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中国古典建筑的结构特征

作者: 更新时间:2020/11/15 12:05:25

抬梁式和穿斗式是中国古典建筑的两种主要结构形式。抬梁式是使用最广的建筑,官式建筑基本都使用抬梁式,华中、华北、西北、东北都采用这种方式。穿斗式流行于华东、华南、西南。但这些地区寺观等重要建筑也采用抬梁式。又由于殿堂多用于抬梁式,厅堂多用穿斗式,所以也用殿堂和厅堂来表示抬梁式也称梁柱式。在房屋的前后檐相对的柱子上架主梁,在主梁上通过加瓜柱或者是驼峰依次再架小梁,形成三角形的屋架;在相邻的两道屋架之间,在梁的外边架檩,上下檩之间架椽,形成屋面下凹形曲线的两坡屋顶骨架。每两道屋架间的室内空间成为“间”,是组成木构架房屋的基本单位。 


穿斗式,一称穿逗式。与抬梁式不同,穿斗式把沿每间进深方向的柱随着屋顶的坡度升高,直接承檩,用另一组为“穿”的木枋穿过各柱,使之连成一体,成为一道屋架;各屋架又用一种为“逗”的木枋联系。檩上承椽,与抬梁式相同。 


无论抬梁式还是穿斗式都是以柱、枋、梁、檩、椽等构件组成的木构架为骨架,其它材料为围护结构的建筑。木构架是在柱基上立柱,柱与台基的连接多采用浮摆式平面接触,而柱与墙之间通常有一定间隙,其间几乎没有力学联系,因此,多数情况下柱基连接可简化为固定铰支座的力学模型,其模型分析与其它非木结构的梁柱力学特性分析类似。 


柱间用枋联系,柱上架梁,梁的两端承檩,檩上排列椽子,椽上再铺望板与瓦片,形成屋面。所以整个屋顶压在檩条上面,屋顶的重量都由木构架承担,而墙壁只起遮蔽和隔断空间的作用。这样就给整个建筑物极大的灵活性,也为建筑内部空间的分隔带来很大的方便。不仅墙壁上门窗的大小不受限制,而且可以建成没有墙的建筑,如凉亭与长廊。而欧洲建筑中的承重墙因需要负重,门窗不能开得太大。 除结构形式外,中国古典建筑最有特点的要素为斗栱和榫卯。 


1.斗栱 

斗栱又称铺作,是檐下和柱头之间设置的一组由拱形短木以及方形木块组成的构件。斗栱是我国木结构建筑特有的结构构件,也是我国古典建筑的一个重要的特征,它既具有承托屋檐重量使屋面出挑的功能,又有一定的装饰作用。 

关于“斗栱”最早的文字记录见于《尔雅》,产生的年代不详。构造方法可能是模仿树枝,用斜杆承托屋檐,其传力机理相当于举起来托重物的手臂或挑重物的肩膀。日本建筑史学家伊东忠泰在他的《中国建筑史》一书中例举了汉代画像砖上的图案,生动的描述了我国古代建筑的构造思想。成语“拱手相让”描述的就是双臂高举献出物品的姿势,“栱”以木字旁代替,类似的名称还有“叉手”,“柱脚”,“挑肩梁”等。据杜牧的《阿房宫赋》知秦代的阿房宫有斗栱。汉代出土的画像砖和陶屋崇楼都可以清楚的看到斗栱,北魏时期的敦煌壁画也可以看到清楚的描绘。现存的最早的实物要数梁思成先生和林徽因先生发现的山西五台山佛光寺大殿。梁思成先生对历代斗栱的演变做了描述。

斗拱古建筑

宋代以前的斗栱高大粗壮,作为屋盖主梁的支座不利于抗震,容易歪闪失稳。宋代木结构工程从施工工艺到管理都规范化,出现了集设计、施工、定额为一体的国家规范《营造法式》,根据材分制度确定斗栱及其它构件的几何尺寸。经近现代的研究表明,宋代材分制度所选取的构件尺寸已经相当合理,似乎是成熟的力学计算的结构。到明清时代,斗栱的构造、功能日趋明确简练,木材消耗量大幅减小,斗栱由原来的悬臂叠合梁蜕变为悬臂挑肩梁的梁垫。 

明清斗栱体量变小,降低了支座的高度,使大屋顶坐的更稳。同时攒数增多,间距变小,沿檐额普拍枋均匀密布,使集中荷载分散化。虽斗栱不如宋及宋以前雄伟,但从结构传力的角度看,这是非常大的进步。额枋尺寸的放大加强了柱架的稳定,额枋竖向承载力有了富余,在额枋之上,正心桁(檩)之下施用多攒平身科斗栱(宋时的补间铺作),共同承担挑檐重量,而只柱头科斗栱(宋时柱头铺作)支承梁架。这样有利于改善檐口挠度曲线和挑檐桁的受力条件。同时,各朵斗栱把平行于檐桁的正心枋、拽枋、机枋等沿纵向串连起来,加强了斗栱层的整体性,成为屋架的弹性可错移的叠层圈梁。4斗栱在不同的受力状态下可以表现出不同的结构特性。平时,斗栱作为一种承载和装饰形式存在,而在遭遇地震等灾害时,斗栱则相当于一个大弹簧,可以损耗相当一部分地震能量。 


2.榫卯 

中国古典建筑大木作各构件的连接都用榫卯。榫卯由榫头和卯孔组成,不仅可以承受压力,还可以承受一定的拉力,具有很好的弹性。榫卯连接中,榫有一定的长度,榫卯之间有一定的间隙,因此榫卯连接是非刚性连接,但也非铰接,而是介于两者之间的变刚性连接。因此,可根据榫卯实际工作情况将其分别模拟为铰接,不传递弯矩;  刚接,按弹性规则传递弯矩;半刚接,传递部分弯矩。 

超级牛叉的榫卯结构


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