北京中軸線建筑藏著哪些科學奧秘？

北京中軸線南起永定門、北至鐘鼓樓，包括天安門、故宮、景山、萬寧橋等遺產(chǎn)建筑，縱貫北京老城南北，全長7.8公里。

北京中軸線建筑不僅布局合理、造型優(yōu)美、文化濃厚，還蘊含著科學之美。下面，就讓我們一起走近北京中軸線，體悟其中建筑的科學之美。

抗震能手

榫卯節(jié)點的物理之美

所謂榫卯（sǔn mǎo），即兩個相互連接的構(gòu)件，其中一個構(gòu)件端部伸出一節(jié)，稱為榫頭；另一個構(gòu)件頂部預留一個口子，稱為卯口。榫頭插入卯口中，就構(gòu)成了榫卯節(jié)點，又稱榫卯連接。

北京中軸線古建筑梁柱連接所用榫卯節(jié)點，類型豐富，以燕尾榫最為典型。燕尾榫的構(gòu)造特征為：額枋（古代建筑中柱子上端聯(lián)絡與承重的水平構(gòu)件）端部的榫頭被加工成燕尾式，而位于柱頂?shù)拿谙鄳龀闪送瑯有螤睢⒊叽绲陌伎谛问健?/p>

從形狀來看，燕尾榫頭非矩形，其特點是根部（榫頭后部）窄、端部（榫頭前部）寬。這種形式使得榫頭與卯口僅能由上往下安裝，安裝后連接可靠、不易水平向拔榫，有利于木構(gòu)架的穩(wěn)定，亦體現(xiàn)了古代工匠的智慧。

燕尾榫安裝示意圖（供圖 / 周乾）

通過榫頭與卯口的協(xié)調(diào)作用，實現(xiàn)了榫卯節(jié)點優(yōu)秀的抗震性能。

地震前，榫卯節(jié)點處于靜止狀態(tài)。地震時，柱腳抬升會使柱身產(chǎn)生傾斜，與額枋產(chǎn)生相對變形，榫頭與卯口之間產(chǎn)生相對擠緊運動，并隨著柱腳抬升幅度增大而明顯；柱腳復位時，榫頭與卯口之間產(chǎn)生相對拔出運動，并逐漸恢復到初始位置附近，且榫頭與卯口始終保持連接狀態(tài)。隨著柱架的搖擺，柱頂榫頭和卯口不斷進行擠緊—拔出的協(xié)調(diào)運動，且由于榫卯節(jié)點數(shù)量較多，也會消耗較多能量，有利于減小地震給結(jié)構(gòu)帶來的危害。地震后，隨著柱腳復位，榫卯節(jié)點亦基本恢復原狀，構(gòu)架仍保持穩(wěn)定狀態(tài)。

榫卯節(jié)點運動狀態(tài)示意圖（供圖 / 周乾）

保暖防害

中草藥的妙用

裱糊指在室內(nèi)墻體、門窗、天花板等位置的木基層表面，用糨糊粘糊紙張、絹布等防護材料，既保暖防塵，又能起到華麗的裝飾效果，為北京中軸線建筑裝飾的做法之一。但由于木板、紙、布中均含有豐富的纖維素、半纖維素和木質(zhì)素，糨糊所含面粉中還有多種營養(yǎng)素，均為蛀蟲的食物來源，因而裱糊木基層及面層均容易遭受蟲蛀。

據(jù)記載，故宮養(yǎng)心殿東暖閣、吉云樓的室內(nèi)頂棚、墻板曾出現(xiàn)蛀眼，內(nèi)務府大臣帶領工匠在現(xiàn)場勘察后，決定對蟲蛀位置先抹油灰，再重新糊高麗紙（我國造紙術(shù)傳至朝鮮以后，朝鮮人利用本國原料制成的書畫用紙），并用白礬、番木鱉（biē）、黃柏、秦艽（jiāo）等中草藥等防治蟲害。

這幾種中草藥用于裱糊工程的蟲害治理，其機理或為中藥本身所含的化學成分殺蟲，或為不同中草藥成分相互作用殺蟲。而中草藥殺蟲的化學原理，則包括麻痹蟲體、興奮蟲體、殺死蟲體、抑制蟲體細胞代謝等多種方式。

故宮內(nèi)廷區(qū)域某建筑的室內(nèi)裱糊（供圖 / 周乾）

北京中軸線不僅是北京的城市脊梁，更是中國傳統(tǒng)文化與科學精神的完美結(jié)晶。從故宮的嚴謹布局到天安門的雄偉氣勢，從鼓樓的精準計時到鐘樓的悠揚鐘聲，當我們沿著這條無形卻有力的線緩緩前行，每一次駐足都能感受到那份震撼人心的力量。這里的每一磚每一瓦都蘊藏著深邃的科學智慧與美學，如同一部跨越千年的編年史，訴說著人類文明的進步與輝煌。

責任編輯 | 王佳璇 趙青云

運營編輯 | 趙青云

質(zhì)量審核 | 李雅欣 王維嘉

圖片來源 |《知識就是力量》雜志《時空交織 步履千年 北京中軸線建筑的科學之美》，撰文/周乾，原文有刪改，原創(chuàng)作品轉(zhuǎn)載請注明來源。

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