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故宫古建筑的防震科学

①近日，土耳其发生两次7.8级地震，震级大，破坏力强，导致千年古堡加济安泰普古堡被毁。从建筑结构角度而言，加济安泰普古堡属于砌体结构，主要特点即以砖石作为建筑核心材料，砖石之间通过砂黏结，因而当砂浆受到地震破坏时，易诱发建筑整体破坏。相比而言，木结构建筑以弹性性能良好的木材核心材料，且拥有平摆浮搁柱根、榫卯节点、斗拱等多种抗震构造，因而能够抵抗较为强烈地震。故宫便是其中的代表建筑之一。

②故宫古建筑的立柱柱根并不插入地下，而是平放在一块石头的顶面。该石头称为柱顶石，而柱根与柱顶石的连接做法称为平摆浮搁。一方面，木材在封闭的环境中容易糟朽，立柱柱根若插入地底下，很可能因为空气不流通而糟朽。另一方面，这也是隔离地震的需要。若柱根插入柱顶石内，在强大的地震力作用下，柱根很容易折断并造成古建筑破坏。而平摆浮搁的做法，使得在发生地震时，柱根反复在柱顶石表面运动，不仅不会折断，而且会产生“四两拨千斤”的效果。另外柱根侧面与柱顶石侧面有一定间距，可以保证柱根始终在柱顶石表面往复滑动，而不掉下来。

③从地震工程学角度讲，平摆浮搁增大了古建筑整体的自振周期，可产生隔震效果。所谓自振周期，就是物体振动一个来回所用的时间。一般现代建筑的自振周期与地震波的自振周期接近，在地震作用下的振动幅度要放大，产生类似共振效应，因而容易受到破坏。而柱根平摆浮搁的方式，使得古建筑在地震作用下运动幅度变大，往返时间变长，自振周期远大于现代建筑，因而有利于避开地震波峰值的冲击，而产生隔震效果。

④故宫古建筑的重要特征之一，即梁与柱采用榫卯形式连接。其中，梁端做成榫头形式，柱顶做成卯口形式。榫头插入卯口后，形成稳固的榫卯节点。

⑤从力学角度来讲，榫卯节点属于半刚接节点。所谓半刚接节点，即节点不是完全固定，而是可以转动，但受到一定限制，不能随意转动。这种限制力源于榫头与卯口之间的挤压、咬合。半刚接节点非常有利于古建筑抗震。因为榫卯节点有限的转动能力，有利于减小梁柱构架的晃动幅度。不仅如此，__________________，减小结构整体破坏。

⑥斗拱为我国古建筑特有的组成部分，是位于柱顶之上、屋檐之下的，由斗形、弓形的木构件层层叠加起来的组合木构件，其外形犹如一个个倒立的三角形。

⑦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个部分的能量：斗拱的内能及斗拱的动能。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。

⑧故宫古建筑优秀的抗震构造，是我国古代工匠卓越建筑智慧的体现。

（选自《科技日报》，有删改）

1．下列四幅图，最不适合作为本文介绍抗震构造插图的一项是（     ）

A．榫卯

B．斗拱

C．瓦当

D．柱顶石

2．动手做知识卡片是阅读科普文的有效方法。下表是小明阅读第②段内容后做的知识卡片，请把两处空白补充完整。

知识卡片：平摆浮搁
定义	作用	原理
古建筑立柱柱根平放在柱顶石顶面的连接法	防糟朽	避免立柱柱根插入地底下因为空气不流通而糟朽
	①	②
	防掉落	柱根侧面与柱顶石侧面有一定间距可以保证柱根始终在柱顶石表面往复滑动而不掉下来

3．从对大众科普宣传的角度，文章在介绍木结构建筑榫卯结构抗震原理时，你觉得下列哪个句子更适合填入第⑤段空白处，说说你的理由。
第①句：榫头与卯口之间的相对滑移、旋转等运动，可以耗散部分地震能量。
第②句：榫卯结构技术如同动物骨骼与关节一样可以进行一定的扭转与伸缩，从而增强建筑物的抗震性能。
4．对于是否有必要在文段①中插入下列链接材料，同学们在讨论中形成了两种截然不同的意见。你认为如何？请说说理由。

【链接材料】在2014年，荷兰DeNieuweKerk博物馆就与中国南京博物馆合作，按照1：300的比例在荷兰阿姆斯特丹用3D打印技术建造了中国北京故宫的比例模型。这个模型被搬到一个振动台实验室里，经历了近乎十级强度的地震依然屹立不倒。