日本古塔防震，“心柱”是关键

2024-01-22 13:37:58 来源：环球时报

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年初，日本石川县能登地区发生的强烈地震，已造成超过1.5万栋房屋受损。在日本这个地震频发的国家，如何保证建筑物、特别是高建筑物不被震塌，是一个需要不断研究的事情。古代工匠的智慧有时并不输给现代科技，很多日本古塔在地震中“胜出”，屹立到现在，“心柱”就是它们抗震的秘诀。

“心柱”是不倒秘诀

提到日本寺院中的古塔，就不得不提奈良法隆寺内的五重塔。该塔建于7世纪，是世界现存最古老的木结构建筑之一。历经1400多年的岁月洗礼和多次严重地震，古塔至今屹立不倒。

法隆寺五重塔靠什么抗过千百年来的地震灾难？其内部的特殊结构功不可没。法隆寺五重塔约重1200吨，每一层的塔檐向外延伸，其外伸宽度甚至能占到塔身宽度的一半。从塔底到塔顶，每一层塔都被中央的一根“心柱”贯穿，心柱不承受任何塔层的重量，塔的重量由心柱周围的其他柱子承受。

每层塔檐的重量都不同，越向上越小越轻，强震来袭时，塔檐因为本身的质量会产生不同方向的横向惯性。又因为每层塔身都“相对独立”，一层安置在另一层上面，因此当第一层向右摆动时，第二层可能会向左，第三层可能会向右，各层交叉摆动消化地震带来的冲击力，塔身则“像蛇一样轻轻舞动”。

心柱是不让古塔各层塔身“过于自由”的关键，充当着平衡器的角色。当塔身晃动较大时，心柱能通过与每层塔身的接触避免某一层塔檐横向摆动过度引起的倒塌。如，当塔身向右侧倾斜时，心柱会牵引塔身向左以保持直立。可以说，心柱是一个具有足够质量的“摆锤”，起到牵制的作用。

“一切都经过了深思熟虑”

心柱并非法隆寺五重塔独有，日本古寺中的木塔大多都沿用了这一特殊结构。日本全国各地有记载的三重塔和五重塔总计500处左右，它们都成功抗过多次地震，基本没有出现过倒塌。1923年9月的关东大地震为里氏7.9级，不仅造成约10万人伤亡，还让明治年间兴建的砖瓦建筑、美式钢筋建筑倒的倒塌的塌，但木塔无一倒掉。1995年1月，日本发生里氏7.3级的阪神大地震，这次地震是自1923年关东大地震以来规模最大的城市直下型地震，造成6000多人死亡，而兵库县内的多座三重塔几乎是“毫发无损”。2013年2月，栃木县发生里氏6.2级强震，但位于日光的东照宫五重塔也没有出现倒塌情况。

关于古人为何想到在寺塔中建造心柱，有人认为，这与建造者的某些特殊信仰有关，也有人认为，该结构最初是因保护塔顶的相轮而存在，但大多数人相信，这是日本古代工匠结合本国国情的一大发展和创举。

在古塔设计之初，很多古代工匠还将建筑本身的解体修缮问题考虑了进去。为避免木材腐朽、抗震能力减弱，法隆寺在13世纪、17世纪和20世纪分别进行过大规模的解体修缮。在解体过程中，人们发现很多五重塔的结构中没有铆钉，各个部件均通过榫头和接口连接。

曾经参与法隆寺解体和复原工作的工匠西冈常一表示：“在研究古代建筑时，我发现古代建筑物越古老越出色。古代工匠一直在思考木材的生命和自然的生命，他们了解这片土地的特点和所有木材的特质，一切都经过了深思熟虑。”

“心柱制振”向古代工艺致敬

日本现代建筑领域传承了古人的智慧。东京的“天空树”（东京晴空塔）采用了“心柱制振”技术，该技术充分展现古今建筑技艺的衔接。

建筑抗震手段主要分为“耐震”“免震”和“制振”3种类型。“耐震”是通过加固建筑物，使其不易受损；“免震”是尽量不让地面的震动传递到建筑物上；“制振”则是通过特殊装置消化吸收地震的震动，从而减小冲击力。

为东京晴空塔开发的制振系统并没有简单套用五重塔的建筑结构，该系统利用已知的力学原理，在参考心柱结构的基础上，通过计算机模拟开发出“升级版”制振系统。其形状、构造与日本古代五重塔的心柱相似，为了向传统工艺致敬，故取名为“心柱制振”。

在东京晴空塔中，除了心柱外，还采用了名为“凹陷”和“膨胀”的古老建筑技术。东京晴空塔利用这两项技术使塔身在不同角度呈现出不同样子的“腰身”。