憑你怎麼搖,我就是不倒
——日本塔為什麼少有倒塌?
從氣候上看,日本列島位於季風帶北側邊緣,每年要多次受到颱風侵襲。日本的降雨是中國的兩倍。另外,日本還是多地震國家,這是建築物的主要威脅。但是,讓很多建築學家驚奇不已的是,以木結構為主的日本塔,卻能笑對地震颱風降雨等威脅,在過去1400年的漫長時間中,日本境內數百座塔只有2座在強地震中倒塌。
1995年的阪神大地震造成6,400人死亡,數條高速公路被損,大量高層建築倒塌,神戶遭到了毀滅性的打擊。然而,在這個高達6.9級的地震中,位於震區京都附近東寺的五層古塔卻完好無損,它周圍比它低很多的建築都夷為平地。
1995年阪神大地震,大量建築物被毀(維基百科圖片)
東寺塔高55米(180英尺),由建築大師喜多嶋始修建於826年。儘管歷經四次火災,目前的塔自1644年以來就屹立不倒。在1968年36層的霞關大廈建造之前,這座塔一直是日本第一高建築。比它規模略小一點的位於奈良的法隆寺塔建於607年,被認為是世界上歷史最悠久的多層木結構建築,現已被聯合國教科文組織列入世界文化遺產。這些都引起了學者們的極大興趣。
日本塔歷史悠久,極富特色。從6世紀佛教傳入日本,開始建造佛塔以來,日本塔就與其他亞洲國家的佛塔不同。其他國家的塔多是石結構,要麼用於存放佛教聖物,要麼用於登高望遠。而日本塔兩種功能都沒有,而且是木結構。它的內部沒有樓梯,建築師上田淳說,日本塔由「眺望景色的工具轉而成為景物本身。」日本塔是用來作為景物觀賞的。
日本是個多雨的國家,木匠早就懂得建造寬大的屋檐,這樣可以避免雨水從建築物側面流下,浸濕土地,造成建築物傾斜或倒塌。日本塔的塔檐會使塔身寬度加寬70%,而在中國,塔檐寬度不會超過塔身的20%。從遠處看,日本塔總讓人聯想到松樹。那冬日裡松枝輕輕的托著落雪的形象,令人嘆賞。人們認為,每遇風暴,日本塔就會像松樹那樣,來回搖擺,以其從塔中心的立柱(日語稱芯柱)獲得的彈性對抗風暴。
東寺五重塔遠景,寬大的塔檐看起來像松樹(網路圖片)
中國西安的大雁塔。唐代玄奘法師從印度取經回來,把佛經存放在這裡。中國塔和日本塔有很大的不同。塔身寬,塔檐窄,內部可以放東西。(網路圖片)
但實際上,日本塔和松樹還有根本的不同。松樹的樹幹扎根在土裡,支撐樹木的主要重量。而芯柱不是被埋在土裡,而是從頂上吊下來,懸在地面上。芯柱通常是用紋理筆直的日本絲柏做的。它是懸吊在塔中央的,有些芯柱是輕觸地面,有些則懸垂在二層。更驚人的是,塔的各層都不是與其鄰層緊密相連,而是簡單的迭放在一起,像一疊迭放的帽子。而且,各層之間的寬鬆接縫使各層可以獨立的水平移動。把各層聚集在一起的唯一力量是重力。
塔的各層像帽子一樣疊在一起。(網路圖片)
難道這麼鬆散的構造不會一震就倒嗎?答案令人吃驚:不會。原因有兩個。第一,塔頂本身就是重力在平面均勻分布的構造,塔頂覆蓋的各層塔檐寬大,這種結構在晃動中就如同一根長竿的重力分布在兩頭一樣,走鋼絲的演員就是用這種方法保持平衡。兩者的原理都是靠晃動中的「回轉半徑」產生的向心力保持平衡。第二,鬆散疊加的各層可以前後滑動,它們會與其上下鄰層做反方向運動。並在內部與像樹幹一樣懸垂在塔中心天井裡的芯柱產生摩擦,每次摩擦,都會向芯柱釋放巨大動能,使之像鐘擺一樣搖擺。有日本學者曾經演示過自己做的五層塔模型,這些模型的芯柱有的接觸地面,有的懸垂在二層,當桌面強烈震動時,比沒有芯柱的模型抗震性最差。最能減震的是芯柱接觸地面的一個。
在現實生活中,強有力的芯柱會通過拖動地基上的底盤來傳遞塔身搖晃的多餘能量,如果它是懸垂的,它也能減輕搖擺。總之,塔身就是一個巨大的減震系統。有人說所有的偉大建築都如同一部偉大的機械系統般搭配得宜。不同的是,在機械構造中,越精密越好,工程師們要費盡精力確保部件之間嚴絲合縫,不能松垂脫落。否則機械很快就會散成一堆垃圾。而日本塔的工匠們卻有意令部件之間的空隙寬大,巧用這些空間分散突發的壓力,1400年前,他們就能看到這一點,正應驗了中國的一句話——「游刃有餘」,他們真的是很有智慧啊。
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