泉州海外大震對(duì)古建筑結(jié)構(gòu)的影響

泉州海外大震對(duì)古建筑結(jié)構(gòu)的影響

1活性文化震級(jí)1604年，泉州海外7.5級(jí)地震（n、n、d、d，圖1）位于泉州市東南沿海的斷層中，距市中心約65公里，對(duì)城市的影響程度為度。據(jù)乾隆《泉州府志》(同治庚午重刊本,卷73)等記載,這次大震“山石海水皆動(dòng),地裂數(shù)處,城內(nèi)外廬舍傾圮,覆舟甚多,城自東北抵西南,雉堞窩鋪傾圮殆盡”。主震后1607年和1609年又分別發(fā)生震級(jí)為5.3級(jí)(北緯24.9°、東經(jīng)118.7°)和5.8級(jí)(北緯24.8°、東經(jīng)118.8°)的兩次強(qiáng)余震,其距泉州市中心的距離分別約為12km和26km,泉州府有“洛陽(yáng)橋大石梁折入海,青帝宮前殿盡圮”等歷史記載。由于1604年的這次大震是華南沿海最大的地震之一,其研究結(jié)果直接影響到華南沿海地震活動(dòng)性分析及工程場(chǎng)地設(shè)防參數(shù)的選取結(jié)果等方面的問(wèn)題,又由于泉州市是這次大震破壞最嚴(yán)重的地區(qū),且歷史上有較多的古建筑經(jīng)歷了這次大震的影響并留下相應(yīng)的地震記載,因此研究1604年泉州海外大震與泉州古建筑的結(jié)構(gòu)抗震具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。2抗側(cè)力:古代文獻(xiàn)研究歷史和當(dāng)代文化藝術(shù)泉州市歷史上既是一個(gè)地震多發(fā)地區(qū)又是一個(gè)古跡眾多的文化名城,自唐代起這里就是對(duì)外貿(mào)易港口,宋元時(shí)代達(dá)到鼎盛階段,并成為海上絲綢之路的起點(diǎn)。從那時(shí)起分別興建并保存至今的大量古建筑凝聚著古代勞動(dòng)人民許多寶貴的防震與抗震經(jīng)驗(yàn),它為我們今天研究歷史地震、結(jié)構(gòu)抗震和古建筑的文化藝術(shù)等方面都提供了無(wú)價(jià)之寶。在這些歷史上遺留下的的大量有抗震特色的古建筑中以塔、寺、橋三大類最具有代表性,因?yàn)槠渲胁糠纸ㄖ锊坏珰v史悠久、造型奇特,是全國(guó)重點(diǎn)文物或省級(jí)文物保護(hù)單位,而且經(jīng)歷了這次大震并保存至今,為此本文將對(duì)這三大類建筑物中一些典型結(jié)構(gòu)(表1、圖1)進(jìn)行分析,并歸類出各類建筑物的結(jié)構(gòu)抗震特點(diǎn)。3歷史地震和塔架結(jié)構(gòu)的抗盾3.1社會(huì)主義和抗震有利場(chǎng)地在古稱佛國(guó)的泉州城,自南北朝以來(lái),隨著佛寺的大興土木,也促進(jìn)了佛塔的營(yíng)造,到處可見(jiàn)佛光塔影,泉州聞名海內(nèi)外的塔類建筑大多建于宋元時(shí)期。其中經(jīng)歷了這次大震的典型塔類建筑物(表1)分述如下:(1)泉州東西塔(圖2)為泉州東塔和西塔的合稱,與我國(guó)西安大雁塔、河北定縣料敵塔和山西應(yīng)縣木塔統(tǒng)稱為我國(guó)四大古代高塔,現(xiàn)為歷史文化名城泉州的標(biāo)志。東西兩塔高度分別為48.24m和44.06m,為五層仿樓閣式石結(jié)構(gòu)建筑;平面由正八邊形的外壁(外筒),塔心柱(內(nèi)筒)及回廊三部分組成;立面采用自上而下,內(nèi)、外筒半徑逐層減小,形成內(nèi)、外各5級(jí)階梯,每階截面不變的階型建筑,塔體每層每邊設(shè)一門一龕,門龕位置逐層逐邊互換。塔頂八個(gè)角上的八條大鐵鏈緊栓住中央塔竿頂部托著的金屬葫蘆,以約束塔竿的變形。東西兩塔相距約200m,地貌單元屬殘積臺(tái)地,場(chǎng)地類別為Ⅱ類,不存在可引起地基失效的飽和砂土和軟弱土層,屬抗震有利場(chǎng)地。據(jù)萬(wàn)歷《泉州府志》,這次大震“鎮(zhèn)國(guó)塔(東塔)第一層尖石墜,第二、第三層扶欄因之并碎”,但仁壽塔(西塔)無(wú)損壞記錄。(2)六勝塔(圖3)該塔比東西塔早建100多年,高度為31.09m,外形及結(jié)構(gòu)特征除梁托及屋頂塔竿之外,其他與東西塔較相似,是當(dāng)時(shí)東方第一大港刺桐港的首座航標(biāo)。該塔場(chǎng)地的地貌單元屬于剝蝕低丘,場(chǎng)地類別為Ⅰ類,屬抗震有利場(chǎng)地。該塔歷史上未見(jiàn)有遭受地震破壞的記錄。(3)姑嫂塔(圖4)該塔背靠泉州灣,面臨臺(tái)灣海峽,宋元時(shí)期曾作為航標(biāo)燈塔,引領(lǐng)著萬(wàn)國(guó)商船進(jìn)出海港。該塔高度為21m,外觀五層,內(nèi)實(shí)四層,層層疊起,外繞回廊,塔內(nèi)有石磴至塔頂。該塔場(chǎng)地的地貌單元屬于剝蝕高丘,場(chǎng)地類別為Ⅰ類,屬抗震有利場(chǎng)地。該塔歷史上未見(jiàn)有遭受地震破壞的記錄。3.2石結(jié)構(gòu)體系的特點(diǎn)通過(guò)對(duì)上述這些典型塔類建筑的抗震分析可得如下認(rèn)識(shí):(1)國(guó)內(nèi)外歷次大震建筑震害的研究結(jié)果表明,結(jié)構(gòu)體型對(duì)建筑的抗震性能有直接重大的影響,研究我國(guó)地震區(qū)保留至今的一些古代高塔可看出,這些古建筑的體型大都規(guī)則、均勻、對(duì)稱、高度和寬度之比一般較小,上述這些古石塔也具有這些特點(diǎn)。(2)在立面上,這些古石塔采用門龕位置逐層、逐邊互換的方法,不但可使重心穩(wěn)定、立面壯觀,而且避免結(jié)構(gòu)在某一側(cè)面引起應(yīng)力過(guò)于集中,同時(shí)使得結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和剛度沿任一對(duì)角線都是對(duì)稱分布,塔體的質(zhì)量中心和剛度中心能較好重合,在水平地震作用下不易產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)振動(dòng)。(3)結(jié)構(gòu)的平面密度越大其抗震性能一般越好,國(guó)內(nèi)外的震害調(diào)查結(jié)果表明,橫墻較密的居住建筑震害較小,而空曠建筑因橫墻較少,結(jié)構(gòu)平面密度小,則震害較嚴(yán)重,然而泉州的這些古石塔的結(jié)構(gòu)平面密度>60%,遠(yuǎn)超過(guò)一些多層磚石建筑的相應(yīng)要求,因此可有效增加各層抵御水平地震作用的相應(yīng)能力。(4)這些古石塔的高寬比一般為3～4,這一結(jié)果符合我國(guó)地震區(qū)現(xiàn)存一些古代高塔高寬比的基本規(guī)律,因此這些結(jié)構(gòu)在抵御側(cè)向荷載(如風(fēng)力和地震作用)時(shí)有足夠的側(cè)向剛度。(5)塔筒采用八個(gè)轉(zhuǎn)角(正八邊形),而不是采用四個(gè)轉(zhuǎn)角(方塔),可有效地減少相應(yīng)梁、柱的跨距及承受的上部荷載,并由此減少立柱和墻體對(duì)基礎(chǔ)的壓力。(6)塔筒每個(gè)外轉(zhuǎn)角處均設(shè)立圓形石柱,在石柱的梁托上及內(nèi)、外筒墻體上按等間隔設(shè)置仿木結(jié)構(gòu)的石斗拱,石斗拱沿內(nèi)、外筒壁對(duì)稱排列,層層托出(圖5),既縮小了上面石梁的跨度,又使石斗拱變化的梯度能夠滿足脆性材料對(duì)剛性角的要求,因此不但減少了石斗拱上梁、板的跨度和彎距,而且改變了石梁的受力形式,克服了石梁抗彎性能差易被折斷的不足之處,同時(shí)又充分發(fā)揮了石結(jié)構(gòu)材料抗壓性能強(qiáng)的特點(diǎn),而石梁和樓蓋與內(nèi)、外筒結(jié)構(gòu)相互連接在空間上對(duì)塔心柱與塔筒墻體起到了約束作用,并加強(qiáng)了塔體結(jié)構(gòu)的整體性,保證了水平地震作用下結(jié)構(gòu)的均勻受力和共同工作的可能性,從而提高了內(nèi)、外墻體的抗震能力。(7)這次大震上述四塔的主體結(jié)構(gòu)基本完好無(wú)損,附屬結(jié)構(gòu)僅東塔頂層尖石墜落,其原因可能是頂層變形較大或第五層頂部塔竿的鞭梢效應(yīng)所致。(8)石砌體材料是閩南沿海地區(qū)古建筑中普遍應(yīng)用的材料,目前人們普遍關(guān)注的是古代石結(jié)構(gòu)砌體砂漿的組成、砂漿強(qiáng)度和石結(jié)構(gòu)的施工工藝等方面的問(wèn)題。據(jù)分析,在未開(kāi)始發(fā)明和使用混凝土之前,泉州這些古石塔砌體砂漿選用的材料可能是當(dāng)時(shí)古代墓地所使用的傳統(tǒng)合成方法,即采用石灰、糯米和瓷粉(類似于高嶺土)等的混合物,這些混合材料經(jīng)過(guò)處理后可形成堅(jiān)硬的石灰膠結(jié)層,其砂漿強(qiáng)度標(biāo)號(hào)估計(jì)可達(dá)到M5。在砌體的施工工藝方面,這些塔體采用細(xì)料石無(wú)墊片鋪漿砌筑工藝,根據(jù)石結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明這種砌筑方法的抗剪強(qiáng)度分別比傳統(tǒng)施工工藝之一的有墊片鋪漿砌筑和有墊片干砌后甩漿塞縫的抗剪強(qiáng)度約大1.68倍和6.72倍,因此可較好地保證墻體的穩(wěn)定性,提高砌體的抗剪和抗彎能力。(9)上述抗震分析結(jié)果表明:這些塔體結(jié)構(gòu)在這次大震作用下各截面可滿足抗震強(qiáng)度和抗震變形方面的要求,同時(shí)由于這些塔體結(jié)構(gòu)在抗震設(shè)計(jì)、抗震構(gòu)造措施、場(chǎng)址選擇、施工工藝等方面有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn),所以能夠經(jīng)受住這次大震以及以后歷次地震的多次考驗(yàn)。4歷史地震和寺院結(jié)構(gòu)的抗盾4.1地層結(jié)構(gòu)特點(diǎn)寺類建筑是古建筑的一個(gè)重要組成部分,其中經(jīng)歷了這次大震的典型寺類建筑物(表1)分述如下:(10)開(kāi)元寺的大雄寶殿(圖6)開(kāi)元寺占地面積7.8萬(wàn)m2,規(guī)模宏大,構(gòu)筑壯觀,景色優(yōu)美,曾與洛陽(yáng)白馬寺、杭州靈隱寺、北京廣濟(jì)寺齊名。大雄寶殿是開(kāi)元寺中軸線的主要建筑,屬木結(jié)構(gòu)建筑物,始建于唐朝(686年),現(xiàn)存建筑物是明代(1637年)遺物,但仍保存唐朝的建筑風(fēng)格。該殿大震前為全木結(jié)構(gòu),震后將木柱改石柱,屋頂重檐歇山式,通高20m,平面九間九進(jìn),面寬42.7m,進(jìn)深32.5m,面積1000m2多,結(jié)構(gòu)大致可分為柱綱、斗拱和屋蓋三個(gè)(水平)結(jié)構(gòu)層,并由升高的內(nèi)柱承接梁尾,構(gòu)成局部的垂直體系,保證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。殿內(nèi)設(shè)有百根立柱(故亦稱百柱殿),殿身檐柱與內(nèi)柱形式及尺寸相同,斷面為六陵圓形,直徑約65cm,高約520,長(zhǎng)細(xì)比為1/8;立柱間的聯(lián)系構(gòu)件壽梁截面為50cm*20cm,高寬比較大為2.5:1,通梁截面多近圓形,直徑約40cm。該殿地貌單元屬殘積臺(tái)地,場(chǎng)地土類型為中硬土,場(chǎng)地類別為Ⅱ類,屬抗震有利場(chǎng)地。據(jù)歷史記載該殿震后(1637年)重建,“殿柱悉易以石”,現(xiàn)殿內(nèi)石柱均為更換后的產(chǎn)物,柱徑、柱高尺寸與原木柱相同。據(jù)分析當(dāng)時(shí)地震后(包括強(qiáng)余震),大殿遭到不同程度破壞,改木柱為石柱主要是因南方溫濕,木構(gòu)件易受蟲蛀,并因潮濕而易腐爛,以及石柱可以防火、防水及防止其他自然災(zāi)害和便于就地取材等因素。(2)泉州清凈寺(圖7)該寺是我國(guó)現(xiàn)存最古老的一座帶有異域風(fēng)情的中世紀(jì)阿拉伯式伊斯蘭教寺,為石結(jié)構(gòu)建筑物,現(xiàn)存主要的三部分遺物:寺門、奉天壇和明善堂基本是1310年重建后的建筑物。該寺的主要建筑寺門(圖8)高13m、門寬6.6m,由花崗巖和輝綠巖建造并砌成三層,中外層為半穹形頂尖拱大門,呈桃狀曲線,內(nèi)層為圓形穹頂,寺門門樓頂層為灰磚砌筑的望月臺(tái)。該寺的奉天壇位于清凈寺寺門的左側(cè)(圖7),東西長(zhǎng)24.6m,南北寬24.3m,現(xiàn)僅有墻體部分。由于寺門和奉天壇墻體要承受圓形穹頂所必須的壓力,因此為增加穩(wěn)定性和增加抗壓強(qiáng)度,墻體厚度大于1m。該寺場(chǎng)地地貌單元為海積階地,場(chǎng)地土類型為中軟土,場(chǎng)地類別為Ⅱ類,是市區(qū)一種典型的地層結(jié)構(gòu),其淺部和深部存在兩組排列大致相同的分層結(jié)構(gòu),它表明泉州平原歷史上受過(guò)兩次海侵的影響,由于存在可能引起砂土液化的飽和砂土和引起軟土震陷的淤泥質(zhì)土,因此該場(chǎng)址屬抗震不利場(chǎng)地。該寺曾遭受1604年兩次強(qiáng)余震(1607年和1609年)的破壞。據(jù)該寺寺門內(nèi)側(cè)震后《重修清凈寺碑記》(萬(wàn)歷三十七年秋李光縉撰):“萬(wàn)歷三十五年(1607年)地大震,暴風(fēng)淫雨,而樓棟飄搖,傾圮日甚”;又據(jù)萬(wàn)歷《泉州府志》:“萬(wàn)歷三十七年(1609年)地大震,樓頹其角”。上述記載表明清凈寺在兩次強(qiáng)余震中曾遭受地震破壞。(3)天后宮(圖9)在泉州眾多的宮觀壇廟中結(jié)構(gòu)最為特殊者為天后宮,總面積1200m2多,天后宮的幾座單體建筑中最具有特色的是其主體建筑天后殿(正殿),天后殿為木結(jié)構(gòu),占地面積635.5m2。天后宮的主體建筑天后殿平面為矩形,面闊五間,進(jìn)深五間,殿頂為九脊重檐、四面落水歇山式,正殿明清木構(gòu)建筑至今保存完好,而且保留了宋代構(gòu)件。殿內(nèi)木梁骨架立于圓形花崗巖石柱上,柱頭挑出斗拱,承托梁架做九架梁,建筑結(jié)構(gòu)特別,空間變化豐富。天后宮場(chǎng)地的地貌單元、場(chǎng)地土類型、場(chǎng)地類別及地層結(jié)構(gòu)同泉州清凈寺,場(chǎng)址亦屬于抗震不利場(chǎng)地。該殿未見(jiàn)遭受歷史地震破壞的記載,但正殿已經(jīng)多次重修。4.2典型寺廟建筑的抗疲分析4.2.1結(jié)構(gòu)體系特點(diǎn)(1)在古建筑中主要為木、石、磚三種結(jié)構(gòu)類型,由于木結(jié)構(gòu)重量輕,便于施工,且具有較好的韌性和彈性,允許較大的變形,承受的地震慣性力遠(yuǎn)小于磚、石類結(jié)構(gòu),因此以木結(jié)構(gòu)為主的建筑體系抗震性能好,在古建筑中占有一定比例。但木結(jié)構(gòu)抵御地震以外的其他自然災(zāi)害和抵御人為破壞的能力最弱,在氣候干燥的季節(jié)或戰(zhàn)爭(zhēng)年代木結(jié)構(gòu)易遭火患,在氣候潮濕的南方,木構(gòu)建筑又常遭白蟻蝕之或易受潮腐朽,并由此減少其主要桿件的抗震能力,因此古代木構(gòu)造建筑難于長(zhǎng)期保存,閩南地區(qū)古建筑中的木構(gòu)遺物一般不過(guò)明代,從這一點(diǎn)來(lái)看石結(jié)構(gòu)優(yōu)于木結(jié)構(gòu),這可能也是目前泉州一些寺廟里將木柱換成石柱,或采用下石柱上木柱與木屋架組合的原因,其結(jié)果既可保證下部柱體的防潮、防蝕,又可減少上部結(jié)構(gòu)的自重,從而達(dá)到提高結(jié)構(gòu)抗震能力的目的。(2)泉州古寺廟建筑大多為穿斗式木構(gòu)架,這種體系一般比抬梁式木構(gòu)架(如福州華林寺等)具有更好的抗震能力。由于木結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)大多為鉸結(jié),因此在較大地震作用下可能出現(xiàn)橫梁拔離斗口而產(chǎn)生局部移位現(xiàn)象,然而對(duì)于橫梁體系只要保證足夠的支撐長(zhǎng)度,地震時(shí)不至于使梁架脫落,震后仍可能使其復(fù)位。大雄寶殿及天后殿等一些古建木構(gòu)橫梁的支撐長(zhǎng)度基本可滿足現(xiàn)行抗震設(shè)計(jì)規(guī)范的相關(guān)要求。(3)對(duì)于立柱,大雄寶殿及天后宮等古木構(gòu)建筑大多支承在臺(tái)基的地面上或臺(tái)基地面的石柱上,靠屋架傳遞到柱上的荷載,使柱底面與地面連接,因此不是固端連接。在較大水平地震慣性力作用下,當(dāng)結(jié)構(gòu)的變形中心與剛度中心明顯不重合時(shí),立柱往往產(chǎn)生移位或扭轉(zhuǎn),例如這次大震泉州東岳廟(即青帝宮)和南安孔廟的石柱均發(fā)生移位和扭轉(zhuǎn)現(xiàn)象,當(dāng)移位過(guò)大時(shí)可導(dǎo)致桿件失穩(wěn)和屋架整體或局部倒塌(脫落),因此立柱必須有足夠的直徑和必要的橫向約束桿件,泉州一些古木構(gòu)建筑一般是通過(guò)柱頂上連接的木梁形成水平圈梁體系來(lái)保證地震時(shí),結(jié)構(gòu)有明確的受力傳遞途徑,這與現(xiàn)代結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)思路是一致的。(4)對(duì)于屋蓋,泉州古寺廟建筑屋頂造型十分講究,具有宮殿式大屋頂布局的特色,為了達(dá)到“遮陰納陽(yáng)”的目的,往往將屋檐的檐角向上反翹,連正脊也是兩端翹起,這對(duì)于屋面排水和消減風(fēng)力以及增加結(jié)構(gòu)的立體感等方面都具有一定的好處,但從地震區(qū)的一些同類建筑的宏觀震害可看出,地震時(shí)檐角及正脊兩角亦往往因?yàn)閼?yīng)力集中或變形不一致等而導(dǎo)致局部損壞。(5)上述古木建筑的設(shè)計(jì)還包含著豐富的材料力學(xué)和高等數(shù)學(xué)知識(shí),它通過(guò)合理的截面設(shè)計(jì)使受力構(gòu)件相應(yīng)截面的慣性矩最大或正應(yīng)力最小,并接近于現(xiàn)代力學(xué)的計(jì)算結(jié)果,由此能更好地達(dá)到結(jié)構(gòu)抗震的目的。4.2.2寺院主體結(jié)構(gòu)的一般解釋(1)清凈寺是泉州市另一種典型的石結(jié)構(gòu)建筑,它與市內(nèi)大量的佛教寺廟不同的是它的屋面不是采用中國(guó)式的大屋頂風(fēng)格體系,而是采用穹頂?shù)慕ㄖw系,復(fù)雜的施工工藝和大跨度結(jié)構(gòu)構(gòu)件的受力分析使該寺奉天壇遇到了穹頂技術(shù)上的重大難題,以致當(dāng)時(shí)難于完成其大跨度的穹頂建筑,至今僅留下其厚度達(dá)1m以上,擬承擔(dān)和支承圓形穹頂所必須的墻體厚度,但已完工并保留至今的該寺寺門的穹頂建筑仍反映了當(dāng)時(shí)穆斯林建筑巨匠巧奪天工的建筑技術(shù)。由結(jié)構(gòu)力學(xué)等知識(shí)可知穹形建筑具有較好的抗震性能,它充分發(fā)揮了石結(jié)構(gòu)材料的抗壓能力強(qiáng),并克服其抗彎能力差的不足之處,保證了水平地震作用下結(jié)構(gòu)的均勻受力和共同工作的可能性,所以其主體結(jié)構(gòu)可較好地抵御這次大震的影響。(2)據(jù)歷史記載該寺曾遭受兩次強(qiáng)余震(1607年和1609年)的破壞“樓頹其角”,分析現(xiàn)存該寺寺門的主體及其以后添(填)加的部分,如寺門邊側(cè)墻體頂部,原為階形北低南高,現(xiàn)砌成同一高度所留下的痕跡表明,歷史上其墻體曾進(jìn)行過(guò)修復(fù)。另外寺門頂層為灰磚砌成的望月臺(tái),其結(jié)構(gòu)體系只起圍護(hù)作用,實(shí)際相當(dāng)于女兒墻的功能,而女兒墻在歷史地震的宏觀震害中已證明是抗震的薄弱環(huán)節(jié),易遭受地震破壞。但上述情況并不影響寺門主體結(jié)構(gòu)的承重體系,這也是該建筑物在大震后經(jīng)局部修復(fù)仍能保存至今的主要原因。(3)為防止地震時(shí)墻體的倒塌并傾軋鄰近建筑,清凈寺的一些建筑在震后重修時(shí)增加了建筑物之間的甬道,使相鄰建筑物之間留有空間隙地,改變了震前“樓北無(wú)庭除”的現(xiàn)象,由于震后重修加設(shè)了“抗震甬道”,使建筑物結(jié)構(gòu)的平面布局更趨于合理和有利于抗震防震。(4)從清凈寺的寺門及與其連接的奉天壇可看出,不同高度的結(jié)構(gòu)體系設(shè)立了抗震縫或伸縮縫,各主體結(jié)構(gòu)的墻體相互獨(dú)立,互不搭接,避免了地基的不均勻沉降及地震時(shí)由于結(jié)構(gòu)高度不同和振型不同而可能產(chǎn)生連接處的相互碰撞現(xiàn)象。(5)清凈寺和天后殿附近場(chǎng)地的地質(zhì)鉆孔資料表明,該場(chǎng)址存在可能產(chǎn)生地震液化的飽和砂土和可能產(chǎn)生震陷的淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土,屬抗震不利地段,但實(shí)際上這次大震兩場(chǎng)址均未出現(xiàn)砂土液化和軟土震陷等地基失效現(xiàn)象(未有這方面記載,或基礎(chǔ)沉陷遺跡),這是與按我國(guó)現(xiàn)行建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范(GB50011-2001)和巖土工程勘察規(guī)范(GB50021-94)進(jìn)行評(píng)判得到的不同結(jié)果。5歷史地震和橋梁結(jié)構(gòu)的抗強(qiáng)性5.1造橋熱價(jià)的興起泉州地處東南沿海與晉江、洛陽(yáng)江下游的江海交匯之處。在宋元時(shí)期,隨著交通與商貿(mào)迅速發(fā)展的需要,人們盼望著能用橋梁來(lái)代替方舟,使天塹變通途,于是泉州各地興起了一股造橋熱潮。由于泉州盛產(chǎn)花崗巖,因此古石橋建筑成為一種地方特產(chǎn)。其中經(jīng)歷了這次大震的典型橋類建筑物(表1)分述如下:(1)洛陽(yáng)橋橋場(chǎng)址橋兩圖它是泉州眾多的古石橋中年代最早的跨海大橋,與趙州橋、盧溝橋、廣濟(jì)橋并稱中國(guó)四大古橋,亦是我國(guó)最早的海港梁式石墩大橋,該橋當(dāng)時(shí)全長(zhǎng)約1200m,寬約5m,有46座橋墩,橋面為架設(shè)于船形(雙尖型)橋墩上的長(zhǎng)條石梁,橋上尚有石欄、石亭、石塔等附屬設(shè)施,該橋全部由花崗巖石砌成。現(xiàn)該橋橋長(zhǎng)834m,橋面寬7m,橋墩現(xiàn)存31座,橋面已改用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。該橋場(chǎng)址的地貌單元屬海積階地,場(chǎng)地土類型為軟弱-中軟土,場(chǎng)地類別為Ⅱ-Ⅲ類,存在可液化的飽和砂土和可能震陷的淤泥質(zhì)軟弱土層,屬抗震不利地段。據(jù)現(xiàn)立于洛陽(yáng)橋中亭泉州太守延陵姜志禮《重修洛陽(yáng)橋記》石碑記載:“萬(wàn)歷三十五年秋(1607年),地震橋圮,大石梁折入于海,橋北故址塌南四尺奇”。又據(jù)姜志禮萬(wàn)歷三十七年(1609年)《重修萬(wàn)安橋記》:“橋圮尤甚…舊有中亭,有石關(guān),有鎮(zhèn)風(fēng)塔,儼然巨觀,一時(shí)悉壞?！瓨虮笔核陀谀纤某咂?潮至輒沒(méi),人不能行”。上述記載可見(jiàn),“橋圮尤甚”可能指的是地震造成一時(shí)悉壞的中亭、石關(guān)、鎮(zhèn)風(fēng)塔等附屬建筑,或局部的承重結(jié)構(gòu),“人不能行”是由于大石梁折入于海,潮至就會(huì)漫橋所至,而橋本身的主體結(jié)構(gòu),并未遭受嚴(yán)重破壞,潮未至,人仍可以行走。因此可以認(rèn)為該橋在1604年的兩次強(qiáng)余震中,雖局部承重結(jié)構(gòu)和橋上一些附屬建筑物損壞,但主體結(jié)構(gòu)破壞并不嚴(yán)重。(2)安平橋中亭式橋場(chǎng)址泉州另一座馳名海內(nèi)外,結(jié)構(gòu)形式仿洛陽(yáng)橋的古石橋,被譽(yù)為“天下無(wú)橋長(zhǎng)此橋”。該橋橫跨晉江安海與南安水頭之間的海灣,始建時(shí)橋長(zhǎng)約2700m,橋?qū)捈s5m,疏水道362孔。現(xiàn)存該橋橋長(zhǎng)約2263m,有長(zhǎng)方形、船形、半船形的橋墩363座,橋面寬2.9-4.0m,橋板長(zhǎng)度5-12m不等,厚0.34-0.78m,橋板最重達(dá)25噸,橋板兩端接頭處橫鋪石條,以避免前后錯(cuò)動(dòng),橋墩均用條石按一丁一順、縱橫交錯(cuò)壘砌而成。該橋場(chǎng)址的地貌單元亦屬海積階地,場(chǎng)地土類型為軟弱-中軟土,場(chǎng)地類別為Ⅱ-Ⅲ類,存在可液化的飽和砂土和可能震陷的淤泥質(zhì)軟弱土層,屬抗震不利地段。該橋場(chǎng)址由于自然變遷,原橋下海灘已逐漸被泥沙淤塞,除中亭港、西姑港及水頭港三港外,其余地段已幾乎全部淤成陸地。安平橋與洛陽(yáng)橋不同的是,不論石刻碑文或文獻(xiàn)都未提到1604至1609年這幾次地震造成的破壞,也許只是破壞輕微,只要經(jīng)過(guò)小修理,或者是橋身本身無(wú)損壞,但是橋身堅(jiān)固應(yīng)該是勿容置疑,否則當(dāng)時(shí)這樣重要的建筑物不應(yīng)該沒(méi)有留下記錄。從橋上中亭周圍保存的十三座重修碑記中查到,離1604年這次地震后時(shí)間最近的是“明崇禎十年(1637年)秋鄭芝龍?jiān)俪拗型?翌年正月竣工”,重修的只是中亭,而且重修的時(shí)間很短,屬于一般小修。從幾次重修的碑記可見(jiàn),橋身比橋亭堅(jiān)固,因重修的記載主要是指橋亭這類附屬建筑,所以重修的時(shí)間一般很短,均為一些小修。4.2橋梁橋加固通過(guò)對(duì)上述這兩座典型橋類建筑的抗震分析可得如下認(rèn)識(shí):(1)從有關(guān)歷史記載可見(jiàn),無(wú)論洛陽(yáng)橋還是安平橋,歷次重修的重點(diǎn)部分主要是橋亭及橋板等附屬建筑,其原因是橋亭系木石結(jié)構(gòu),易遭蟲蛀和人為破壞,而橋板(梁)容易受損是因?yàn)槭瘶?gòu)件是一種脆性材料,抗壓強(qiáng)度高,而抗彎能力差。如將之作為橋墩有利于發(fā)揮其抗壓能力,但將之做為梁板之類的受彎桿件,則不但自重大也亦因桿件受拉力,而易產(chǎn)生裂縫。但作為梁式石橋的主體及其主要承重部分,橋墩的堅(jiān)固、穩(wěn)定性及其抗震能力最為重要,這是上述兩橋能保存至今的主要原因。由于石構(gòu)件經(jīng)濟(jì)實(shí)用,能就地取材,且抗其他災(zāi)害的能力強(qiáng),因此目前仍被廣泛用于造橋工程。(2)在橋墩建設(shè)方面,洛陽(yáng)橋采用沿橋軸線兩側(cè)拋石形成水下過(guò)江小石堤,并在所拋石上繁殖當(dāng)?shù)馗绞哪迪?使之將石塊膠結(jié)形成整體,解決了當(dāng)時(shí)用石灰作為砂漿在水中不能凝結(jié)的問(wèn)題,然后在拋石上建橋墩的方法,并利用漲潮的浮力把幾十噸重的石梁架設(shè)到橋墩上,上述建橋的三大特點(diǎn),即:①采用筏形基礎(chǔ)(沿橋位拋石,比現(xiàn)代橋梁工程所使用的方法提前了約八百多年);②采用生物固石(種蠣于礎(chǔ)以為固,是建橋史的創(chuàng)舉);③采用木排浮石(架梁采用“浮運(yùn)法”)。這三大特點(diǎn)保證了橋墩基礎(chǔ)的穩(wěn)定性,增加橋體結(jié)構(gòu)的抗震能力,使大石梁的截面尺寸能達(dá)到所需的要求,并順利安裝。同時(shí)也為以后泉州地區(qū)梁式古石橋的建筑提供了先例與樣本,例如在許多方面安平橋幾乎是模仿了洛陽(yáng)橋的建橋方式。(3)在橋墩的選形方面,洛陽(yáng)橋采用船形(兩端成尖狀);安平橋則采用三種形式:其一,在水流端急處采用船形,可減少漲潮時(shí)來(lái)自東面海水和退潮時(shí)來(lái)自西面江(河)水的壓力;其二,在水流一邊急、一邊緩的地段則采用半船形(即一端成尖狀,另一端為平直狀);其三,在水流平緩的淺海海灘則選用便于施工的長(zhǎng)方形橋墩,上述砌筑方法充分考慮了相應(yīng)水域主要水流的朝向,并通過(guò)減少橋墩迎水面水壓力的方法來(lái)達(dá)到延長(zhǎng)橋墩的使用壽命。上述各種形式的橋墩均采用條石按一丁一順、交錯(cuò)疊置的方法,以增加墩體的穩(wěn)定性、整體性及減少不均勻沉陷的可能影響,同時(shí)亦提高了橋體的抗震能力。上述橋墩建設(shè)與選形方面的特點(diǎn),可能是奠定洛陽(yáng)橋和安平橋的主體結(jié)構(gòu)能夠經(jīng)受住1604年及以后歷次地震考驗(yàn)并保存至今的主要原因。6結(jié)構(gòu)抗震研究的意義通過(guò)研究1604年泉州海外大震與泉州古建筑的結(jié)構(gòu)抗震,本文得到以下幾點(diǎn)認(rèn)識(shí):(1)1604年的這次大震由于波及十幾個(gè)省的部分地區(qū),影響最遠(yuǎn)的記錄可達(dá)1000多公里,結(jié)合建筑物的破壞特征分析,該大震可能是一個(gè)震源較深的地震。然而1607年和1609年的兩個(gè)余震,雖震級(jí)遠(yuǎn)小于主震,但泉州地區(qū)遭受破壞的記載并不少于主震,部分建筑物的破壞甚至比主震還嚴(yán)重,鑒于這種情況,本文認(rèn)為有關(guān)地震目錄在確定這兩個(gè)余震的有關(guān)地震參數(shù)時(shí)宜考慮下列可能的因素:①余震離泉州地區(qū)較近;②余震的震源深度較淺;③建筑物的震害是主余震雙重影響的疊加結(jié)果。值得指出的是,這次大震及其余震有許多關(guān)于建筑物破壞的記載,但卻無(wú)人員傷亡的記錄,實(shí)屬罕見(jiàn),值得疑思。因此進(jìn)一步