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故宫确实美不胜收,但很少有人真正注意到,这么大一片木结构建筑,居然已经站了整整600年,而且在这600年里,还经历了超过200次地震,甚至包括几次大震,居然没有塌过,连大的结构性损坏都没有。
其实,研究故宫为什么能在这么长的时间里一直“稳如泰山”,最关键的一点是要从它的地基开始说起,现在的故宫,是明朝永乐年间,也就是1406年左右开始修建的,建成用了14年时间。
修建之前,朱棣下令把元朝的皇宫彻底铲平,然后在旧址上重新设计建造,也正因为这个决定,故宫从一开始就选定了一个地势相对高、地质坚实的位置,不仅如此,为了让新宫殿比元大都的皇宫更高更大,整个地基被一层层加高。
2005年,故宫进行一次大修,工人在太和殿撬开地砖的时候,发现下面可不是一层砖那么简单,他们一层一层往下挖,越挖越吃惊,最后统计下来,居然整整有十五层砖铺在下面,而且每一层之间还用糯米灰浆粘得牢牢的。
这种糯米灰浆,是古人用糯米汁、石灰和黄土混合制成的,硬了之后非常坚固,而且能适应冷热变化,还不易裂,这种工艺,现在的建筑里已经几乎见不到了。
这些砖不是随便铺的,而是用“十字交错”的方式一层一层叠压,每块砖之间的缝隙也是极细的,这种设计有什么好处?
简单说,就是哪怕地面有轻微的沉降,这些砖层也可以像缓冲垫一样,微微移动,来分散压力,避免把力直接传到上面的建筑结构上去,这就像我们现在说的减震垫一样,早在600年前,古人就已经想到了。
更厉害的是,这些砖不是普通的砖,是专门从苏州御窑烧制运来的“金砖”,这种砖的密度高、质地细腻,烧制和打磨的工艺极其复杂,一块砖从烧到可以铺设,要三个月时间。
铺设的时候也不是随便放上去就行,而是三个工匠一天才能铺出五块砖,太和殿这么大的面积,用了上千万块金砖,光是地面就已经是一座巨大的工程。
我们都知道,木头在地震中比钢筋混凝土要“柔”,但很多人不知道,故宫的木结构之所以能抗震,靠的是一种叫“榫卯”的结构。
这种结构最早可以追溯到几千年前的古代建筑里,到了明清时期已经很成熟,它的原理其实很简单,就是把木头的凸起部分另一个木头的凹槽里,不用钉子,不用胶水,全靠卡得紧紧的连接起来。
这种结构的好处是,每个连接点在遇到地震或其他外力的时候,都可以有一点点微小的活动空间,不是死死固定住,而是像“关节”一样,可以动一点,这就让整个建筑在地震中不会一下子被震断,而是像人身体一样,可以“躲”一下震动。
有人做过实验,用1比5的比例复制了一个故宫的木结构模型,拿去做抗震测试,结果在模拟相当于10级地震的强度下,这个模型虽然摇得厉害,甚至柱子的底部都移动了十几厘米,但整个结构没塌,榫卯连接的部分也没断,这种“以柔克刚”的方式,其实比很多现代建筑还抗震。
再说说故宫的外墙,很多人以为那是简单的城墙,其实它的结构很复杂,故宫的城墙高10米,底部宽8米,顶部收窄到6米,形成了梯形。
这种形状本身就很稳,再加上墙体内部是层层夯实的黄土,每层都控制在12到15厘米之间,外层则是三层砖石包裹,中间灌注的还是糯米灰浆,这样一种材料硬了之后,强度非常高,还能防水防裂。
而且,故宫的地基下面除了砖和灰浆,还有元朝的皇宫遗址,也就是说,故宫是建在一座古老宫殿的废墟上,这种“古上加古”的结构,反而成了天然的多层缓冲带。
哪怕地震来了,地基有小幅度的响应,上面整体的结构也能通过榫卯结构“跟着动一下”,就像人在车上遇到颠簸,可以缓冲震动。
除了这些结构性的设计,还有一个非常容易被忽视的点,就是排水系统,故宫一年四季都要经历风吹雨打,尤其北京夏天的暴雨来得又猛又急,如果排水不好,不光地基会泡坏,木结构也容易腐烂,但故宫从一开始就设计了完整的排水系统。
比如太和殿前的石雕龙头,不只是装饰品,每到下雨时,雨水就会从这些龙头口中流出,沿着地面的明渠暗渠排到金水河里。
整个宫殿地面都有微妙的坡度,水不会积在一处,而是自然流走,哪怕是现代城市,一下暴雨也常常积水,但故宫院内基本上没有积水的记录,可见这套排水系统设计得有多精细。
而且,故宫的整体布局也有讲究,整个宫殿是沿着南北中轴线对称分布的,中心是三大殿,越往外建筑越低,这种布局有两个好处,一是重心稳,不容易被风吹歪,二是当有外界的力的作用时,外围建筑能够更好的起到缓冲作用,保护中间的主殿不受严重影响。
当然,建筑规划设计再好,也得有人不断维护,明清两朝都有专门的机构负责故宫的修缮维护,比如屋顶的琉璃瓦每三十年要更换一次,木结构要定期涂桐油防腐,哪怕是屋顶长了杂草,都有详细的清理规定。
这些维护记录到现在都还留着,相当于一套完整的建筑“健康档案”,新中国成立后,国家也投入了大量人力物力对故宫进行保护。
上世纪开始的一次大修,前后持续了十八年,几乎把所有容易出问题的地方都检查了一遍,2020年后,故宫博物院还开始使用数字化手段,对文物和建筑进行扫描建模,提前预警也许会出现的结构问题。
另外一个主要的因素是,故宫没有被战争严重破坏,虽然清末和民国时期,北京经历过不少战乱,但故宫大部分建筑都被较好地存下来,这一点非常难得。很多世界上的古建筑不是毁于自然灾害,而是毁于人为破坏。
现在的故宫每天接待成千上万的游客,很多人走在金水桥上、站在太和殿前,可能并不知道,脚下这块地砖下面,是几百年前工匠用手一点点铺出来的,连缝隙都细得几乎看不见。
屋顶上的琉璃瓦,每一块都经过火烧水浸、反复打磨,才能发出那种独特的光泽,这一切看似普通,实际上都是几百年来一丝不苟的结果。
所以说,故宫能600年不倒,并不是靠运气,而是从地基到结构,从材料到维护,每一个环节都做到极致。
它没有用到今天的钢筋水泥,但靠着精心设计和不断维护,反而比很多现代建筑还“耐用”,200多次地震,它都稳稳站在北京的中轴线之上,这不是神话,而是实打实的技术和经验堆出来的结果。
因为它的每一块砖、每一根梁、每一个榫卯,都早已被历史验证过,是耐得住时间的。