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(wàn)寧橋等遺產(chǎn)建筑，縱貫北京老城南北，全長(zhǎng)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(yùn)含著科學(xué)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(xué)之美。

抗震能手

榫卯節(jié)點(diǎn)的物理之美

所謂榫卯（sǔn mǎo），即兩個(gè)相互連接的構(gòu)件，其中一個(gè)構(gòu)件端部伸出一節(jié)，稱為榫頭；另一個(gè)構(gòu)件頂部預(yù)留一個(gè)口子，稱為卯口。榫頭插入卯口中，就構(gòu)成了榫卯節(jié)點(diǎn)，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(diǎn)，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(luò)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?yīng)做成了同樣形狀、尺寸的凹口形式。

從形狀來看，燕尾榫頭非矩形，其特點(diǎn)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(shí)現(xiàn)了榫卯節(jié)點(diǎn)優(yōu)秀的抗震性能。

地震前，榫卯節(jié)點(diǎn)處于靜止?fàn)顟B(tài)。地震時(shí)，柱腳抬升會(huì)使柱身產(chǎn)生傾斜，與額枋產(chǎn)生相對(duì)變形，榫頭與卯口之間產(chǎn)生相對(duì)擠緊運(yùn)動(dòng)，并隨著柱腳抬升幅度增大而明顯；柱腳復(fù)位時(shí)，榫頭與卯口之間產(chǎn)生相對(duì)拔出運(yùn)動(dòng)，并逐漸恢復(fù)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(jìn)行擠緊—拔出的協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)，且由于榫卯節(jié)點(diǎn)數(shù)量較多，也會(huì)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(fù)位，榫卯節(jié)點(diǎn)亦基本恢復(fù)原狀，構(gòu)架仍保持穩(wěn)定狀態(tài)。

榫卯節(jié)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)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(hù)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(yíng)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(wù)府大臣帶領(lǐng)工匠在現(xiàn)場(chǎng)勘察后，決定對(duì)蟲蛀位置先抹油灰，再重新糊高麗紙（我國(guó)造紙術(shù)傳至朝鮮以后，朝鮮人利用本國(guó)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(jī)理或?yàn)橹兴幈旧硭幕瘜W(xué)成分殺蟲，或?yàn)椴煌胁菟幊煞窒嗷プ饔脷⑾x。而中草藥殺蟲的化學(xué)原理，則包括麻痹蟲體、興奮蟲體、殺死蟲體、抑制蟲體細(xì)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(guó)傳統(tǒng)文化與科學(xué)精神的完美結(jié)晶。從故宮的嚴(yán)謹(jǐn)布局到天安門的雄偉氣勢(shì)，從鼓樓的精準(zhǔn)計(jì)時(shí)到鐘樓的悠揚(yáng)鐘聲，當(dāng)我們沿著這條無(wú)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(yùn)藏著深邃的科學(xué)智慧與美學(xué)，如同一部跨越千年的編年史，訴說著人類文明的進(jìn)步與輝煌。

責(zé)任編輯 | 王佳璇 趙青云

運(yùn)營(yíng)編輯 | 趙青云

質(zhì)量審核 | 李雅欣 王維嘉

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

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