金属斗拱的抗震作用

 金属斗拱的力学智慧精华在于它的抗震性能。无论是水平向还是竖向的地震波，都不会造成斗拱破坏。发生地震时，斗拱的各个构件之间互相摩擦、挤压，并产生往复运动，犹如一个运动的机构体系。从能量守恒角度讲，地震波的能量传到斗拱位置时，主要分成了2部分能量：斗拱的内能及斗拱的动能，斗拱内能即自身产生开裂破坏的根本原因，内能越大，斗破坏越严重。然而斗拱能量的另一个组成部分即动能占的比例远大于自身的内能，其原因在于每个斗拱由上百个小构件组成，它们犹如机器的零件一样，在地震作用下不断产生各种运动，耗散了大量的地震能量，从而使得斗拱内能的比例很小，因而斗拱在地震作用下几乎不会产生破坏。事实上，大量的古建震害勘查结果表明，斗拱在地震作用下一般保存完好。不仅如此，地震作用下，斗拱还能产生自动恢复功能，犹如不倒翁一样，其原因在于斗拱特殊的构造特征。斗拱整体构造特点是上部体积大但构件单体截面尺寸小、下部体积小但构件单体截面尺寸大，其中截面尺寸很大的为方形的坐斗，位于斗拱的底层。这种构造特征使得：一方面斗拱的重量中位于斗拱的下方，斗拱犹如一个矮胖的人，在水平地震力（推拉力）作用下尽管产生摇摆，但是不易倾覆；另一方面坐斗的截面尺寸宽大，这无疑增大了斗拱与其底部的接触面，金属斗拱在水平地震作用下产生摇摆时，分别绕着坐斗两侧的支点进行摇摆。而在斗拱摇摆过程中，其上部屋顶的重量迫使斗拱不断地复位，因而斗拱像不倒翁一样，不断地来回摆动。地震波结束后，斗拱又恢复到了初始位置，本身并未受到损害。