建筑设计中的力与美·.doc

建筑设计中的力与美【摘要】在建筑设计中，只有真正做到建筑美学和力学结构合理地融合，不偏不废，才能成为真正优秀的建筑。本文主要就建筑设计中成功的部件或案例来探讨建筑设计中力学于美学的结合。【关键词】建筑设计 建筑力学 美学 融合柱沉稳的压杆中国古建筑中一般采用木柱, 在靠近地面一端采用石制基座, 基座横断面积较大, 在外观上给人以沉稳的美感, 显然它在力学上起到了减小压强的作用, 体现了力与美的共融，更值得注意的是柱身, 柱高与柱横断面直径的比例, 在唐、宋时期一般是8：1或9：1，到了明、清时期一般为10：1，这样的长细比, 给人的感觉十分雄浑, 尤其是在宫殿、庙宇建筑上可以充分表达出建筑的庄严、威武的个性，却不显得臃肿。从建筑力学的观点看来, 这样一个8：1到10：1的长细比, 对于木质压杆几乎可以不考虑“ 失稳” 因素, 从而达到较合理地利用材料特性的目的。值得注意的是, 古时候人们并无法事先根据稳定理论来校核木柱, 人们完全是根据材料的实际状态和审美需求来建造房屋的, 他们通过大量的实践和天赋, 达到了力学和美学的统一。同样的，西方各种石质柱式（塔什干柱式、 陶立克柱式、 爱奥尼克柱式、科林沁柱式、 混合型柱式、 陶立克柱式组合、爱奥尼克柱式组合、 科林沁柱式组合）均由石材构成,每一种柱式从整体到局部的艺术处理都代表了一种风格性建筑的特点. 陶立克柱式表现为粗犷、刚劲,象征着男性的体态和性格. 爱奥尼克柱式、科林沁柱式以及由此而发展成的混合型柱式则表现为: 秀丽、柔美, 象征着女性的体态和性格. 考察图1 (a) 的5 种柱身, 它们的长细比在6到8。33 之间. 由材料力学知, 当石材的长细比8 时, 其U值接近于1. 这说明当时的希腊和罗马人已经认识到了正确使用石材作柱的力学道理. 檩和枋彩绘的工字钢在木结构建筑中, 沿房屋纵向是用檩和枋来联系的， 这种檩和枋的力学性能相当于梁。檩直接承受屋面传来的垂直荷载, 为了排雨水屋面一般做成斜坡, 要想使斜坡屋面的荷载可靠地传到檩, 必须使屋面和擦有可靠的接触, 最有效、简捷的方法是采用檩的横断面使其成圆形, 它比矩形或其它形式的横断面都要简单而又可靠, 且可以极大地方便施工和加工。但是圆檩不易获得审美的需要, 在宫殿、楼阁或寺庙等大型建筑中, 要在屋顶部分绘制美丽的彩画, 显然圆柱形表面的檩条上难以绘制彩画，置于檩下方水平放置的枋很好地满足了这一审美学上的要求, 它的横断面略呈方形, 在枋的平直表面上可以很方便地施绘彩画，檩与枋之间有一定的间隙, 在这道间隙塞上一块垫板, 垫板将圆檩和方枋联系在一起了, 其组合横截面呈工字形。一方面垫板上可以绘制彩画, 增大了彩画的面积, 使室内的色彩图案效果进一步得到加强和充实, 满足人们审美上的需求，另一方面这种组合的工字型产生了一个较大的横截面, 它的抗弯模量W与现代的工字钢截面相似, 十分合理, 同时, 垫板巧妙地将圆形檩和方形的枋组合起来, 使得本来比较细小的木材经组合形成较大的横断面, 利用其较好的力学性能, 使之物尽其材, 材尽其用（图？）由此可以进一步看出我国古代劳动人民杰出的智慧、力学概念和审美观。土楼合抱之力如果说上面的例子是从具体的力学原理与审美学的巧妙结合上进行论述, 我们还可以从力度感与审美学方面进一步作些深入的探索。以福建永定县土楼为例图这种圆环形的土楼, 外墙用以上的土承重墙围裹, 与内部的木构架相结合, 并加若干道与外墙垂直相交的隔墙外墙下部不开窗, 外观坚实雄伟, 浑然一体, 很象一座堡垒与亭台楼阁相比, 土楼产生的美感是粗犷的力度这样的一种独特外观, 在人的心理上,它可以产生一种凝聚感, 有如荷叶上的水珠, 是团结的象征。300余间房间被整齐紧密地组合在一栋建筑之内, 住户可近百家倘有敌人侵犯, 从外部进行攻击, 则敌人首先想到土楼内部联系方便, 击此则彼应, 从心理上对敌人产生一种威慑作用这里, 审美学与力学原理被融为一体。图1 (a) 柱式(A ) 塔什干柱式, (B) 陶立克柱式, (C) 爱奥尼克柱式, (D) 科林沁柱式,(E) 混合型柱式, (F) 陶立克柱式组合, (G) 爱奥尼克柱式组合, (H) 科林沁柱式组合营造法式中每一组斗拱称一朵，在柱上的叫柱头铺作，角柱上的叫转角铺作，二柱之间阑额上的叫补间铺作。每朵最下部有一托住整组斗拱的大斗，称栌斗。栌斗一般用在柱列中线的上边。栌斗上开十字口放前后和左右两向的拱,前后向（内外）挑出的称华拱,左右向的称泥道拱。华拱可挑出一至五层，每挑一层称一跳；挑向室外的称外跳，挑向室内的称里跳。同华拱成正交的拱称横拱，除泥道拱外，最外一跳华拱头上的横拱称令拱,用以承托外檐的拱檐方（即枋）和承托内檐天花的算拱方。在柱心泥道拱和外跳令拱之间各跳跳头（即华拱头）上的横拱,都称瓜子拱。瓜子拱、泥道拱上可直接承托方木，也可再加一层横拱，称慢拱,瓜子拱、慢拱上的方木称罗汉方;宋式斗拱中向外挑出的构件除华拱外，还有斜置的下昂和上昂。下昂大体平行于屋面，昂尾压在梁下或椽(即檩)下。上昂自斗拱中心向外上方斜出，以承令拱。下昂的作用是在少增加斗拱高度的条件下增加挑出长度；上昂的作用是在少增加挑出长度的条件下增加斗拱高度，二者的作用正相反。各层拱间用斗垫托、固定,斗位于拱的中心、两端或拱与昂等相交处。华拱头上的斗叫交互斗，在横拱中心的叫齐心斗，两端的叫散斗。斗拱以榫卯结合，出跳拱昂的卯口开在下方受压区，横拱的卯口开在上方。拱上的斗用木销钉与拱结合，斜置的昂则用昂栓穿透到下层的拱中进行固定。宋式补间铺作斗拱构造示意宋营造法式中的大木作规定房屋建筑的尺度、比例，均以“分”为基本模数(见材份)。这个基本模数同斗拱就有关系。所谓一“分”，指的是一“材”大小拱的断面高度的十五分之一。斗拱本身各个分件的断面大小、长短比例,也是用“分”来度量的。比如,单材拱断面高15“分”，宽10“分”；足材拱高21“分”，宽仍为10“分”。足材拱高度多出的6“分”恰为上下拱之间由斗垫托而出现的空隙的高度一拱(6“分”)。泥道拱上有慢拱时,两拱之间空隙里通常用称为暗拱的木条进行填充,它的断面被规定为高6“分”,宽4“分”。又如，第一跳华拱长60“分”,由此确定了华拱出跳,最长为30“分”；泥道拱、瓜子拱长62“分”；令拱长72“分”；慢拱长92“分”。宋式斗拱中每挑出一层为一跳，每增高一层为一铺。斗拱的大小等级就是以出跳数和铺数多寡来排定次序的。宋营造法式“总铺作次序”条规定：“出一跳谓之四铺作，出两跳谓之五铺作，出三跳谓之六铺作，出四跳谓之七铺作，出五跳谓之八铺作”，由此可以知道每朵斗拱的铺作数为出跳数加3,即n（铺作数）x（出跳数）3（常数项）。关于常数项3有多种解释。一种是：栌斗、耍头和衬方头；一种是栌斗，最上一跳跳头上的令拱和令拱上的拱檐方或算拱方；一种是柱列中线上的方木,泥道拱（单拱造时用栌斗）、慢拱（单拱造时用令拱）和罗汉方。斗拱组合中有慢拱的称重拱,没有慢拱的则称单拱；跳头上有横拱的那一跳称计心,没有横拱的那一跳称偷心。此外，还有两种不出跳的，一种叫“单斗支替”，是在栌斗上加替木以承下平拱；一种叫“把头