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古建筑,能有什么科學(xué)?

窗外一座座建筑飛速拔地而起
高科技是不可言喻的重要支撐
你有沒有想過
立在磚石基座上的柱梁枋,用榫卯互相咬合
挑起了四角飛檐的大屋頂
這也是古人當(dāng)時高精尖的科技呢?
今天就跟著遺介
一起來看看古人在當(dāng)時的建筑中
巧妙運用過哪些科學(xué)吧!

01

基礎(chǔ)技術(shù)——榫卯

什么是榫卯?

(sǔn)(mǎo)


和許多古建筑名詞一樣
榫卯的名字就代表了它的結(jié)構(gòu)
凸出部分叫作
凹進部分叫作

榫卯最根本的作用就是連接材料

多為木頭,少數(shù)也有石頭

榫卯在古建筑中的運用  攝制@駱凱&陳婉鈺/遺介

你可能從不知道

最早的榫卯結(jié)構(gòu)出現(xiàn)在6000~7000年前

河姆渡遺址的古人用石頭制作工具加工木材

借助榫卯建造了

干闌式建筑豎井支護結(jié)構(gòu)

干闌式建筑  武漢長江博物館藏 攝制@駱凱/遺介

榫卯從最初的幾種發(fā)展成幾百個種類

被廣泛應(yīng)用在建筑家具等領(lǐng)域

按照結(jié)合的用途可以視為三類

01 組合面與面的榫卯

為了解決木材板面的面積問題

通過拼合增大面積

代表性的有 企口榫、穿帶榫、燕尾榫 等

燕尾榫 制圖@陳婉鈺/遺介

穿帶榫 制圖@陳婉鈺/遺介

02  組合交接點的榫卯

為了處理 丁字、交叉、夾角的結(jié)構(gòu)

這種榫卯應(yīng)用而生

代表性的明榫、 格肩榫、雙榫、楔釘榫

明榫  制圖@陳婉鈺/遺介


格肩榫  制圖@陳婉鈺/遺介

03 多個構(gòu)件組合的榫卯

為處理復(fù)雜特殊的結(jié)構(gòu)需求

使其更有耐用性美感

代表性的有粽角榫、長短榫、抱肩榫

粽角榫   制圖@陳婉鈺/遺介

榫卯的天然優(yōu)勢使其在古建筑中廣泛應(yīng)用

1 重量小,易加工

2 木頭不會生銹,更耐用

3 可拆卸,易維修

4 可小范圍扭動,能抗震

02

 排雨利器——坡屋頂


人類最早在地穴樹巢居住
后來才發(fā)明了具有屋頂雛形的
半地穴建筑木骨泥墻等建筑
自此用以避雨的斜屋頂就成了建筑的必備

原始建筑 豎穴與巢居 制圖@洪凡凡/遺介

不同的地域
人們結(jié)合當(dāng)?shù)貧夂?/strong>條件和使用需求
慢慢將屋頂改造成不同模樣
皇家的建筑屋頂
需要體現(xiàn)皇權(quán)至上等級秩序
于是出現(xiàn)了很多種樣貌各異的大屋頂

古建筑常見屋頂樣式 制圖@陳婉鈺/遺介

對普通老百姓而言

屋頂不需要那么濃重的文化寓意

以西雙版納為代表的的南方多雨地區(qū)

為了防止短時間內(nèi)的大降雨

房頂大多都做成高又尖斜屋頂

以便于雨水快速流向地面

兩種斜度的坡屋頂排水效果  制圖@陳婉鈺/遺介

新疆西藏為代表的干旱少雨地區(qū)

人們甚至要在屋頂上曬糧食舉行活動

在這里不用擔(dān)心暴雨傾盆

更得考慮如何讓屋頂發(fā)揮多功能

于是這里的屋頂被建成了平屋頂

兩種平屋頂?shù)呐潘Ч?nbsp; 制圖@陳婉鈺/遺介

新疆民居  拍攝@劉雷

除了干旱和多雨的地區(qū)
我們絕大多數(shù)人生活的氣候沒有那么極端
下雨不會像西雙版納
太陽也不會像吐魯番
所以民居建筑都采用了有點坡度的坡屋頂

廈門鼓浪嶼 四落大厝   攝制@ 駱凱/遺介

小知識:根據(jù)專家研究發(fā)現(xiàn),一般年降水量大,春雨、梅雨或者臺風(fēng)帶來的夏季降雨量大的地區(qū)的民居屋頂坡度更大,相較于年降水量來說,月度的降水量強度才是影響屋頂坡度的最重要因素;此外,屋面防水材料、地區(qū)風(fēng)力、建筑的使用用途等也都會影響古建筑屋頂坡度。

03

 肩負重擔(dān)——木構(gòu)架

熟悉古建筑的你肯定聽過“墻倒屋不塌”這句話
究其原因則是
古建筑將承重的任務(wù)交給了木構(gòu)架
墻體只是擋風(fēng)遮雨而已
千百年來不同地區(qū)的人們
因地制宜地發(fā)明了不同木構(gòu)架
建造出特色各異的建筑,滿足自己的生活需求
接下來就一起來認認這些木構(gòu)架

古建筑 柱梁檁的示意  制圖@陳婉鈺/遺介

01 抬梁式


顧名思義

可以簡單理解成把梁抬起來的木構(gòu)架

不止抬一次,是柱上架梁,梁上又抬梁

古建筑 抬梁式木構(gòu)架  制圖@陳婉鈺 /遺介

宮殿,廟宇,寺院等大型建筑中普遍采

更是皇家建筑群首選形式

古建筑木構(gòu)架的代表

 抬梁式建筑-乾清宮  攝制@李雪力&駱凱/遺介



抬梁式木構(gòu)架柱子少,跨度大

可以營造開闊的大空間

也能較好體現(xiàn)建筑內(nèi)部雄偉壯麗的氣勢

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來

形成一榀(pǐn)一榀木構(gòu)架

另一個方向也用斗枋柱子穿起來

一個穿斗式建筑的木構(gòu)架就做好了

古建筑 穿斗式木構(gòu)架  制圖@陳婉鈺/遺介


穿斗式在漢代已相當(dāng)成熟

但需要有大量柱子作支撐

所以做不出貫通的大空間

無法滿足多人集會的大空間需求

因此很少使用在宮殿,寺廟這樣的建筑中

有穿斗式元素建筑-紹興魯迅故居  攝制@陳婉鈺&駱凱/遺介

穿斗式可以預(yù)先拼裝整體屋架
然后樹立組裝,便于施工
網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的牢固性強,整體的韌性較強
整體結(jié)構(gòu)具有高度的完整性

03 井干式

井干式結(jié)構(gòu)不用柱子和大梁

只是從下到上把圓木或加工的木頭層層堆疊

形成房屋的四面墻

四個墻壁交接處讓木頭交叉咬合

其實就是用木頭壘了四面墻

井干式建筑方式  制圖@陳婉鈺/遺介


井干式在商朝后期的陵墓內(nèi)出現(xiàn)

周代到漢代的陵墓曾長期使用這種木墩

漢初宮苑中還有井干樓

井干式結(jié)構(gòu)需要大量木材堆疊成墻

耗費木材,不夠劃算

因此只在樹木充足的少數(shù)地區(qū)多見


04

 古建天工——斗拱

斗拱是古建中特殊的組合構(gòu)件

斗、拱、翹、昂、升等構(gòu)件組合而成

因此有人也說斗拱全名為斗拱

宋式四鋪作斗拱拆解  制圖@陳婉鈺/遺介

斗拱有哪些構(gòu)件?

斗拱中
承托拱、昂
方形木塊

你常見的最底下的斗就是
大斗

而斗口尺寸決定著整個建筑的規(guī)模

斗拱拆解  制圖@陳婉鈺/遺介

是矩形斷面的短枋木,外形略似弓

斗拱拆解  制圖@陳婉鈺/遺介

昂位于斗拱前后中線
前后縱向伸出貫通斗拱
前端有尖斜向下,尾則向上伸至屋內(nèi)

斗拱拆解  制圖@陳婉鈺/遺介

斗拱之所以在被我們熟知
除了引人關(guān)注的結(jié)構(gòu)外
更重要的是它在古建筑中起到的作用

斗拱有什么用?

01 傳導(dǎo)重量

斗拱被放在柱子與梁架之間
從上面承接屋頂重量,向下將重量傳遞給柱子
最后由柱子將重量傳到基礎(chǔ)和地面

斗拱模型  攝制@駱凱/遺介


02 增大出檐

斗拱一層層向外疊出

使斗拱承接的屋檐逐漸向外挑出

唐代巨大斗拱使得唐代建筑出檐深遠

佛光寺的大出檐就是實證


佛光寺建筑模型,國家博物館藏  攝制@駱凱/遺介




03 增加“彈性'

斗拱在檐下形成的斗拱層彈簧墊層

地震雖然導(dǎo)致建筑來回搖晃

斗拱和木結(jié)構(gòu)中的榫卯卻可以小范圍活動

吸收了地震引發(fā)的縱橫地震波

這種可活動的結(jié)構(gòu)讓許多古建筑得以保存至今

因此斗拱對增強建筑的抗震性能十分有利


防震的木構(gòu)架與斗栱  圖源@紀錄片《紫禁城的秘密》 制圖@駱凱/遺介



04 美化裝飾

明清時期斗拱逐漸變成裝飾構(gòu)件
民間的斗拱做法更加花樣繁多
人們開始在造型和色彩上美化斗拱
使斗拱也具有了一定的美化裝飾作用

太和殿斗拱  攝制@駱凱/遺介




05

 美好向往——脊獸

科學(xué)支撐起建筑的建造
那就該嘗試追求美好生活
古人將自己對藝術(shù)和精神的追求
在古建筑的屋頂上體現(xiàn)的淋漓盡致
總有些精巧玲瓏的小怪獸站在屋脊
他們有一個共同的名字——脊獸

脊獸-龍  設(shè)計@王夢琪


正脊上的吻獸、垂脊上的垂獸
戧脊上的戧獸、戧脊前面的蹲獸
太和殿上的十個走獸,外加騎鳳仙人
是大家最熟悉的蹲獸

太和殿脊獸  制圖@陳婉鈺/遺介

(請將手機橫屏觀看,并讓大腦嘗試識記)

小知識:十個走獸的順序其實在學(xué)術(shù)界尚無定論?!稓J定大清會典事例·工部·物材》中脊獸的順序被描述為:龍、鳳、獅子、天馬、海馬、狻猊、狎魚、獬豸、斗牛、行什。但其實明初初建時候的順序已不得而知。專家們普遍認可的是天馬與海馬、狻猊與狎魚、獬豸與斗牛分別為一組的三組順序不變即可,組內(nèi)其實經(jīng)??梢娀Q位置的情況。

06

 裝飾工藝——彩畫

彩畫是古建筑不可缺少的部分

最初是為了防腐防蟲建筑衛(wèi)生

發(fā)展到后期逐漸賦予精神意義

表達信仰或藝術(shù)追求


常見彩畫分幾種?

第一種 和璽彩畫

清代官式建筑上等級最高的彩畫形式
大量裝飾龍鳳圖案
僅用于宮殿、壇廟主殿及堂、門等重要建筑
“W“形線可作為我們辨識它的主要特征

和璽彩畫特征  圖源@《中國建筑彩畫圖集》 改繪@陳婉鈺/遺介

太和殿上的和璽彩畫 攝制@駱凱/遺介

第二種 旋子彩畫

帶卷渦的旋花的清代官式彩畫式樣

等級上低于和璽彩畫
多用于皇家建筑次要殿宇、門廡
祭祀的壇廟殿堂等建筑

旋子彩畫特征  圖源@《中國建筑彩畫圖集》 改繪@張藍天&陳婉鈺/遺介

故宮東華門上的旋子彩畫  攝制@駱凱/遺介 


第三種  蘇式彩畫

源于江南水鄉(xiāng)蘇州一帶

傳入北方被引入官式彩畫
一般用于裝飾園林民居建筑
蘇式彩畫的辨識要點是
它的題材多為山水、人物、花卉、走獸、魚蟲

蘇式彩畫特征  圖源@《中國建筑彩畫圖集》 改繪@陳婉鈺/遺介



北京頤和園長廊蘇式彩畫  攝制@駱凱/遺介


第四種 地方彩畫

除了上述彩畫外
廣袤的中國各地都有不同文化差異
各地方的彩畫也十分豐富
地方彩畫形式活潑、地方特色突出

山西晉祠的地方風(fēng)格彩畫  攝制@駱凱/遺介



彩畫是怎么制作的?

(點擊下文動圖 跳轉(zhuǎn) 至遺介彩畫科普文)


彩畫制作比較復(fù)雜,簡單來說有5個步奏
顏料制備、譜子、瀝粉、繪制、貼金

彩畫起譜子 圖源 @ 紀錄片《八大作》 制圖@錢晨


彩畫瀝粉  圖源 @ 紀錄片《八大作》 制圖@錢晨


彩畫包黃膠  圖源 @ 紀錄片《八大作》 制圖@錢晨


彩畫貼金 圖源 @ 紀錄片《八大作》 制圖@錢晨


   彩畫有什么用?

一.增加木材使用年限,個別色彩可以防蟲防曬

二. 構(gòu)圖精妙色彩豐富,是古建筑的裝飾藝術(shù)
三.皇家彩畫規(guī)范嚴格,體現(xiàn)古代等級制式
四.民間題材豐富,是人民對美好生活的向往

遺介有話說

      我們常說建筑是活歷史,卻好像忽略著古建筑真實記錄下來的古代智慧。古人因地制宜,發(fā)明不同的木構(gòu)架,建起不同的建筑,滿足自己各類生活需求,這中國傳統(tǒng)建筑木構(gòu)架的科學(xué)性實用性。人們根據(jù)當(dāng)?shù)?/span>氣候環(huán)境科學(xué)技術(shù),創(chuàng)造出各種各樣的古建筑,以匾額、彩畫、脊獸裝飾,這就是滿藏科學(xué)且韻味滿滿中國的傳統(tǒng)建筑!

參考文獻
出版物
1、中國建筑類型及結(jié)構(gòu)_劉致平   1987
2、中國古代木結(jié)構(gòu)建筑技術(shù)(戰(zhàn)國—北宋)_陳明達    1990
3、中國古代建筑史_劉敦楨   1984
4、中國建筑史_潘谷西   2004
5、中國建筑油漆彩畫  邊精一
6、中國建筑彩畫圖案
7、中國建筑彩畫圖集 何俊壽
8、故宮博物院.紀錄片《八大作》
學(xué)術(shù)期刊
9、抬梁?穿斗?中國傳統(tǒng)木構(gòu)架分類辨析——中國傳統(tǒng)木構(gòu)架發(fā)展規(guī)律研究(上) _趙瀟欣
10、從建構(gòu)思維看古代建筑結(jié)構(gòu)的類型與演化_張十慶
11、中國木構(gòu)架古建筑結(jié)構(gòu)特性分析_陶瑞峰
12、討論古建筑木構(gòu)架類型在歷史演進中的關(guān)系_肖旻
13、福建傳統(tǒng)民居建筑屋頂坡度與當(dāng)?shù)亟邓年P(guān)系研究_魏凡卜
14、傳統(tǒng)木結(jié)構(gòu)建筑典型榫卯節(jié)點力學(xué)性能研究_郭宇
15、傳統(tǒng)民居屋面坡度與氣候關(guān)系研究_張儉
16、不同坡度與長寬比雙坡屋面...建筑群的風(fēng)荷載干擾效應(yīng)研究_程行
17、基于榫卯結(jié)構(gòu)的拼裝類玩具設(shè)計_王剛
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