斗拱是否符合力学

2023-05-25 03:14:11 来源：互联网分类：五金知识

首先是先秦汉代时期的斗拱这个时候还没有发展出成熟的梁架、柱网体系，柱子一般都是埋在地下，各自为战，彼此之间没有联系。不多久之后人们发现，这样的结构对梁架是一个考验。柱子直接承托的梁架还好，其他部分的梁架完全是以一己之力承受整个屋顶重量，压力大的不要不要的。于是匠人们意识到需要给梁架“减压”。于是斗拱的雏形出现了。匠人们很聪明的意识到一个基本物理常识:受力面积越大压强越小，因此用一根横木，上面放上三个散斗就缓解了上部梁枋的压力。尝到甜头的匠人们决定将“减压”运动进行到底，于是他们不再满足于对中间柱子上部的改变，紧接着把最外侧柱子上部也一同改造了。在“减压运动”扩大化的福利之下，梁枋表示自己已经彻底缓解了压力。建筑的外形开始变得越来越丰富了，可挑选的建筑类型就变得多了起来。好比说解决了温饱，就该考虑臭美的问题了。于是根据建筑类型的不同又出现不同的结构体系。看到这里大家一定坚定的认为以上做法仅限于斗拱发展前期。后世尤其是到了斗拱成熟时候的唐朝就不再有这样雏形的斗拱结构了。能思考到这个程度，那么恭喜你！错了。实际上，这种不出跳斗拱的生命力顽强程度令人咋舌，不仅好好的从汉代活到了南北朝，还从南北朝活到了唐宋。看到这里大家一定坚定的认为以上做法仅限于斗拱发展前期。后世尤其是到了斗拱成熟时候的唐朝就不再有这样雏形的斗拱结构了。能思考到这个程度，那么恭喜你！错了。实际上，这种不出跳斗拱的生命力顽强程度令人咋舌，不仅好好的从汉代活到了南北朝，还从南北朝活到了唐宋。匠人们在漫长的建筑实践中渐渐意识到一个非常重要的问题:长期以来“柱子”同学向来都是“各自为战”，彼此谁也不主动联系谁。作为建造者的匠人认为十分不妥。觉得有必要让他们之间产生某些关联。这个萌芽一旦诞生，柱子腿就彻底得救了，终于不用为了稳稳的幸福而长时间深深埋入地下了，地下又湿又潮。实在不是人，奥，不对，不是木头呆的地方。君不见柱子腿经常腐烂吗？事实上，柱子之间不联系这事彻底结束也没多长时间，至少在元代还有这样“惊世骇俗”的做法。匠人为了扩大视觉空间取消了柱与柱之间的额枋。古代工匠为了追求视觉上的整齐度，往往斗拱交错于一处，使得单个拱的材损过大。受力很不合理。例如古建筑最末端柱头上的斗拱（转角铺作）往往最漂亮，造型最美观，承受屋宇重力最大。但是此处斗拱的材损率往往也最严重。例如第一层拱（华拱），是三个方向上的拱交织于一处，这就意味着三根拱在相交处的平均材损率为2／3。这是一个相当相当令人痛心的事实，这也是传统榫卯为了追求视觉美观的一个“零和博弈”的无奈之举。实际上依据如今的做法，拱与拱之间相互错开，搭接处开浅卯，避免不必要的材损，并且用螺栓固定，方法简单有效。具体案例可以参考隈研吾的梼原木桥博物馆。更为直接的办法就是利用三角斜撑，做成桁架结构，直接跟侧推力对抗。这种方式最省材，然而这种做法直接、省材的同时它也失去了中国古建筑的特色。对于斗拱，个人觉得这是由各个力学性质和木料性质组合起来的系统。力的性质有重力，弹力等，力学定理有杠杆原理，二力杆等。材料性质体现在斗，拱，升，昂这些小件和杆儿的强度，刚度，硬度等。斗拱不单起支撑整个屋顶的作用，在抵抗外力作用时也有很好的表现。比如抗震方面。在这个系统存在外力(系统所能承受的极限内)作用时想要保持原有平衡，就会产生应对措施，这个应对措施就是通过这种系统，也就是通过这种小件和杆儿之间的配合(斗拱的建造形状)把外力分化削弱，让这个外力对这个系统造成的影响最小，实现整个系统的平衡，来达到抗震效果，这也是中国古建筑能存留至今原因之一。“是否符合力学原理”，我的回答是：斗拱的出现就是古人在力学方面智慧的体现。不同的力，在通过特殊的木材搭建结构(斗拱)，实现系统平衡，并在有外力(系统承受极限范围内)作用时能自己完成系统的平衡，这就是中国古人的智慧，这就是符合力学原理的。

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