地下15.6米開始設計,抗住10級地震,600年不倒的故宮有多神奇?

故宮過完了600歲的生日。這座占地70萬平方公尺的龐大建筑上,曾居住過明清兩代24位皇帝,在今天依舊散發著它的光彩。

故宮是世界上規模最大且保存最完整的木質結構古建筑之一,六百年屹立不倒,不單單只依靠現代科技的管理,更與六百年前的建造者有很大的關系。

故宮作為木制古建筑,再加上特殊的建筑材料和結構布局,在考慮好防震、防雷后,更為重要的是防火。故宮的建筑材料80%都是木質材料,耐火性低且救援難度大,房屋緊密相連,這樣一個龐大的建筑群,再加上宮殿里擺放的一些綢緞,一旦起火,通道狹窄,救援車帶很難入內。

在歷史上,故宮曾遭受過六十余次火災,其中五次特大火災里,三次是人為造成兩次是自然因素。每一次修繕維護后,火災荷載仍是現代建筑的62倍,危險指數相當高。

在這麼多不利因素中,故宮是怎麼確保600年照樣完好如初的呢?

防火

從康熙皇帝開始,故宮內設置了一個有二百余人的防火班,這與現在的消防員大致相同。防火班的工作用12字概括為:冬鑿冰,夏注水,春除草,秋清葉。這句口訣在今天的故宮防火中也同樣適用。

冬鑿冰,是因為北京的冬天冷,故宮里的金水河結冰,防火班需要將水面上的冰鑿開,以免起火,無水可用。

整個故宮有308口由各種材料制成的大缸,遍布于各個角落,它們是為了儲存更多的水源,用于消火,這就是夏注水。

​而春除草和秋清葉指的是兩個季節草木茂盛,及時清理草木落葉等可燃物,消除火災隱患。

除了防患于未然,在故宮內還設置了多種多樣的防火工具。例如云梯、火鉤、激桶等等,特別是激桶與現在的水槍極為相似,最高可達20米。此外,故宮設置了多道防火墻,分隔不同區域,控制火勢蔓延。

​現如今故宮的消防措施早已今時不同往日,防火班變成故宮內進駐的消防中隊,每日不僅要對故宮進行巡查,而且要定期對消防系統進行維護保養。每位消防員都可以在三分鐘以內到達故宮任意一個角落進行救援。

在數字化時代,故宮采用了更為現代的防火硬件設施,故宮博物院擁有世界頂級的防火監控系統。只要出現一個火苗,監控會立即報警,通知消防員第一時間趕到。

當然,硬件軟件設施雙管齊下。禁煙禁明火,是故宮內防火重要的一環。現如今故宮33年未發生火災,這也與所有人的精心呵護有關。

防雷

雷擊也是故宮火災最常見的原因,明代雷擊引起火災多達16起,康熙帝在故宮安裝了類似于避雷針的裝置。屋頂安裝了鐵鏈,通過導電的方式防雷。但因為當時人們科學知識欠缺,鐵鏈沒有接地,反倒弄巧成拙成為火災的根源。

​新中國成立后,故宮運用現代科技手段,重新設置了避雷針和避雷帶,將線路藏于建筑中,即達到全方面避雷的效果,又可以保障建筑的美觀。

防震

在地震之中,殺死人的往往不是地震本身,而是不靠譜的建筑造成的。經歷了600年的故宮依舊保存至今,與它巧奪天工的構造有很大的關系。

前文中提到,故宮是用木頭建造的。木材屬于柔性材料,具有良好的彈性。發生地震時,木材可以很好地吸收和消耗地震波的能量,而且還具有較強的恢復形變的能力,因此在地震作用下,會發生形變大于斷裂破壞。

英國BBC曾推出關于故宮的紀錄片《紫禁城的秘密》,專家組為了測試故宮的抗震強度,搭建了故宮建筑模型輕松抗住了10級的地震模擬測試。

​​這其中的秘密與中國傳統建筑關節——榫卯(sǔn mǎo)和神奇的減震結構——斗拱有關。

​榫卯凸出來的地方為榫,凹下去的地方為卯。這種不用釘子,只用咬合關系的木質距今已有7000年歷史,它就像人類的關節,是一種柔性連接的方式,而斗拱由許多小構件拼接而成,彼此留有空隙,在地震發生時可以消解地震的能量,減少房屋倒塌。

​除了看得見的建筑,故宮的地基也是暗藏玄機。

故宮就像一塊巨大的千層餅,從地面到地下15.6米都是精心設計過的。甚至在地基之中還加入了糯米,讓灰漿的強度更大、韌性更好、防滲效果佳、不易腐蝕,也進一步加強了建筑的防震性能。

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