五重塔为何不会倒塌

    日本的建筑物自古以来一直以木头为原料，包括不少较高的建筑，京都和奈良的寺庙里耸立着的五重塔即属古代的高层建筑。约在１３００多年前，源于印度的放有释迦佛骨的佛塔「卒塔婆」经由中国和朝鲜半岛传到了日本。后来，这种佛塔渐渐地演变成为日本独特的五重塔。在地震多发的日本，经历过无数次地震的五重塔始终没有被震毁，其优美典雅的建筑风貌一直保持至今。其原因究竟何在?  
 
    屹立于法隆寺院内的五重塔，是世界上最古老的木建筑群。它曾经遭遇过很多次地震和强风的袭击，但依然保持1300年前的风貌。 
    五重塔实为不可思议的建筑物，在地震不断的日本，历史上从来没有出现过五重塔倒塌的记录。在1995年的阪神淡路大地震中，无数高层建筑毁于一旦，但位于兵库县内的十三座三重塔却都幸免于难。三重塔和五重塔究竟为什么能够临危不倒呢？ 探其原因，首先要关注的是其所使用的原材料。五重塔是完全的木结构建筑，在受到震力时，其木料会相应发生或弯或扭的变形，但是，整个塔身却不会倒塌。而当震力消失后，木料便会恢复原状。木料所具有的柔性把地震发生时所产生的巨大能量吸收掉了。  
    原因之二是，在五重塔的整个结构中也同样存在着这种柔性，也就是说，整个五重塔是一个柔性结构，其构件与构件的结合部位几乎不使用铁钉，而是利用嵌入方式进行连接，即把一构件上的榫头嵌入另一构件的凹凿处。这样，当地震发生时，构件之间的结合部会吱吱嘎嘎地作响，或会歪扭，但是，来自地面的震力却不易向上传导。在五重塔的建筑结构中，这种嵌入式构件结合部据说有约1000处，整个建筑的结构就好像柔韧的魔芋（一种食物，见注1）一样。 
    但是，如果仅说五重塔的结构犹如一块魔芋，那也不能用以解释五重塔为何不会倒塌，魔芋不能在地面上立起，而五重塔却能耸立在地面上，这里有五重塔不倒的第三个原因，即五重塔是由五块魔芋构筑起来的。五块魔芋构成一个组合，它就能站立起来。实际上，五重塔的五个层面，不是被称为“五层”，而是被称为“五重”，因为它不是一个建筑的五个层面，而是五个构筑体以嵌入式的方法像套盒（见注2）一般地重叠在一起。在地面发生震动时，正是这种嵌入式套盒结构，使重叠的各构筑体仅仅出现缓缓的摇晃。 
    有人也许会担心，重叠的各个建筑体如果仅是缓缓地摇晃则不要紧，但如果是急剧摇晃，整个建筑是否就有倾斜而倒塌的危险。曾经有一位专门修建神社、宫殿建筑的木匠在大地震发生时偶然望见五重塔的各层建筑体以相互交错的方向（即下层向左，上层向右，再上层又是向左）在倾斜、摇晃，整个五重塔就像是在扭蛇舞（见图1）。大小不同的各重构筑体以所谓的「弥次郎兵卫平衡原理」（即左右重心平衡，见图2）所产生的复原作用而相互错向摇动，这就是五重塔不倒的原因之四。 
    注 1:  一种以芋头科球茎植物为原料的食品，很有韧性。
    注 2:  一种盒状的食物容器，可以层层套叠。
 
    图（1）∶会跳蛇舞的五重塔 
    在受到地震袭击时，五重塔整座塔身不会朝同一方向倾斜。其各层塔的倾斜方向相互交错，下层向左，上层向右，再上层又是向左……，如此摇晃，整个塔身就像在跳蛇舞一样。
 
    图（2）∶弥次郎兵卫平衡原理 
    即左右重心平衡。所谓「弥次郎兵卫」，是挑着担子的玩具偶人的名字。玩具偶人之所以能保持平衡，是因为其左右臂上的重坠低于支点。如果左则重坠下降的话，那么，左右两侧的重坠与支点之间的水平距离就会不同，如①与②那样。也就是说，因为②的距离变长了，右臂上的重坠就会下降。如此不断反复，从而保持整体平衡。
 
  
    位于奈良县群山之中的室生寺五重塔（国宝），高16米，据传建于八世纪末九世纪初。 
    但是，也可能有人会提出疑问，即便如此，在大地震等强灾发生时，塔身的某一层构筑体是否会被震飞？其实，五重塔在设计上也有着防止构筑体被震飞的妙诀，这也是五重塔不倒的第五个原因。这里，让我们先来做一个小试验。准备五只木碗，并将它们重叠倒扣在一个盘子上，轻轻地拉动盘子，木碗便纷纷倒下。而试将每只木碗的底部开一个洞，并用一根长筷子串起来，重叠的木碗便稳稳地叠立，试着摇晃盘子，木碗也不会倒下来。即使有某一只木碗要飞出去，其他的木碗会通过筷子的作用将它拽住，笔者将其称为「哥伦布的木碗」（见下方照片），纵向作用与横向作用的方向正好相反，它起着一个犹如门闩的作用。在五重塔的建筑内部也有这种门闩，那就是纵贯整个建筑的粗粗的通心柱（见图3）。由于这一通心柱的存在，即使某一层的构筑体要飞出去，通心柱会把它拽住，五重塔也就不会倒塌。同时，通心柱也会像钟摆一样地摇动，起着抵消震力的作用……。 
    此外，在五重塔的建筑构造上，还有很多谜项有待人们去揭晓。
柔软性、嵌入式、套盒结构、左右重心平衡、门闩等等，这些作用功能的组合，使五重塔成为一个「柳枝般的建筑」，正因为整个建筑会摇晃，从而使它能够抵御震动、不会倒塌。 
    日本早在一千多年前就出现了这种奇妙且具有合理性的建筑，确实令人惊异。而这又究竟出自何人之手呢？笔者曾对亚洲大陆各地的佛塔进行过调查，结果发现，日本的五重塔是世界上独一无二的，虽然它与世界其他地方的佛塔有相似之处。我们或许可以推断，五重塔是日本在地震多发这一独特风土条件下的智慧和技术的产物，是绳文时代以来传统的「巨柱」建筑（例如青森县的三内圆山遗迹的「六本柱」）与来自大陆的各种建筑技术的融合。 
    五重塔的建造手法也被应用于今天的现代建筑。实际上，高耸入云的现代化大楼，使用的均是像五重塔那样的以摇抗震的「柔性结构」，而非石建筑之类的以坚抗震的「刚性结构」。如果把后者比作是坚实的橡树的话，那么，前者就好比是柔韧的柳树。建筑设计中的柔性要素，例如被埋在建筑底座下的巨大积层胶，柱、梁、壁等部位的嵌入装置（D[**]NP[**]），还有楼顶上的水槽（以水的晃动来抵消地震引起的摇动），等等，均发挥着柔性结构的功能作用。 
    五重塔的建筑手法，可以说是日本现代建筑科学的基石。今天，日本人常去古庙参拜，看看那古老的五重塔。见证了漫长的历史岁月，如今的五重塔，优雅依旧，令人神驰。
   
    将数个木碗重叠并倒扣在一个盘子上，如果晃动盘子，木碗就会倒塌（左）。而如果按所谓「哥伦布的鸡蛋」（即哥伦布磕碎鸡蛋底部让鸡蛋立起的故事）那样的思路，在每只木碗的底部开一小洞，并用一根筷子串起来，这样，即使晃动盘子，上面的木碗也不会倒塌（右）。
 
    图（3）∶法隆寺五重塔的剖面图和通心柱 
    所谓通心柱，是纵贯塔身的粗大木柱，日本的五重塔或是三重塔都有通心柱，但在中国和韩国现存的木塔中却很少见。有人认为通心柱是日本木结构佛塔的特点。。