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《浅谈中国古建中斗拱的力学问题_张双寅.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、浅谈中国古建中斗拱的力学问题张双寅,中科院力学研究所北京,,摘要简要介绍了中国古建中斗拱的历史沿革与种类对斗拱中的力学问题作了初步描述从力学原理上阐明了斗拱结构的合理性。斗拱的历史沿革与种类中国历史文化建筑以、数量巨大、雄伟壮观,美不胜收,是下简称为中国古建历史悠久世界文化遗产的最为辉煌的组成部分之一。当然,从文物保护角度看,中国古建的保护任务,。是艰巨的其中力学是大有可为的【’】中,国古建是一支灿烂夺目的奇葩大型殿堂外“,”形看上如鸟斯革如晕斯飞的翘檐翘角的大屋顶和巧夺天工的斗拱是中国古建的明显特征。斗拱,将外檐挑出大屋顶显得庄重而辉煌层层
2、叠叠的斗,,。拱如盆景似兰花美不胜收实际上大屋顶建筑形式与斗拱结构的采用是紧密联系的。以山西五台,,山唐代佛光寺为例柱子上有四层斗拱层层挑,,出使大殿的屋檐外伸之远斗拱高度达。。一几乎是立柱高度的一半图示出一朵典型斗拱图朵典型斗拱引自网页《中国古代,斗拱有两千年的发展史战国时代采桑猎壶上科技馆的,图案及汉代壁画与墓阔上都可看到斗拱的早期形象。到唐、五代、宋、辽、金、元、明朝代有更大发展。图展示了不同历史时代典型的斗拱。从结构,,、、分析大型古建梁架式结构由四个水平层组成即屋顶的梁凛椽构成的架构,,,。层简称屋顶层斗拱层柱架结构的空间层以及由
3、石材建筑的阶基层斗拱层位于立柱金柱,,,,,之上屋顶层之下将屋顶层荷载包括梁擦椽琉璃瓦以及雪载等附加荷载经立柱系统传递到阶基层。,““”“”斗拱因使用的部位与功能不同分为三类即蓄兴着代由各种斗与拱组成“,,,“”“,,“”。“”“”万塌着由斗拱和下昂组成上易着由斗拱与上昂组成上昂和下昂,。“”“”,是上翘和下垂的木板做装饰之用这三类斗拱每种又分为童群着与卓买着另外又“,,“,,。分为游心借与方心借“”,“建筑物柱头上的斗拱称为柱头铺作在两组柱头斗拱之间的一朵或两朵斗拱称为补”。间铺作浅谈中国古建中斗拱的力学问题图几种、五代上,、辽中,、《大木
4、结构》,不同时代的斗拱唐宋金元下引自中国网中国互联网新闻中心’“”,“”“”斗拱又可写为料拱是由斗和拱组成斗即置于立柱头上的上大下小的木,“”,“”、、块外形恰似酒斗的斗又如倒置的集粮的量器斗古书上斗与节扬护等名称。“”,,。同义节即竹节竹节处直径变粗与斗形状相似,“”,“,拱是立柱两侧的曲形小木块因呈弓形而得名但是根据文献【毕跳之黄詹,,。”,者两手对书府上亥即名之曰井顾因笋彩之肇男一迷易力蒸为买吴所以拱字来源,。“”、。于两手共用托举重物这个说法更加确切拱在古书中又称为糟栗斗拱的力学模型、尹斗的力学分析,,详细分析斗拱的传力细节十分复杂且因
5、制作工艺不同而不,,。,同作为斗拱力学之浅释本文将作必要的简化最为简单的斗,,,。“可见示意图专著〔中有注释平一曰卢,。,,斗位于大梁之下金柱之上一般而言梁承受弯矩截面粗,,“”,大而立柱承受轴向压载木材有立木撑千斤之说可以比梁。“”,的截面小些大梁的荷载通过斗传到立柱的头部用较细的立,,。,柱顶起粗大的横梁减少立柱对大梁的压应力如图所示如图最简单的斗示意图固体力学进展及应用庆贺李敏华院士华诞文集—,果斗的上端面直径为几尺其横截面积为,二城矛,、,,,一二,其下端面直径为四分之一的上端直径即典凡二共回积为一二一凡嘴“所以,
6、,。经过斗的传递立柱对梁的压应力减小到立柱所受压应力的十六分之一,。从木材性能手册可知木材的横纹抗压强度只是抗弯强度的左右例如林科院木材所测得的润南木材的横纹压缩强度为一,而其抗弯强度为。所以,用“斗”,,。增大大梁的抗压面积对保护大梁不致被压坏其作用是显而易见的斗拱的雏形,如果只用一个斗仍不足以使压应力减到足够小“”,。则可用两个或多个斗传力如图所示假定生杏杏,,斗和斗与几形状相同则大梁受到的压应力又将减少一半。,,。最初的拱是直的类似一根小梁如图所示,,为了增加斗的数量后来发展为重叠状斗拱最简单的如图所示。
7、为了美观起见,进一步将拱由直线形,。,改为曲线形如图所示传力原理基本一致都是将,立柱的力通过多层斗和拱传到大梁上以减少对大梁的压应力。图斗拱雏形示意图斗‘柱喋耸石刁厂舜图斗拱雏形的三维透视图汇图弯曲的拱又称栗示意图【,,。,,斗拱的前身有梧柱置于梁下作用与斗拱相同由于大梁长度过长柱之上部加斜撑,,。“”,分担屋顶加于梁上的荷载使荷载传递更合理图是一个典型的梧柱示意图斜柱称为梧“”,,,、今人俗称为牛腿它的承载能力大于斗拱但是外观欠雅所以作为宫殿庙宇等恢宏,。建筑多不采用,,,如果大梁不堪重负在立柱
