拱券的分類(lèi)及其在中原建筑中的應(yīng)用

楊芝璐 金蕾蕾

摘 要：拱券結(jié)構(gòu)除了承受豎向荷載時(shí)具有良好的承重特性外，還有美化裝飾的作用。其外形為圓弧狀，由于各種建筑類(lèi)型的不同，拱券的形式略有變化。本文對(duì)拱券結(jié)構(gòu)進(jìn)行各種分類(lèi)，從結(jié)構(gòu)力學(xué)的角度分析各種拱券結(jié)構(gòu)的特征，并以中原建筑中拱券結(jié)構(gòu)的應(yīng)用為例探討拱券結(jié)構(gòu)在建筑的空間性、穩(wěn)定性等方面的作用。

關(guān)鍵詞：拱券；分類(lèi)；中原建筑

拱券是一種建筑結(jié)構(gòu)，是拱和券的合稱(chēng)，又稱(chēng)券洞、法圈或法券，是用塊狀料（例如土坯、石、磚）砌筑而成的跨空砌體，利用塊狀料之間的相互擠壓所產(chǎn)生的側(cè)向壓力形成的跨空結(jié)構(gòu)體系。拱券技術(shù)早在公元前第4世紀(jì)已在兩河流域出現(xiàn)，以后在巴比倫、亞述、印度、羅馬應(yīng)用并有所發(fā)展.半圓形的拱券為古羅馬建筑的重要特征，尖形拱券則為哥特式建筑的主要特征，而伊斯蘭建筑的拱券則有尖形、馬蹄形、弓形、三葉形、復(fù)葉形和鐘乳形等多種. 拱券結(jié)構(gòu)在中國(guó)出現(xiàn)比較晚，經(jīng)歷了空心磚梁板、尖拱、折拱幾個(gè)發(fā)展步驟，代表性建筑有北方窯洞、拱橋等。

1 結(jié)構(gòu)力學(xué)中拱的特點(diǎn)

1.1 拱券結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)

從結(jié)構(gòu)力學(xué)角度看，拱券結(jié)構(gòu)將拱上部的豎向荷載轉(zhuǎn)化為一部分水平推力，拱圈截面的彎矩與相應(yīng)簡(jiǎn)支梁相比大大減小。不僅如此，拱券結(jié)構(gòu)還有用料省、自重輕、跨度大等優(yōu)點(diǎn)。但是，拱券結(jié)構(gòu)構(gòu)造復(fù)雜，施工費(fèi)用相對(duì)較高。拱主要承受壓力，因此可用受壓能力強(qiáng)的磚石材料砌筑。

1.2 拱與曲梁的區(qū)別

由上圖可知，拱結(jié)構(gòu)受豎向荷載作用時(shí)會(huì)產(chǎn)生水平推力，曲梁結(jié)構(gòu)則不會(huì)產(chǎn)生水平推力。

2 拱券結(jié)構(gòu)的分類(lèi)

拱券結(jié)構(gòu)按結(jié)構(gòu)體系分類(lèi)，可分為簡(jiǎn)單體系（有推力）、組合體系、拱片橋（上緣與橋面縱向平行，下緣為拱形的結(jié)構(gòu)）。其中最常見(jiàn)的簡(jiǎn)單體系又分為三鉸拱、兩鉸拱、單鉸拱、無(wú)鉸拱；組合體系又分為無(wú)推力拱（有系桿）和有推力拱（無(wú)系桿）。

按主拱圈截面形式分，拱券結(jié)構(gòu)又可分為實(shí)腹式拱、格構(gòu)式拱、等截面拱和變截面拱等。按拱軸線(xiàn)形式又可分為圓弧類(lèi)、變形圓弧類(lèi)、尖頭類(lèi)、變形尖頭類(lèi)、馬蹄類(lèi)和葉形類(lèi)六大類(lèi)。

按拱身材料分，可分為鋼結(jié)構(gòu)拱、鋼筋混凝土拱、磚石砌體拱等；按空間形態(tài)分類(lèi)可分為筒拱、十字拱、丁字拱、穹窿（頂）等。

2.1 不同拱軸線(xiàn)形式的拱券結(jié)構(gòu)

2.1.1圓弧拱

圓弧拱是取某圓周的一部分構(gòu)成巷道拱部的形狀。拱形圓滑一致，在巷道周?chē)鷫毫ψ饔孟虏灰桩a(chǎn)生應(yīng)力集中，支護(hù)結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)好。圓弧拱的利用率較高，可減少開(kāi)挖工程量，施工技術(shù)亦較簡(jiǎn)單，是采用較多的一種拱券形式。在中原建筑中也十分常見(jiàn)，如下圖中的洛陽(yáng)市孟津縣朝陽(yáng)鎮(zhèn)衛(wèi)坡村下沉式窯洞。

2.1.2變形圓弧拱

即三心形圓弧拱。由拱上端的半徑較大的圓弧、兩側(cè)半徑較小的兩段圓弧，共三段圓弧組成。有三個(gè)圓心，故稱(chēng)為三心形。多用于羅曼式建筑，在中原建筑中并不常見(jiàn)。

2.1.3尖頭類(lèi)

尖頭類(lèi)拱券結(jié)構(gòu)是由形成尖角的兩段圓弧構(gòu)成，因?yàn)橛袃蓚€(gè)圓心，我們又稱(chēng)之為雙心圓券。比較圓弧的半徑和拱的跨度，又可將其分為三類(lèi)，半徑比跨度小的為鈍尖形，相等的是等邊形，半徑更大的是銳尖形。雙心圓券是清代拱券券形的基本形式，在中原建筑中的應(yīng)用也十分廣泛，如開(kāi)封府拱奎樓正門(mén)。

2.1.4變形尖頭類(lèi)

指拱的上端為尖角，由多段圓弧或圓弧與直線(xiàn)構(gòu)成拱的樣式。在中原建筑中不常見(jiàn)。

2.1.5馬蹄類(lèi)

指拱的下部曲線(xiàn)向內(nèi)緊縮，形成類(lèi)似馬蹄的形狀。在伊斯蘭建筑中比較常見(jiàn)，在中原建筑中不常見(jiàn)。

2.1.6多葉類(lèi)

為上述多種類(lèi)型的拱組合成多葉形狀的拱的樣式，根據(jù)葉片的個(gè)數(shù)可分為三葉形、五葉形和多葉形。這三種樣式也基本從屬于伊斯蘭建筑樣式。在中原建筑中應(yīng)用不多。

2.2 不同空間形態(tài)的拱券結(jié)構(gòu)

2.2.1筒拱：覆蓋平面為長(zhǎng)方形的內(nèi)部空間的弧形拱頂被稱(chēng)為筒拱。與其走向平行的兩側(cè)墻為承重墻。筒拱是拱券建筑最基本的模型，在中原建筑中也隨處可見(jiàn)，一般可用于以下幾個(gè)方面：一是用于普通窯洞住宅，如洛陽(yáng)市孟津縣朝陽(yáng)鎮(zhèn)衛(wèi)坡村下沉式窯洞；二可以用于建設(shè)堡墻，起交通作用的樓道等，如洛陽(yáng)白馬寺正門(mén)、洛陽(yáng)孟津縣朝陽(yáng)鎮(zhèn)衛(wèi)坡村的住宅間的樓道等；拱券結(jié)構(gòu)也可以起裝飾、保護(hù)作用，如龍門(mén)石窟壁巖上的筒拱、滎陽(yáng)紀(jì)公廟里的碑刻、洛陽(yáng)白馬寺建筑上的拱形窗等。

2.2.2十字拱：即相交的筒形拱，是公元一世紀(jì)開(kāi)始使用的一種拱券形式。它覆蓋在方形的間上，只需要四角有柱子，而不必要連續(xù)的承重墻，建筑內(nèi)部空間得到解放；而且便于開(kāi)側(cè)窗，大有利于大型建筑物的采光。在哥特建筑中，十字拱衍變成框架式的，使拱頂?shù)闹亓看蟠鬁p輕，減小了對(duì)各部分施加的力度，也使得十字拱拱頂可以應(yīng)用于各種平面。十字拱多用于交通方面，類(lèi)似十字街的作用，是四面都可以通過(guò)，如“滎陽(yáng)八景”之一的惠濟(jì)橋旁的瞭望臺(tái)。

2.2.3丁字拱：窯洞中拱券結(jié)構(gòu)的一種，與十字拱相對(duì)應(yīng)，是三面相通的拱形結(jié)構(gòu)。一般也用于交通，如河南三門(mén)峽天井窯院中的丁字拱，丁字一邊通向另一個(gè)房間，而這個(gè)房間又通向另一個(gè)院落，使交通更加方便。

2.2.4穹窿（頂）：指從外形來(lái)看為球形或多邊形的屋頂形式。如伊斯蘭教清真寺中的天房，室內(nèi)頂部呈半圓形，就可以叫做“穹窿頂”。穹窿頂一般用于屋頂和墓穴，如河南洛陽(yáng)龍門(mén)石窟北魏蓮花洞的穹窿頂、滎陽(yáng)紀(jì)公廟中紀(jì)公墓穴等。

3 結(jié)語(yǔ)

拱券結(jié)構(gòu)類(lèi)型豐富，每一種類(lèi)型都有其特性。以上我們僅對(duì)拱券結(jié)構(gòu)從結(jié)構(gòu)力學(xué)圖示方面、立面形態(tài)和空間形態(tài)三個(gè)方面進(jìn)行分類(lèi)研究，并列舉了其在中原建筑中的應(yīng)用。我們對(duì)其類(lèi)別進(jìn)行研究，希望拱券結(jié)構(gòu)能夠廣泛的運(yùn)用于建筑的不同方面，發(fā)揮其不同的功能，豐富建筑的內(nèi)涵。

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