古建筑,能有什么科学?
入玫瑰林
2024年05月31日 17:29:59
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转自公众号:遗介家科教(ID:Yijie-Edu) 窗外一座座建筑飞速拔地而起 高科技 是不可言喻的 重要支撑 你有没有想过 立在砖石基座上的 柱梁枋 ,用 榫卯 互相咬合 挑起了 四角飞檐 的大屋顶 这也是古人当时 高精尖 的科技呢? 今天就跟着小编 一起来看看古人在当时的建筑中 巧妙运用过哪些科学吧!


转自公众号:遗介家科教(ID:Yijie-Edu)


窗外一座座建筑飞速拔地而起

高科技 是不可言喻的 重要支撑

你有没有想过

立在砖石基座上的 柱梁枋 ,用 榫卯 互相咬合

挑起了 四角飞檐 的大屋顶

这也是古人当时 高精尖 的科技呢?

今天就跟着小编

一起来看看古人在当时的建筑中

巧妙运用过哪些科学吧!





01

 基础技术——榫卯 



什么是榫卯?

(sǔn) (mǎo)


和许多古建筑名词一样

榫卯的名字就代表了它的结构

凸出部分 叫作

凹进部分 叫作


榫卯最根本的作用就是 连接材料

多为 木头 ,少数也有 石头


榫卯在古建筑中的运用  摄制@骆凯&陈婉钰/遗介


你可能从不知道

最早的榫卯结构出现在 6000~7000 年前

河姆 渡遗址 的古人用 石头 制作工具 加工木材

借助 榫卯 建造了

干阑式建筑 竖井支护结构


干阑式建筑  武汉长江博物馆藏 摄制@骆凯/遗介


榫卯从最初的 几种 发展成 几百个 种类

被广泛应用在 建筑 家具 等领域

按照结合的用途可以视为三类


01 组合面与面的榫卯


为了解决木材 板面 的面积问题

通过 拼合 增大面积

代表性的有  企口榫、穿带榫、燕尾榫  等


燕尾榫 制图@陈婉钰/遗介


穿带榫 制图@陈婉钰/遗介


02  组合交接点的榫卯


为了处理  丁字、交叉、夹角 的结构

这种榫卯应用而生

代表性的 明榫、   格肩榫、双榫、 楔钉榫


明榫  制图@陈婉钰/遗介


格肩榫  制图@陈婉钰/遗介


03 多个构件组合的榫卯


为处理 复杂特殊 的结构需求

使其更有 耐用性 美感

代表性的有 粽角榫、长短榫、抱肩榫


粽角榫    制图@陈婉钰/遗介


榫卯的 天然优势 使其在古建筑中广泛应用

1 重量小,易加工

2 木头不会生锈,更耐用

3 可拆卸,易维修

4 可小范围扭动,能抗震



02

 排雨利器——坡屋顶 


人类最早在 地穴 树巢 居住

后来才发明了具有屋顶雏形的

半地穴建筑 木骨泥墙 等建筑

自此用以 避雨的斜屋顶 就成了建筑的必备


原始建筑 竖穴与巢居  制图@洪凡凡/遗介


不同的地域

人们结合 当地气候 条件和 使用需求

慢慢将屋顶改造成不同模样

皇家的建筑屋顶

需要体现 皇权至上 等级秩序

于是出现了很多种样貌各异的大屋顶


古建筑常见屋顶样式 制图@陈婉钰/遗介


对普通老百姓而言

屋顶不需要那么浓重的文化寓意


以西双版纳为代表的的 南方多雨地区

为了防止 短时间内 的大降雨

房顶大多都做成 高又尖 斜屋顶

以便于 雨水快速 流向地面


两种斜度的坡屋顶排水效果   制图@陈婉钰/遗介


云南西双版纳建筑的高坡屋顶   图源@摄图网授权


新疆 西藏 为代表的干旱 少雨地区

人们甚至要在屋顶上 晒粮食 举行活动

在这里不用担心暴雨倾盆

更得考虑如何让屋顶 发挥多功能

于是这里的屋顶被建成了 平屋顶


两种平屋顶的排水效果   制图@陈婉钰/遗介


新疆民居  拍摄@刘雷


除了干旱和多雨的地区

我们绝大多数人生活的气候 没有那么极端

下雨不会像西双版纳

太阳也不会像吐鲁番

所以民居建筑 都采用了有点坡度的 坡屋顶



厦门鼓浪屿 四落大厝   摄制@ 骆凯/遗介

小知识: 根据专家研究发现,一般年降水量大,春雨、梅雨或者台风带来的夏季降雨量大的地区的民居屋顶坡度更大,相较于年降水量来说,月度的降水量强度才是影响屋顶坡度的最重要因素;此外,屋面防水材料、地区风力、建筑的使用用途等也都会影响古建筑屋顶坡度。



03

 肩负重担——木构架 


熟悉古建筑的你肯定听过“ 墙倒屋不塌 ”这句话

究其原因则是

古建筑将 承重 的任务交给了 木构架

墙体 只是 挡风遮雨 而已

千百年来 不同地区 的人们

因地制宜 地发明了 不同木构架

建造出 特色各异 的建筑,满足自己的 生活需求

接下来就一起来认认这些木构架


古建筑 柱梁檩的示意   制图@陈婉钰/遗介


01 抬梁式


顾名思义

可以简单理解成 把梁抬起来 的木构架

不止抬一次,是 柱上架梁,梁上又抬梁


古建筑 抬梁式木构架   制图@陈婉钰 /遗介



宫殿,庙宇,寺院 等大型建筑 中普遍采用

更是 皇家建筑 群首选形式

古建筑木构架的代表


 抬梁式建筑-乾清宫  摄制 @李雪力&骆凯/遗介



抬梁式木构架 柱子少,跨度大

可以营造 开阔的大空间

也能较好体现建筑内部 雄伟壮丽 的气势


02 穿斗式


注意 穿斗式 穿的可不是斗拱哦!

穿斗式是先用 穿枋 柱子 穿起来

形成一榀(pǐn)一榀木构架

另一个方向也用 斗枋 柱子 穿起来

一个穿斗式建筑的木构架就做好了


古建筑 穿斗式木构架   制图@陈婉钰/遗介


穿斗式在汉代已相当成熟

但需要有 大量柱子作支撑

所以 做不出 贯通的 大空间

无法满足 多人集会的 大空间需求

因此很少使用在宫殿,寺庙这样的建筑中


有穿斗式元素建筑-绍兴鲁迅故居  摄制 @陈婉钰&骆凯/遗介


穿斗式可以 预先拼装 整体屋架

然后 树立组装 便于施工

网状结构的 牢固性强 ,整体的 韧性较强

整体结构具有 高度的完整性


03 井干式


井干式结构 不用柱子和大梁

只是 从下到上 把圆木或加工的木头 层层堆叠

形成房屋的四面墙

四个墙壁交接处让木头交叉咬合

其实就是用木头垒了四面墙

井干式 建筑方式    制图@陈婉钰/遗介


井干式在商朝后期的陵墓内出现

周代到汉代的陵墓曾长期使用这种木墩

汉初宫苑中还有井干楼

井干式结构需要 大量木材 堆叠成墙

耗费木材,不够划算

因此只在 树木充足的少数地区多见


山区多见的井干式建筑   图源@摄图网授权




04

 古建天工——斗拱 



斗拱是古建中特殊的组合构件

斗、拱、翘、昂、升 等构件组合而成

因此有人也说斗拱 全名为 斗拱


宋式四铺作斗拱拆解   制图@陈婉钰/遗介



斗拱有哪 些构件?


斗拱中      
承托拱、昂      
     
方形木块      
你常见的最底下的斗就是      
大斗      
而斗口尺寸决定着整个建筑的规模      

     

 
斗拱拆解   制图@陈婉钰/遗介  
 
 
 


是矩形断面的短枋木,外形略似弓  

 
斗拱拆解   制图@陈婉钰/遗介  
 
 


昂位于斗拱 前后中线  
前后纵向伸出贯通 斗拱  
前端有尖斜向下,尾则向上伸至屋内  

 
斗拱拆解   制图@陈婉钰/遗介  
 
 

 
斗拱之所以在被我们熟知
除了引人关注的结构外
更重要的是它在古建筑中起到的作用

斗拱有什么用?

01 传导重量

斗拱 被放在 柱子与梁架之间
从上面 承接屋顶重量 ,向下将重量 传递给柱子  
最后由柱子将 重量传到基础 和地面    
 

 
斗拱模型       摄制@骆凯/遗介  
 
 


 
02 增大出檐
 

 
斗拱一层层向外叠出  
使斗拱承接的屋檐逐渐向外挑出  
唐代巨大斗拱使得唐代建筑出檐深远  
佛光寺的大出檐就是实证  

 
佛光寺建筑模型,国家博物馆藏   摄制@骆凯/遗介  
 

 

 

 
03 增加“弹性"  

 
斗拱 在檐下形成的 斗拱层 弹簧垫层  
地震虽然导致建筑来回摇晃  
斗拱 和木结构中的榫卯却可以 小范围活动  
吸收了地震引发的纵横地震波  
这种可活动的结构让许多古建筑得以保存至今  
因此 斗拱 对增强建筑的抗震性能十分有利  

 
防震的木构架与斗栱   图源@ 纪录片《紫禁城的秘密》 制图@骆凯/遗介  
 
 

 

 
04 美化装饰
 

 
明清 时期斗拱逐渐变成 装饰构件  
民间的斗拱做法更加花样繁多  
人们开始在造型和色彩上美化斗拱  
使斗拱也具有了一定的 美化装饰 作用  

 
太和殿斗拱  摄制@骆凯     /遗介  
 
 

 

 

 
05        
 美好向往——脊兽       

科学支撑起建筑的建造
那就该尝试 追求美好生活
古人将自己对艺术和精神的追求
在古建筑的屋顶上体现的淋漓尽致
总有些 精巧玲珑 的小怪兽站在屋脊
他们有一个共同的名字—— 脊兽

脊兽-龙  设计@王梦琪

正脊上的 吻兽 、垂脊上的 垂兽
戗脊上的 戗兽 、戗脊前面的 蹲兽
太和殿上的 十个走兽 ,外加 骑凤仙人
是大家最熟悉的蹲兽

太和殿脊兽  制图@陈婉钰/遗介
(请将手机横屏观看,并让大脑尝试识记)

小知识: 十个走兽的顺序其实在学术界尚无定论。《钦定大清会典事例·工部·物材》中脊兽的顺序被描述为:龙、凤、狮子、天马、海马、狻猊、狎鱼、獬豸、斗牛、行什。但其实明初初建时候的顺序已不得而知。专家们普遍认可的是天马与海马、狻猊与狎鱼、獬豸与斗牛分别为一组的三组顺序不变即可,组内其实经常可见互换位置的情况。


06        
 装饰工艺——彩画       

彩画是古建筑不可缺少的部分
最初是为了 防腐防虫 建筑卫生
发展到后期逐渐赋予 精神意义
表达信仰或艺术追求

常见彩画分几种?

第一种 和玺彩画

清代官式 建筑上 等级最高 的彩画形式
大量装饰龙凤图案
仅用于宫殿、坛庙主殿及堂、门等重要建筑
“W“形线 可作为我们 辨识它的主要特征

和玺彩画特征   图源@《中国建筑彩画图集》 改绘 @陈婉钰/遗介

太和殿上的和玺彩画 摄制@骆凯/遗介

第二种 旋子彩画

带卷涡的 旋花 的清代官式彩画式样
等级上低于和玺彩画
多用于 皇家建筑 次要殿宇 门庑
祭祀的 坛庙 殿堂 等建筑

旋子彩画特征     图源@《中国建筑彩画图集》 改绘   @张蓝天&陈婉钰/遗介
故宫东华门上的旋子彩画  摄制@骆凯/遗介 

第三种  苏式彩画

源于江南水乡苏州一带
传入北方 被引入官式彩画
一般用于装饰 园林 民居 建筑
苏式彩画的辨识要点是
它的题材多为 山水、人物、花卉、走兽、鱼虫

苏式彩画特征     图源@《中国建筑彩画图集》 改绘   @陈婉钰/遗介

北京颐和园长廊苏式彩画  摄制@骆凯/遗介


第四种 地方彩画

除了上述彩画外
广袤的中国各地都有 不同文化差异
各地方的彩画也十分丰富
地方彩画 形式活泼 地方特色 突出

山西晋祠的地方风格彩画  摄制@骆凯/遗介
 

参考文献  
出版物  
1、中国建筑类型及结构_刘致平   1987  
2、中国古代木结构建筑技术(战国—北宋)_陈明达    1990  
3、中国古代建筑史_刘敦桢   1984  
4、中国建筑史_潘谷西   2004  
5、中国建筑油漆彩画   边精一  
6、中国建筑彩画图案  
7、中国建筑彩画图集 何俊寿  
8、故宫博物院.纪录片《八大作》  

 
学术期刊  
9、抬梁?穿斗?中国传统木构架分类辨析——中国传统木构架发展规律研究(上) _赵潇欣  
10、从建构思维看古代建筑结构的类型与演化_张十庆  
11、中国木构架古建筑结构特性分析_陶瑞峰  
12、讨论古建筑木构架类型在历史演进中的关系_肖旻  
13、福建传统民居建筑屋顶坡度与当地降水的关系研究_魏凡卜  
14、传统木结构建筑典型榫卯节点力学性能研究_郭宇  
15、传统民居屋面坡度与气候关系研究_张俭  
16、不同坡度与长宽比双坡屋面...建筑群的风荷载干扰效应研究_程行  
17、基于榫卯结构的拼装类玩具设计_王刚  

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