每天資訊不用一釘一鉚,卻能在10級地震中獨善其身,它就是……|科學小館兒

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不用一釘一鉚,卻能在10級地震中獨善其身,它就是……|科學小館兒

不用一釘一鉚,卻能在10級地震中獨善其身,它就是……|科學小館兒

今天,中國古代傢俱又雙叒叕上了一回熱搜。看到這些精巧如“機關”般的傢俱,大家是不是都很好奇它們是如何組裝在一起的呢?今天,就和胖科來一起走進“榫卯”的世界一探究竟吧!

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1、剛柔並濟的中國智慧

榫卯結構是中國傳統工藝中木質之間起到連線作用的一種結構,其中凸出來的部分被稱為“榫”,凹進去的部分被稱為“卯”。搞清楚了名稱之後,咱們再來看看不用一根鐵釘固定的它們為什麼能這麼牢固呢?

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材料性質:木質材料一般有縱向排列的前衛構成,這一特性使材料的強度及韌性都集中在縱向,而橫向則相對薄弱。榫卯結構就是根據木材的這一特點,將部分橫向受力轉換至縱向,借用縱向的強度和韌性支撐起力,可謂是將“揚長避短”發揮到了極致。

其次,與連線處使用金屬釘打造的物品不同,榫卯結構為相同材質的連線,在環境的溫度和溼度發生變化時,它們自身的伸縮程度相同,連線兩端的木材會共同收縮或舒張,使得整體結構更加牢固,避免出現因為連線處鬆動而導致使用壽命縮短的情況。

製作手法:榫卯結構工藝手法複雜,構造方式多樣,凹凸面相互咬合,能夠大大提高連線處的承重能力,甚至大於木質材料本身。

2、久經考驗的抗震效能

我國是一個多震的國家,位於環太平洋地震帶與歐亞地震帶之間,地震活動頻率高、強度大、震源淺、分佈廣。20世紀,世界範圍內三次8。6級以上的地震,有兩次發生在我國境內。然而,許多古老的建築卻能久經考驗,主體框架結構依舊保持原樣,這就要歸功於榫卯結構在古建築中的廣泛應用。

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地震模擬的反應中,整個榫卯結構出現輕微的晃動,但沒有出現實質性的破壞

其中,最典型的例子就是距今有近一千年歷史的應縣木塔。該塔始建於遼清寧二年(公元1056年)是我國現存最古老的木結構塔式建築,經過地震和戰亂年代的洗禮,至今仍然傲然矗立,除了能夠抵禦地震波扭矩力的正八角形平面設計,和穩固結實的磚石臺基,更重要的一個原因就是,塔內樑柱之間的斗拱連線,而這些斗拱的構件都是以榫卯結構進行連線的。

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中國科學技術館展品:應縣木塔

相關資料顯示,應縣木塔中運用到榫卯形式的地方多達62種,有54種斗拱。這些榫卯結構讓連線處於半固結半活鉸的狀態,能夠承受更大的彎矩,同時,在受到地震波中的垂直衝擊波攻擊時,榫卯元件還可以透過“彈跳”的方式消解巨大的破壞能量。除此之外,榫卯將建築整體連線成一個筒形框架結構,能夠有力地抵抗旋轉波,增加了建築整體的穩定性。

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斗拱結構示意圖

因此,不用一釘一鉚的榫卯結構真的可以實現“萬年牢”。

3、現代建築中的榫卯結構

由於榫卯結構難以透過製作簡單模具而批次製造,人工成本高,因此在現代建築和傢俱中已經很少能見到榫卯的身影了。不過,近年來,榫卯憑藉其精妙的構思和穩固的特性,重新獲得了人們的關注和青睞。

2010年上海世博會上,極具中國氣韻的中國國家館,其承重構件就是利用榫卯工藝製成,懸挑出簷,層層疊加,將簷口額力均勻傳遞到柱子上,最終構成中國木建築中傳統的“鬥冠”造型,舉世矚目的“東方之冠”由此誕生。

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中國國家館“東方之冠”

同樣具有代表性的,還有距離“鳥巢”僅一箭之遙的中國科技館新館,館身整體呈正方形,由若干個積木般的塊體互相咬合而成,看上去彷彿我們小時候玩過的“魯班鎖”的巨型版,其中不僅蘊含著重視整體與部分相結合的中國傳統文化理念,也暗示各學科之間互相融合,互相促進。

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中國科技館新館效果圖 來源:錢江晚報

榫卯結構不僅在國內越來越受重視,在國外也引起了不小的反響。前段時間,一位中國大爺就憑藉傳統木工手藝,在國外的網路走紅。普通的木頭,透過榫卯結構的靈活運用,不用一根釘子,一滴膠水,就能製成魯班凳、拱橋、將軍案等精巧的木製品,網友們看過之後紛紛拍案叫絕,甚至將它視為一種獨特的“中國功夫”。

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古人的巧思對現代設計具有很高的借鑑價值,而榫卯結構背後所隱含的工匠精神,在功利主義盛行的當下,更值得我們所有人學習,透過改進和靈活運用,讓傳統文化重新煥發光芒。