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不用一钉一铆,却能在10级地震中独善其身,它就是……

来源:中国数字科技馆
  今天,中国古代家具又双叒叕上了一回热搜。看到这些精巧如“机关”般的家具,大家是不是都很好奇它们是如何组装在一起的呢?今天,就和胖科来一起走进“榫卯”的世界一探究竟吧!
  1、刚柔并济的中国智慧
  榫卯结构是中国传统工艺中木质之间起到连接作用的一种结构,其中凸出来的部分被称为“榫”,凹进去的部分被称为“卯”。搞清楚了名称之后,咱们再来看看不用一根铁钉固定的它们为什么能这么牢固呢?
凸出来的部分被称为“榫”,凹进去的部分被称为“卯”
  材料性质:木质材料一般有纵向排列的前卫构成,这一特性使材料的强度及韧性都集中在纵向,而横向则相对薄弱。榫卯结构就是根据木材的这一特点,将部分横向受力转换至纵向,借用纵向的强度和韧性支撑起力,可谓是将“扬长避短”发挥到了极致。
  其次,与连接处使用金属钉打造的物品不同,榫卯结构为相同材质的连接,在环境的温度和湿度发生变化时,它们自身的伸缩程度相同,连接两端的木材会共同收缩或舒张,使得整体结构更加牢固,避免出现因为连接处松动而导致使用寿命缩短的情况。
  制作手法:榫卯结构工艺手法复杂,构造方式多样,凹凸面相互咬合,能够大大提高连接处的承重能力,甚至大于木质材料本身。
  2、久经考验的抗震性能
  我国是一个多震的国家,位于环太平洋地震带与欧亚地震带之间,地震活动频率高、强度大、震源浅、分布广。20世纪,世界范围内三次8.6级以上的地震,有两次发生在我国境内。然而,许多古老的建筑却能久经考验,主体框架结构依旧保持原样,这就要归功于榫卯结构在古建筑中的广泛应用。
  地震模拟的反应中,整个榫卯结构出现轻微的晃动,但没有出现实质性的破坏
  其中,最典型的例子就是距今有近一千年历史的应县木塔。该塔始建于辽清宁二年(公元1056年)是我国现存最古老的木结构塔式建筑,经过地震和战乱年代的洗礼,至今仍然傲然矗立,除了能够抵御地震波扭矩力的正八角形平面设计,和稳固结实的砖石台基,更重要的一个原因就是,塔内梁柱之间的斗拱连接,而这些斗拱的构件都是以榫卯结构进行连接的。
中国科学技术馆展品,应县木塔
中国科学技术馆展品:应县木塔
  相关资料显示,应县木塔中运用到榫卯形式的地方多达62种,有54种斗拱。这些榫卯结构让连接处于半固结半活铰的状态,能够承受更大的弯矩,同时,在受到地震波中的垂直冲击波攻击时,榫卯组件还可以通过“弹跳”的方式消解巨大的破坏能量。除此之外,榫卯将建筑整体连接成一个筒形框架结构,能够有力地抵抗旋转波,增加了建筑整体的稳定性。 
  斗拱结构示意图
  因此,不用一钉一铆的榫卯结构真的可以实现“万年牢”。 
  3、现代建筑中的榫卯结构  
  由于榫卯结构难以通过制作简单模具而批量制造,人工成本高,因此在现代建筑和家具中已经很少能见到榫卯的身影了。不过,近年来,榫卯凭借其精妙的构思和稳固的特性,重新获得了人们的关注和青睐。 
  2010年上海世博会上,极具中国气韵的中国国家馆,其承重构件就是利用榫卯工艺制成,悬挑出檐,层层叠加,将檐口额力均匀传递到柱子上,最终构成中国木建筑中传统的“斗冠”造型,举世瞩目的“东方之冠”由此诞生。
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中国国家馆“东方之冠”
  同样具有代表性的,还有距离“鸟巢”仅一箭之遥的中国科技馆新馆,馆身整体呈正方形,由若干个积木般的块体互相咬合而成,看上去仿佛我们小时候玩过的“鲁班锁”的巨型版,其中不仅蕴含着重视整体与部分相结合的中国传统文化理念,也暗示各学科之间互相融合,互相促进。
  榫卯结构不仅在国内越来越受重视,在国外也引起了不小的反响。前段时间,一位中国大爷就凭借传统木工手艺,在国外的网络走红。普通的木头,通过榫卯结构的灵活运用,不用一根钉子,一滴胶水,就能制成鲁班凳、拱桥、将军案等精巧的木制品,网友们看过之后纷纷拍案叫绝,甚至将它视为一种独特的“中国功夫”。
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  古人的巧思对现代设计具有很高的借鉴价值,而榫卯结构背后所隐含的工匠精神,在功利主义盛行的当下,更值得我们所有人学习,通过改进和灵活运用,让传统文化重新焕发光芒。 
  参考文献:
  《论古建筑中的榫卯结构及其抗震功能》环球人文地理杂志
  《中国古建筑榫卯结构在地震区运用的优势》现代装饰(理论)
  《榫卯结构在木构建筑中的传承与发展》林产工业
本文来自:中国数字科技馆
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