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2018-08-11 11:12:38 | 分类:默认分类 | 标签:
  拱券是一种建筑结构,是拱和券的合称,又称券洞、法圈或法券,是用块状料(例如土坯、石、砖)砌筑而成的跨空砌体,利用块状料之间的相互挤压所产生的侧向压力形成的跨空结构体系。拱券技术早在公元前第4世纪已在两河流域出现,以后在巴比伦、亚述、印度、罗马应用并有所发展.半圆形的拱券为古罗马建筑的重要特征,尖形拱券则为哥特式建筑的主要特征,而伊斯兰建筑的拱券则有尖形、马蹄形、弓形、三叶形、复叶形和钟乳形等多种. 拱券结构在中国出现比较晚,经历了空心砖梁板、尖拱、折拱几个发展步骤,代表性建筑有北方窑洞、拱桥等。

  1 结构力学中拱的特点

  1.1 拱券结构的特点

  从结构力学角度看,拱券结构将拱上部的竖向荷载转化为一部分水平推力,拱圈截面的弯矩与相应简支梁相比大大减小。不仅如此,拱券结构还有用料省、自重轻、跨度大等优点。但是,拱券结构构造复杂,施工费用相对较高。拱主要承受压力,因此可用受压能力强的砖石材料砌筑。

  1.2 拱与曲梁的区别

  由上图可知,拱结构受竖向荷载作用时会产生水平推力,曲梁结构则不会产生水平推力。

  2 拱券结构的分类

  拱券结构按结构体系分类,可分为简单体系(有推力)、组合体系、拱片桥(上缘与桥面纵向平行,下缘为拱形的结构)。其中最常见的简单体系又分为三铰拱、两铰拱、单铰拱、无铰拱;组合体系又分为无推力拱(有系杆)和有推力拱(无系杆)。

  按主拱圈截面形式分,拱券结构又可分为实腹式拱、格构式拱、等截面拱和变截面拱等。按拱轴线形式又可分为圆弧类、变形圆弧类、尖头类、变形尖头类、马蹄类和叶形类六大类。

  按拱身材料分,可分为钢结构拱、钢筋混凝土拱、砖石砌体拱等;按空间形态分类可分为筒拱、十字拱、丁字拱、穹窿(顶)等。

  2.1 不同拱轴线形式的拱券结构

  2.1.1圆弧拱

  圆弧拱是取某圆周的一部分构成巷道拱部的形状。拱形圆滑一致,在巷道周围压力作用下不易产生应力集中,支护结构受力状态好。圆弧拱的利用率较高,可减少开挖工程量,施工技术亦较简单,是采用较多的一种拱券形式。在中原建筑中也十分常见,如下图中的洛阳市孟津县朝阳镇卫坡村下沉式窑洞。

  2.1.2变形圆弧拱

  即三心形圆弧拱。由拱上端的半径较大的圆弧、两侧半径较小的两段圆弧,共三段圆弧组成。有三个圆心,故称为三心形。多用于罗曼式建筑,在中原建筑中并不常见。

  2.1.3尖头类

  尖头类拱券结构是由形成尖角的两段圆弧构成,因为有两个圆心,我们又称之为双心圆券。比较圆弧的半径和拱的跨度,又可将其分为三类,半径比跨度小的为钝尖形,相等的是等边形,半径更大的是锐尖形。双心圆券是清代拱券券形的基本形式,在中原建筑中的应用也十分广泛,如开封府拱奎楼正门。

  2.1.4变形尖头类

  指拱的上端为尖角,由多段圆弧或圆弧与直线构成拱的样式。在中原建筑中不常见。

  2.1.5马蹄类

  指拱的下部曲线向内紧缩,形成类似马蹄的形状。在伊斯兰建筑中比较常见,在中原建筑中不常见。

  2.1.6多叶类

  为上述多种类型的拱组合成多叶形状的拱的样式,根据叶片的个数可分为三叶形、五叶形和多叶形。这三种样式也基本从属于伊斯兰建筑样式。在中原建筑中应用不多。

  2.2 不同空间形态的拱券结构

  2.2.1筒拱:覆盖平面为长方形的内部空间的弧形拱顶被称为筒拱。与其走向平行的两侧墙为承重墙。筒拱是拱券建筑最基本的模型,在中原建筑中也随处可见,一般可用于以下几个方面:一是用于普通窑洞住宅,如洛阳市孟津县朝阳镇卫坡村下沉式窑洞;二可以用于建设堡墙,起交通作用的楼道等,如洛阳白马寺正门、洛阳孟津县朝阳镇卫坡村的住宅间的楼道等;拱券结构也可以起装饰、保护作用,如龙门石窟壁岩上的筒拱、荥阳纪公庙里的碑刻、洛阳白马寺建筑上的拱形窗等。

  2.2.2十字拱:即相交的筒形拱,是公元一世纪开始使用的一种拱券形式。它覆盖在方形的间上,只需要四角有柱子,而不必要连续的承重墙,建筑内部空间得到解放;而且便于开侧窗,大有利于大型建筑物的采光。在哥特建筑中,十字拱衍变成框架式的,使拱顶的重量大大减轻,减小了对各部分施加的力度,也使得十字拱拱顶可以应用于各种平面。十字拱多用于交通方面,类似十字街的作用,是四面都可以通过,如“荥阳八景”之一的惠济桥旁的?t望台。

  2.2.3丁字拱:窑洞中拱券结构的一种,与十字拱相对应,是三面相通的拱形结构。一般也用于交通,如河南三门峡天井窑院中的丁字拱,丁字一边通向另一个房间,而这个房间又通向另一个院落,使交通更加方便。

  2.2.4穹窿(顶):指从外形来看为球形或多边形的屋顶形式。如伊斯兰教清真寺中的天房,室内顶部呈半圆形,就可以叫做“穹窿顶”。穹窿顶一般用于屋顶和墓穴,如河南洛阳龙门石窟北魏莲花洞的穹窿顶、荥阳纪公庙中纪公墓穴等。

  3 结语

  拱券结构类型丰富,每一种类型都有其特性。以上我们仅对拱券结构从结构力学图示方面、立面形态和空间形态三个方面进行分类研究,并列举了其在中原建筑中的应用。我们对其类别进行研究,希望拱券结构能够广泛的运用于建筑的不同方面,发挥其不同的功能,丰富建筑的内涵。

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