“拱”的成长史

2024-03-15 04:44| 来源: 网络整理| 查看: 265

▲叠涩拱

公元前，使用楔形砖的小型拱券在世界各地均可以找到。比如，爱琴海地区迈西尼卫城有个狮子门，建于公元前1350年~1300年。该门由独石建成门柱，门宽3.5米，可供骑兵和战车通过。

▲迈西尼狮子门

门上过梁是块巨石，重达20吨，中间比两边厚，在巨石的门楣上有一个三角形的叠涩券，用以减少门楣的承重力，三角形叠涩券中嵌入一块雕着双狮的三角形的石板浮雕。双狮刻工精细传神，狮子门因此而得名。

而真正的拱劵能够最大限度地发挥砖石的抗压能力。亚平宁半岛的土著伊特鲁利亚人是最早发现拱劵原理的。他们很早就开始吸收希腊文化，具有高度发达的文明，但不久被罗马人征服。伊特鲁里亚居民有着从希腊和两河流域学来的，由很特殊的石头叠成的叠涩拱技术，从很大程度影响了后来的罗马。

古罗马时期

半圆形的拱券为古罗马建筑的重要特征。罗马人在当时制造出史无前例的具有多种特性的“罗马混凝土“。即将烧熟的石灰与火山灰搅拌并加入骨料，火山灰产自维苏威火山。

这种建筑材料产生于帝国政治时代的公元前27年，随着混凝土的出现，人们利用这种新材料建造出了大跨度的拱券和拱顶，也逐步代替了石块在建筑中的运用。建筑从此不只是体积的累加，还是空间的构成。

▲由筒拱向十字拱的演变

筒形拱是一个拱券呈直线延伸或连续铺开，形成一个隧道形或筒形拱顶，这样的拱顶提供了两道平行墙之间的曲线屋顶，能够结合起来形成拱廊。

交叉拱则是两个筒形拱顶相交叉，两个长度形状相同的拱顶相交形成十字拱，长度不等的两个拱相交则形成一字拱，交叉拱也称为棱拱，交叉拱的重量由四角的墩子承担，取代了罗马建筑中承重墙的作用，使空间形式有更多的变换。

▲古罗马城中心广场东边的君士坦丁巴西利卡

中央用三间十字拱，跨度25.3米，高40米

左右各有三个跨度为23.5米的筒形拱抵抗水平推力

穹窿是拱旋转一圈形成的结构，又称穹顶、拱顶、圆顶，常指宽大的厅堂上空所修筑成圆球形和多边曲面的屋顶盖，有的中央留有圆洞供采光用。它是古罗马建筑和文艺复兴时期建筑的重要造型特征。

罗马人的另外一项发明是在混凝土中掺入各种骨料，并将其浇筑在有一定承载力的模板中。比如在拱卷和穹窿中，将作为模板的砖砌成环状，在其空隙中浇筑混凝土。万神庙的大空间形成的关键就在于此。

▲万神庙（pantheon /panθɪən/）

穹顶以混凝土浇筑而成，底部厚6m，顶部厚1m，为减轻自重，穹顶内表面形成网格状方形凹格，同时也起着一种装饰的作用，大厅中心地面微凸，以白色大理石为主拼成图案，支撑穹顶的墙厚达6.2m，沿墙均布7个壁龛，正中为一个大门廊，门廊有三排列柱，柱身用红色花岗石，柱头以白色大理石制成，采用科林斯柱式，形象庄重肃穆。

▲万神庙内穹顶圆洞

▲万神庙剖面

只有拱券这单一的结构是远远不够的，古罗马人将梁柱与拱券相结合，形成了券柱式，还包括连续券、巨柱式、叠柱式这些创造一新的建筑形式。古罗马的建筑师在一系列伟大的建筑中，如凯旋门、角斗场、浴场，均采用了大量拱券结构，这些建筑对后世的建筑也产生了巨大的影响。

▲君士坦丁凯旋门，建于公元312年

立面三分式、中间大两个次间小的券柱式门洞

▲提图斯单拱凯旋门

由图密善皇帝兴建于兄长提图斯去世后不久

是为纪念提图斯镇压犹太人的胜利而建

▲古罗马大角斗场

长轴188米，短轴156米，立面是4层的80个拱

▲卡拉卡拉大浴场

采用十字拱结构，重量主要落在8个墩子上

它们的周围有筒形拱、大券拱、大穹窿

如今是各种演唱会、音乐会和体育锻炼的热门场所

拜占庭建筑

中古拜占庭帝国（公元4-16世纪）是历史上的东罗马帝国。拜占庭建筑最大的进步是穹顶与帆拱的完美结合，即一个穹顶切去四个半球，再在上方挖一个圆洞，在圆洞上加个底座，再在底座上加上穹顶。

这种结构的重量全落在了四个券上，再通过券与券之间的交叉点把力量传递给四个墩柱上，这种方式也完成了圆形穹顶与正方形平面的自然过渡。由于承重方式的改进，穹顶下的空间变得更加自由多变，此结构对建筑的发展做出了巨大贡献。

▲A：帆拱、B：帆拱+穹窿、C：帆拱+鼓座+穹窿

君士坦丁堡的圣索菲亚大教堂就是帆拱运用的杰出典范，它的穹顶高15米，直径32.6米，通过帆拱架在4个7.6米宽的墩子上。中央穹顶的侧推力在东西两面由半个穹顶扣在大券上抵挡，它们的侧推力又各由斜角上两个更小的半穹顶和东、西两端的各两个墩子抵挡。

▲圣索菲亚大教堂

在希腊语里它的意思是“上帝智慧”

教堂供奉着正教基督教神学里的耶稣

室内的光照处理十分生动，阳光透过彩色玻璃使室内氛围趋于神秘梦幻。室内空间也是更加高敞宽阔，四周层次井然。这套结构关系明确、层次分明，期中拱券技术达到了一个新的高峰。

▲圣索菲亚大教堂内部

哥特式建筑

中世纪的建筑形式除了拜占庭建筑外，不得不提的就是哥特式建筑了。哥特式建筑，12世纪下半叶发源于法国，中世纪高峰和晚期盛行于欧洲，18世纪复兴于英国，并持续至20世纪，其建筑风格源自罗马式建筑，后又被文艺复兴建筑所继承。

▲法国亚眠大教堂双层飞扶壁及尖肋拱顶

哥特式建筑的特点是普遍采用尖肋拱顶，推力作用于四个拱底石上，并用飞扶壁（扶拱垛，可用来分担主墙压力的辅助设施）来平衡拱的推力，这样拱顶的高度和跨度不再受限制，可以建得又大又高。最富盛名的哥特式建筑有意大利米兰大教堂、德国科隆大教堂、法国巴黎圣母院等。

▲意大利米兰大教堂

▲德国科隆大教堂

▲法国巴黎圣母院

文艺复兴时期

14世纪末，意大利的资本主义开始萌芽，人们在思想、政治、文化等方面开始了激烈的较量， “文艺复兴”时代来临。文艺复兴时期大量使用了拱和穹窿的建筑语汇，不得不提的就是意大利里程碑式的建筑——佛罗伦萨圣母百花大教堂。

▲佛罗伦萨圣母百花大教堂

教堂的主要设计者是是菲利浦•布鲁内莱斯基（1377～1446）。教堂内径达42米，穹顶高20多米，建筑总高107米，挺拔显眼的耸立在佛罗伦萨。这位巨匠在完成这一空中巨构的过程中没有借助于拱架，而是用了一种新颖的相连的鱼骨结构和以椽固瓦的方法从下往上逐次砌成。圆顶呈双层薄壳形，双层之间留有空隙，上端略呈尖形。

▲穹顶的构成分解

结构成就包括：采用双圆心矢形穹顶；采用骨架券，穹顶设纵肋（8条主券，16条次券）；水平加固（穹顶底部的铁箍、1/3高的木箍、两条走廊、9道平券、上部的8边形环梁），双层结构，金属连接件的使用。

▲穹顶内部

16世纪佛罗伦萨画家乔尔乔•瓦萨里所绘巨幅天顶画《末日审判》

圣彼得大教堂是梵蒂冈城国的主要教堂，可以容纳2万人，它是罗马市内最大、最重要的教皇方形教堂。教堂内高211.5米，两翼宽度187米，它拥有世界上所有教会建筑中几乎最大的地面面积。132.5米高的穹顶结构由将近800根柱子支撑，大教堂中共有45个祭坛和450余尊雕像。

▲圣彼得大教堂

重建圣彼得大教堂于1506年破土动工，在长达120年的重建过程中，意大利最优秀的建筑师布拉曼特、米开朗琪罗、德拉·波尔塔和卡洛·马泰尔相继主持过设计和施工，直到1626年11月18日才正式宣告落成。

圣彼得大教堂的规模、双重壳的形式、加强环的设置均与佛罗伦萨大教堂相同，只是平面不是八角形而是圆形。利用圆形的优势，采用比佛罗伦萨大教堂更为简洁的构造，如减少内壳的厚度、取消内环、减少纵肋等。也许正是是由于这样的原因，在经历100多年后，在拱下方出现了很多明显的裂纹。

▲米开朗基罗去世5年之后的1569年出版的雕版印刷

1743年，三位数学家对圣彼得大教堂进行调查。他们在报告中指出根据“假想变位原理”，应进行箍环加固，最后根据报告增加了5根铁锁环，使得穹顶安然无恙。该事件是第一次对包括破坏机构的设计方法进行了理论探讨，也预示着长期靠积累经验和感觉的时代已经结束，导入科学的客观评价办法的时代已经开始。钢结构正在孕育出现，时代将发生巨大的变化。