金屬斗拱的抗震作用

 金屬斗拱的力學智慧精華在于它的抗震性能。無論是水平向還是豎向的地震波，都不會造成斗拱破壞。發生地震時，斗拱的各個構件之間互相摩擦、擠壓，并產生往復運動，猶如一個運動的機構體系。從能量守恒角度講，地震波的能量傳到斗拱位置時，主要分成了2部分能量：斗拱的內能及斗拱的動能，斗拱內能即自身產生開裂破壞的根本原因，內能越大，斗破壞越嚴重。然而斗拱能量的另一個組成部分即動能占的比例遠大于自身的內能，其原因在于每個斗拱由上百個小構件組成，它們猶如機器的零件一樣，在地震作用下不斷產生各種運動，耗散了大量的地震能量，從而使得斗拱內能的比例很小，因而斗拱在地震作用下幾乎不會產生破壞。事實上，大量的古建震害勘查結果表明，斗拱在地震作用下一般保存完好。不僅如此，地震作用下，斗拱還能產生自動恢復功能，猶如不倒翁一樣，其原因在于斗拱特殊的構造特征。斗拱整體構造特點是上部體積大但構件單體截面尺寸小、下部體積小但構件單體截面尺寸大，其中截面尺寸很大的為方形的坐斗，位于斗拱的底層。這種構造特征使得：一方面斗拱的重量中位于斗拱的下方，斗拱猶如一個矮胖的人，在水平地震力（推拉力）作用下盡管產生搖擺，但是不易傾覆；另一方面坐斗的截面尺寸寬大，這無疑增大了斗拱與其底部的接觸面，金屬斗拱在水平地震作用下產生搖擺時，分別繞著坐斗兩側的支點進行搖擺。而在斗拱搖擺過程中，其上部屋頂的重量迫使斗拱不斷地復位，因而斗拱像不倒翁一樣，不斷地來回擺動。地震波結束后，斗拱又恢復到了初始位置，本身并未受到損害。