探究木结构哥特式教堂的可行性

指导老师：李晓晖 课题组长：二（ 3）班 向梦菡 组员：二（ 1）班 陈幸如 二（ 3）班 戴晋业 二（ 6）班 孙飞英 众所周知，哥特式教堂都是砖石结构。哥特式建筑之所以弃木用石，是由于木材防火性能差，且石制建筑更坚固。但随着科技发展，木材处理和防火水平的提高，木制建筑的优点正在显现。本小组在此初步探讨建造一座木结构哥特式教堂的可行性并制作部分结构模型。 一、限定条件 由于学识限制，以讨论结构、布局为主，地基以及外墙问题暂不考虑。且将讨论的范围定于南方（为木材选择考虑）。 二、哥特式教堂的主要特征 虽是以木材建筑教堂，仍应保有典型的哥特式教堂的主要特点。 1、平面结构 2、尖券（尖拱） 3、肋架券 4、飞扶壁 以上部分图片来自 走进一座大教堂 范毅舜 三、比较石、木结构建筑及其代表宗教建筑物的特点及优缺点 建造一座木结构哥特式教堂，需要先了解石、木结构建筑的特点及优缺点。 （一）：中国佛教建筑与西方哥特式建筑对比 中国佛教建筑 西方哥特建筑 材质 木材 石质 材质特性 优点 ： 1 视觉上的和谐感 。 纹理、色泽美观 ， 可吸收紫外线 。 2 触觉良好，软硬适当有弹性；导热系数适中，给人温暖感 。 3 听觉效果 好， 吸声、隔声性能良好 。 4 具调湿控温功能，保持环境舒适 。 缺点 ： 1 天然 缺陷 。如木节、斜纹理 。 2 生物为害的缺陷。主要有腐朽、变色和虫蛀等 。 3 干燥及机械加工引起的缺陷。 4 干燥的木材极易着火 。 1 耐火性 2 热胀冷缩 3 耐冻性 4 抗压强度 建筑坚固耐久，外观厚重有力，造 成空间上的相对封闭感。 色彩 多用与金木水火土 五行相对应的白青黑赤黄，主色多为赤和黄，象征宗教的庄严与辉煌。 色彩艳丽，变化多端。玻璃花窗色彩瑰丽，营造光线斑驳幽暗、光怪陆离的宗教氛围。 光线 光线比较明亮， 表现佛法 恢宏 ，气度雄伟。 光线晦暗，圣光从高处投下，具有神秘和威严感 。 布局 1 注重群体组合 2 平面铺展，层层推进。 1 突出建筑单体 2 竖向发展，内部高敞。 构造 基本上采取了中国传统的院落形式作为佛寺的布局 1 、沿 纵中轴线 纵列数重殿阁，中间 连以横廊，划分成几进院落 。 2 、中心建筑是大殿 ， 在主体殿阁两侧，排列若干较小的 “ 院 ” 。 3 、主院和各小院均绕以回廊，廊内有壁画，有的附建配殿或配楼。 4 、塔由全寺中心演变为殿前左右置双塔或于主体殿庭前方两侧分立塔院。 由石头叠造的骨架券和飞扶壁组成的结构体系。 有一些大略相似的结构单元组成，基本单元是在一个正方形或矩形平面平面四角的柱子上的双圆心骨架尖券，四边和对角线上各一道，屋面石板架在券上，形成拱顶。 塔 佛塔中心柱，象征宇宙之柱或世界之树 。 集中的尖塔， 表达遥接天国之意。 构架 木构架承重体系：柱、梁、檩，即大木作。 飞扶壁 分担主墙压力 ， 平衡拱券对外墙的推力。 拱 斗拱 在横粱和立柱之间挑出以承重，将屋檐的荷载经斗栱传递到立柱。 尖拱结构， 每边都由起拱点上升到中间顶尖 ， 表现向上腾飞的力。 中国佛教建筑 西方哥特建筑 材质 木材 石质 材质特性 优点 ： 1 视觉上的和谐感 。 纹理、色泽美观 ， 可吸收紫外线 。 2 触觉良好，软硬适当有弹性；导热系数适中，给人温暖感 。 3 听觉效果 好， 吸声、隔声性能良好 。 4 具调湿控温功能，保持环境舒适 。 缺点 ： 1 天然 缺陷 。如木节、斜纹理 。 2 生物为害的缺陷。主要有腐朽、变色和虫蛀等 。 3 干燥及机械加工引起的缺陷。 4 干燥的木材极易着火 。 1 耐火性 2 热胀冷缩 3 耐冻性 4 抗压强度 建筑坚固耐久，外观厚重有力，造 成空间上的相对封闭感。 色彩 多用与金木水火土 五行相对应的白青黑赤黄，主色多为赤和黄，象征宗教的庄严与辉煌。 色彩艳丽，变化多端。玻璃花窗色彩瑰丽，营造光线斑驳幽暗、光怪陆离的宗教氛围。 光线 光线比较明亮， 表现佛法 恢宏 ，气度雄伟。 光线晦暗，圣光从高处投下，具有神秘和威严感 。 布局 1 注重群体组合 2 平面铺展，层层推进。 1 突出建筑单体 2 竖向发展，内部高敞。 构造 基本上采取了中国传统的院落形式作为佛寺的布局 1 、沿 纵中轴线 纵列数重殿阁，中间 连以横廊，划分成几进院落 。 2 、中心建筑是大殿 ， 在主体殿阁两侧，排列若干较小的 “ 院 ” 。 3 、主院和各小院均绕以回廊，廊内有壁画，有的附建配殿或配楼。 4 、塔由全寺中心演变为殿前左右置双塔或于主体殿庭前方两侧分立塔院。 由石头叠造的骨架券和飞扶壁组成的结构体系。 有一些大略相似的结构单元组成，基本单元是在一个正方形或矩形平面平面四角的柱子上的双圆心骨架尖券，四边和对角线上各一道，屋面石板架在券上，形成拱顶。 塔 佛塔中心柱，象征宇宙之柱或世界之树 。 集中的尖塔， 表达遥接天国之意。 构架 木构架承重体系：柱、梁、檩，即大木作。 飞扶壁 分担主墙压力 ， 平衡拱券对外墙的推力。 拱 斗拱 在横粱和立柱之间挑出以承重，将屋檐的荷载经斗栱传递到立柱。 尖拱结构， 每边都由起拱点上升到中间顶尖 ， 表现向上腾飞的力。 （二）：具体例子：中国白马寺与意大利米兰大教堂对比 中国 白马寺 意大利 米兰大教堂 规模 现存白马寺坐北朝南，是一座长方形的院落，占地约 4 万平方米。 长 158 米，最宽处 93 米。塔尖最高处达 1 0 8 . 5米。总面积 1 1 7 0 0 平方米，可容纳 3 5 0 0 0 人。 构造 寺内主要建筑有 天王殿 、大佛殿、大雄殿、 接引殿 、毗卢阁、 齐云塔 等 ，共 五重大殿和四个大院以及东西厢房。 前为山门，山门是并排三座拱门。山门外，一对 石狮 和一对石马，分立左右，山门内东西两侧有 摄摩腾 和竺法兰二僧墓。五重大殿由南向北依次为天王殿、大佛殿、大雄殿 、接引殿和毗卢殿。每座大殿都有造像，多为 元 、 明 、 清 时期的作品。毗卢殿在清凉台上， 清凉台 为摄摩腾、竺法兰翻译佛经之处。东西厢房左右对称。整个建筑宏伟肃穆，布局严整。此外，还有 碑刻 40 多方 。 中厅较长而宽度较窄 ， 高度很高。宏伟的大厅被四排柱子分开，大厅圣坛周围支撑中央塔楼的 有 四根 大 柱子， 12 根较小圆柱。这些柱子共同支撑着重达 1 4 万吨重的拱形屋顶，柱与柱之间有金属杆件拉结，形成 5 道走廊。 教堂的地下有砖砌的深度为 4 8 米的空间 ，这儿能看见是现在大教 堂基础的圣特库 拉教堂的遗址。此外，在正面深处入口开始是地下的宝物库 。 外部装饰 寺大门之外，广场南有近年新建 石牌坊 、放生池、 石拱桥 ，其左右两侧为绿地。左右相对有两匹石马，大小和真马相当，形象温和驯良，这是两匹 宋代 的石雕马。白马寺的山门为 明代所重建，为一并排三座拱门，代表 三解脱门 ，佛教称之为涅盘门。部分门洞券面上刻有 工匠姓名，皆为东汉遗物。 米兰大教堂也是世界上 雕像最多的哥特 式教堂。整座 教堂共有大理石雕像 6 0 0 0 多座， 3 1 5 9座位于建筑外部，其中 2 2 4 5 尊是外侧雕刻，雕像的主题多为 圣经 故事等宗教题材。 教堂顶耸立着 135 个尖塔，每个尖塔上都有精致的人物雕刻 ， 中央塔为其中最高 。 教堂外部还有 96个怪兽形排水口，每个转角处的怪兽都各不相同。整个建筑外部分布着雕刻精美的窗花格，全长约半英里（ 1 公里）。 教堂正面被 6 个巨大方柱分隔出五扇铜门， 每座铜门上分有许多方格，每个方 格内雕刻着教堂历史、神话与圣经故事。 中国 白马寺 意大利 米兰大教堂 规模 现存白马寺坐北朝南，是一座长方形的院落，占地约 4 万平方米。 长 158 米，最宽处 93 米。塔尖最高处达 1 0 8 . 5米。总面积 1 1 7 0 0 平方米，可容纳 3 5 0 0 0 人。 构造 寺内主要建筑有 天王殿 、大佛殿、大雄殿、 接引殿 、毗卢阁、 齐云塔 等 ，共 五重大殿和四个大院以及东西厢房。 前为山门，山门是并排三座拱门。山门外，一对 石狮 和一对石马，分立左右，山门内东西两侧有 摄摩腾 和竺法兰二僧墓。五重大殿由南向北依次为天王殿、大佛殿、大雄殿 、接引殿和毗卢殿。每座大殿都有造像，多为 元 、 明 、 清 时期的作品。毗卢殿在清凉台上， 清凉台 为摄摩腾、竺法兰翻译佛经之处。东西厢房左右对称。整个建筑宏伟肃穆，布局严整。此外，还有 碑刻 40 多方 。 中厅较长而宽度较窄 ， 高度很高。宏伟的大厅被四排柱子分开，大厅圣坛周围支撑中央塔楼的 有 四根 大 柱子， 12 根较小圆柱。这些柱子共同支撑着重达 1 4 万吨重的拱形屋顶，柱与柱之间有金属杆件拉结，形成 5 道走廊。 教堂的地下有砖砌的深度为 4 8 米的空间 ，这儿能看见是现在大教 堂基础的圣特库 拉教堂的遗址。此外，在正面深处入口开始是地下的宝物库 。 外部装饰 寺大门之外，广场南有近年新建 石牌坊 、放生池、 石拱桥 ，其左右两侧为绿地。左右相对有两匹石马，大小和真马相当，形象温和驯良，这是两匹 宋代 的石雕马。白马寺的山门为 明代所重建，为一并排三座拱门，代表 三解脱门 ，佛教称之为涅盘门。部分门洞券面上刻有 工匠姓名，皆为东汉遗物。 米兰大教堂也是世界上 雕像最多的哥特 式教堂。整座 教堂共有大理石雕像 6 0 0 0 多座， 3 1 5 9座位于建筑外部，其中 2 2 4 5 尊是外侧雕刻，雕像的主题多为 圣经 故事等宗教题材。 教堂顶耸立着 135 个尖塔，每个尖塔上都有精致的人物雕刻 ， 中央塔为其中最高 。 教堂外部还有 96个怪兽形排水口，每个转角处的怪兽都各不相同。整个建筑外部分布着雕刻精美的窗花格，全长约半英里（ 1 公里）。 教堂正面被 6 个巨大方柱分隔出五扇铜门， 每座铜门上分有许多方格，每个方 格内雕刻着教堂历史、神话与圣经故事。 中国 白马寺 意大利 米兰大教堂 规模 现存白马寺坐北朝南，是一座长方形的院落，占地约 4 万平方米。 长 158 米，最宽处 93 米。塔尖最高处达 1 0 8 . 5米。总面积 1 1 7 0 0 平方米，可容纳 3 5 0 0 0 人。 构造 寺内主要建筑有 天王殿 、大佛殿、大雄殿、 接引殿 、毗卢阁、 齐云塔 等 ，共 五重大殿和四个大院以及东西厢房。 前为山门，山门是并排三座拱门。山门外，一对 石狮 和一对石马，分立左右，山门内东西两侧有 摄摩腾 和竺法兰二僧墓。五重大殿由南向北依次为天王殿、大佛殿、大雄殿 、接引殿和毗卢殿。每座大殿都有造像，多为 元 、 明 、 清 时期的作品。毗卢殿在清凉台上， 清凉台 为摄摩腾、竺法兰翻译佛经之处。东西厢房左右对称。整个建筑宏伟肃穆，布局严整。此外，还有 碑刻 40 多方 。 中厅较长而宽度较窄 ， 高度很高。宏伟的大厅被四排柱子分开，大厅圣坛周围支撑中央塔楼的 有 四根 大 柱子， 12 根较小圆柱。这些柱子共同支撑着重达 1 4 万吨重的拱形屋顶，柱与柱之间有金属杆件拉结，形成 5 道走廊。 教堂的地下有砖砌的深度为 4 8 米的空间 ，这儿能看见是现在大教 堂基础的圣特库 拉教堂的遗址。此外，在正面深处入口开始是地下的宝物库 。 外部装饰 寺大门之外，广场南有近年新建 石牌坊 、放生池、 石拱桥 ，其左右两侧为绿地。左右相对有两匹石马，大小和真马相当，形象温和驯良，这是两匹 宋代 的石雕马。白马寺的山门为 明代所重建，为一并排三座拱门，代表 三解脱门 ，佛教称之为涅盘门。部分门洞券面上刻有 工匠姓名，皆为东汉遗物。 米兰大教堂也是世界上 雕像最多的哥特 式教堂。整座 教堂共有大理石雕像 6 0 0 0 多座， 3 1 5 9座位于建筑外部，其中 2 2 4 5 尊是外侧雕刻，雕像的主题多为 圣经 故事等宗教题材。 教堂顶耸立着 135 个尖塔，每个尖塔上都有精致的人物雕刻 ， 中央塔为其中最高 。 教堂外部还有 96个怪兽形排水口，每个转角处的怪兽都各不相同。整个建筑外部分布着雕刻精美的窗花格，全长约半英里（ 1 公里）。 教堂正面被 6 个巨大方柱分隔出五扇铜门， 每座铜门上分有许多方格，每个方 格内雕刻着教堂历史、神话与圣经故事。 四、结构木材的选用 建筑木材主要包括结构用材、装修用材和施工用材三种。 结构用材对于木材强度首先考虑横纹抗压、弹性模量与抗弯强度，其次应为抗冲击、抗剪、顺纹抗拉与硬度。要求木材有一定韧性，不发脆、干缩小，易钉钉。 为减少探究难度，本小组决定讨论的范围定于南方。 在湘、鄂、皖、赣、苏、闽、浙地区，常用结构木材有云杉、杉木、针松、松木、油杉、柳杉、红椆、白椆、红锥、白锥、栗木、杨木、荷木、枫香、檫木、拟赤杨等。 在定量比较木材性质前，根据木材总体性质，排除以下木材： 红松、柳杉、红椆、荷木、枫香、拟赤杨。 红锥的密度约为 顺纹抗压强度约为 56 体厚度若为 长度为一米的墙体，若只论墙体自重，则可建 9300m。故高度方面可行。 经过综合比较，本小组决定选择红锥木。 五、模型制作 前期准备结束后，本小组正式开始模型制作 。 （一）准备 由于时间、材料有限，本小组决定只制作教堂墙面的双层木制框架。 1、图样