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有人说中国古建筑的斗拱结构不符合力学原理。建筑人听后很无奈。

斗拱一词被认为是许多人所熟悉的,也是中国古代建筑最独特的设计之一。

但是,如果我问你斗拱的原理是什么?为什么非要把木头做成这个样子?你能解释一下吗?你能告诉我为什么吗?

如果你无法解释它,只需在百度百科全书上阅读几行似是而非的单词,那你怎么判断它是否符合力学原理呢?它是否是祖先智慧的结晶?

斗拱的历史恒久远,如果没记错,是在西周时期就有了。

斗拱是木构架建筑特有的结构构件,方形的斗、升和矩形的拱以及斜的昂组成。

受力传力特点简单来说,:1、增加挤压面的作用;2、支承挑檐檀;3、联结柱网;4、减少净跨,减小弯矩、剪力;5、抗震作用;6、装饰作用;7、等级标志;8、模数作用。

它位于柱与梁之间,由屋面和上层构架传下来的荷载,要通过斗拱传给柱子,再由柱传到基础,因此,它起着承上启下,传递荷载的作用。

榫卯结合是抗震的关键。这种结构和现代梁柱框架结构极为类似。构架的节点不是刚接,这就保证了建筑物的刚度协调,消耗地震传来的能量(可以考虑为二道防线)使整个房屋的地震荷载大为降低,起了抗震的作用。

如果觉得理论难以理解,下面讲一个实例。

从唐代佛光寺东大殿来说。大殿为庑殿顶,面宽七间进深四间。从整体结构来分析斗栱在建筑中所起到的作用。明清斗栱不管是柱头科,角柱科,平身科都是坐立在平板枋上。而唐代斗栱一个很大的特点是柱头辅作的栌斗直接坐在柱头,这就意味着从上部传来的力将直接落在柱头。上部传来的力来自于屋顶的荷载,屋顶荷载通过槫向下传递。

佛光寺东大殿一角

如果省去斗栱,目前檐槫的位置将向内移动到压槽枋位置。我们可以看见整个建筑结构出檐很大,外部无支撑相当于悬挑结构,整体结构及其不稳定,除去滑坡外,还可能使整个屋顶揭开,柱间连结构件损坏。好,为了解决出檐大而带来的问题,我们选择采用斗栱结构。斗栱顾名思义是由斗和栱作为主要构件拼装而来。通过增加令栱数量来增加出跳数,来满足出檐所需的承载要求。檐槫承载的力通过斗栱向下传递到柱头再到柱顶。整个结构浑然一体。整个斗栱结构通过替木加大了檐槫受力面,变相减少了檐槫作为横向构件的跨度。此时我们还要注意到唐宋斗栱的一个大特点,大部分昂为真昂。因斗栱前身收到了外檐檐槫的力,使其前方不均匀,可能出现前倾歪闪的问题,为了解决这些问题,斗栱的昂后尾直通金步,同时承担了来自下平槫传来的力,使整个斗栱前身后尾同时受到力。斗栱间通过柱头枋连结,使斗栱连结成环,大大增强了斗栱的稳定性,但木结构之间留有的空间余地,使整个环不同于刚体,每个独立节点有一定的位移空间。从多方角度来看,斗栱这个结构在整体结构中运用有道受力合理。

所以总的来说斗拱是符合力学原理的,个人另一方面认为斗拱犹如现代的抗震支座,它使建筑物传力时不那么强硬(铰接替代刚接),从而使建筑物受力更加合理。

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