一步加强了结构的强度。
从 以上两次大修的方法和效果看,前人所采取的方法,是准确地找到了木塔的症结之后采取的简单有效而又不损坏其原始风貌的好办法。因此,陈明达先生在书中说: “明昌增修,主要是针对损坏情况进行加固,其加固方法颇为完善,根据对原状的推测,加固时可能曾拆除各面窗子,但基本上保持了塔的原状,对实用毫无影响, 对风格未曾改动。在我们今天修理古代建筑时,是可引以为借鉴的。”
根据陈明达先生的研究可以看出:我们现在所见的二三层柱头及普柏枋劈裂现象早 在金明昌大修前即已出现,而且早在此次大修时就已成功地解决了上述问题,使得木塔得以安然无恙地矗立了九百余年至今。为此,陈明达先生写道:“释迦塔自建 成至今已历九百余年,其基本情况尚属良好。”与此相同的是,近年来,国内建筑界、文物界许多专家也认为:木塔保存状况良好,木质无糟朽,构架牢固可靠。至 于部分构件开裂、柱身偏斜等问题,可采用现状加固的方法,以保护木塔原貌。木塔尚未坏到非要落架大修的地步,维修要从长计议,慎之又慎。
四、文物维修的法律依据和
国际文物保护维修的惯例
保护文物,实际就是保护文物的价值,而文物价值有两个突出的特点:唯一性与不可再生性。1982年《中华人民共和国文物保护法》规定:古建筑应严格遵守不改变文物原状的原则……不得损毁、改建、添建或者拆除。
《国际古迹保护与修复宪章》(通称《威尼斯宪章》)第二条规定:保护与修复古迹的目的旨在把它们既作为历史见证,又作为艺术品予以保护;第九条:修复过程是一个高度专业性的工作,其目的旨在保存和展示古迹的美学与历史价值,并以尊重原始材料和确凿文献为依据。
正 如《威尼斯宪章》所言,我们保护古迹的目的,就是要把它作为历史的实物见证和艺术品加以保存。只有它的原始风貌才能真正地、准确地反映当时的历史状况,维 修中任何对原始构件的替换或不按原状的做法,都不能体现其原有的历史价值及艺术价值,相反会破坏其原有的历史实物见证的科学性及价值。
正是根据这些规定,国际上文物建筑保护维修一般都是慎之又慎。如意大利比萨斜塔,塔身重心线偏离10%,但意大利政府并不轻易纠偏拨正,而是用长达40余年的时间进行科学论证,最终寻求了较合理的抽土保护方案。
五、科学是保护木塔的唯一方法
木塔至今历经千年沧桑,形成了很好的稳定性,尽管二三层出了些问题,但不是到了非动不可的时候,如果缺乏应有的研究论证,有关动作还可能导致破坏木塔本身的稳定性。
维修木塔这样的大事应组织全国文物界、建筑界及有关科学界的优秀专家,乃至邀请世界各国的专家,进行充分的科学的论证和研究,确定科学合理的维修方案。万不可靠少数人闭门造车、短期内急于求成。
如此说来应县木塔的维修便无好的维修方案了吗?那不也尽然。省内外一些专家便提出了很好的建议:即采用科学的有效的相对又简单的现代加固方法。具体设想如下:
1、柱身扭曲偏斜,是木结构的连结自由度较大所致,如何使构件,尤其是柱与柱、柱与梁连结部位增强刚度,是增强木塔稳定性的关键。因此,宜采用轻质高强材料加固构件连结点,增强其结构刚度。
2、采用轻质高强材料辅助柱头、斗拱、分担斗拱部位的荷载。
3、采用可替代材料如桐油浸渗构架,以减缓木构件老化。
4、采用三角形联合加力装置,可远离木塔檐口,对偏斜柱身加以纠正。5、成立国家级研究课题,充分运用高科技手段进行理论研究及模拟试验,待条件完全成熟时再开展正式维修工作。
木塔巍巍,屹立千年。它身上的每个构件都蕴含着丰富的历史、艺术的信息,它的宝贵的文物价值,是唯一的、不可再生的。我们要让它永远矗立在中华大地,毕竟全人类只有一座应县木塔。


根 据应县木塔层间模型(比例为1:10)的拟动力试验结果,考虑材料性能劣化和残损状态,得到了木塔实体结构四线型非线性恢复力模型;根据能量等效,分析计 算了在选择的地震波作用下相应层的最大位移及不同损坏状态下各层的耗能;提出古建筑木结构的双参数地震损坏准则,初步划分了震害等级及标定参数.通过对地 震引起的残损指标的计算,指出在烈度8度的地震影响下,应县木塔二、三层有倒塌的可能;在烈度7度的地震影响下,这两层可能产生严重破坏.发现在地震作用 下,木塔各层倾斜和残损部分耗能能力的降低是木塔损坏加剧的重要因素.


Tags: 建筑 说明

发布: 徐珂建筑结构设计 分类: 结构设计摘录 评论: 0 浏览: 761
留言列表