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摘要：建筑是美力学渗透于生活的各处的结晶。拱桥中的力学原理， 就是通过一个水平推力把原本由荷载产生的弯矩应力变成压应力或 者大局部转化为压应力。斗拱是我国木构架建筑特有的构造构件，由方形的斗、升和矩形的栱、斜的昂成。穹顶是用木构造屋架造成的屋顶，屋面做成严峻雅致的曲线，四周均伸展出屋身以外，上面掩盖着青灰瓦或琉璃瓦。西方人称赞中国建筑的屋顶是中国建筑的冠冕
关键字：古建筑、拱桥、斗拱、穹顶
一、概述
古代建筑，不仅造型精巧，而且合理利用力学，完善地诠释了力与美结合产生的建筑外观多样性与构造的合理性。 歌德曾经说过： “建筑是凝固的音乐，音乐是流淌的建筑。”由此可见，建筑是美力学渗透于生活的各处的结晶。
拱是自然界中常见的一种构造，拱桥，斗拱，穹顶„„各种拱构造遍 及生活各处，本论文主要通过拱的表达来讲示其中的力学原理。
二、内容
〔一〕拱桥：
拱桥中的力学原理，就是通过一个水平推力把原本由荷载产生的弯矩应力变成压应力或者大局部转化为压应力。拱区分于梁的最大之处就是存在水平推力，假设这个水平推力和支座反力以及作用于其上的荷载的合力的作用点和方向刚好通过拱的轴线,这样的拱就是合理拱， ，那就存在肯定的
弯矩应力。，而抗拉性能是较抗压性能差的，通过拱的原理,就可以把抗压性能好的石材在抗压方面的特点充分利用 ,并且能避开抗拉方面的缺乏.。简洁来说，就是把竖直向下纵向力，通过桥身内力转化为横向的力，最终作用到两边的基体，所以拱桥的选址要求桥的两边根底扎实。简支梁弯矩最大(使用于小跨度构造)；伸臂梁、多跨静定梁、三铰刚架、组合构造弯矩次之(使用于较大跨度构造)； 桁架、具有合理拱轴线的三铰拱弯矩为零(使用于大跨度构造)。
从梁到拱的进展过程，是一个不断探讨不断改进的过程，梁是用与荷载横交的直杆来承荷，且靠杆的抗弯、剪力量把力传到两端，可谓之“担”。当跨度大时，为充分发挥材料潜力，可将梁截面加高并放开，而成为桁架梁。假设取其上、下弦所围外形为M 图形时，受力状态最好， 则成拱形桁架梁。 以下两例均为排架，当将梁端与柱刚接以削减
弯矩峰值，即成刚架。假设使柱向内倾，梁向上拱，其弯矩峰值能进一步减小，则成拱式刚架。拱的受力状态比拱形桁架梁与拱式刚架更好。
拱构造的支座水平反力对任一截面都产生负弯矩，抵消了大局部荷载产生的正弯矩。构造将以受压为主。拱构造的几何外形提高了构造抵抗外荷载产生的弯矩，能掩盖较大空间。拱构造尽管有很多优点， 外形也很美观。由于荷载的变异性，拱截面上有时不行避开的存在弯矩，这就制约了它的跨度进一步增加。拱构造是在荷载作用下主要承受轴向压力，有时也承受弯矩而有支座推力的曲线或折线的杆形结 构。拱构造由拱圈〔拱券〕及其支座组成。支座可做成能承受垂直力、
水平
推力以及弯矩的支墩；也可用墙、柱或根底承受垂直力而用拉杆承受水平推力。 拱圈主要承受轴向压力，较同跨度梁的弯矩和剪力为小，从而能节约材料、提高刚度、跨越较大空间，；同时，拱构造也有利于使用砖、石、混凝土等抗压强度高、抗拉强度低的廉价建筑材料。
中国古代很多桥梁构造都承受拱桥，不仅由于拱所形成的弧形比直粱更稳定，另一方面，也考虑到了它的美观性，其中最著名的是赵州桥，历经千年风雨冲刷和洪水地震考验，至今仍发挥着重要作用。然而自重为 2800 吨的赵州桥，根基只是有五层石条砌成高 米的桥台，直接建在自然砂石上。在自然界之中，由于风沙雨水的侵蚀作用，很多山之间会形成自然的拱构造。
〔二〕斗拱：
斗拱是我国木构架建筑特有的构造构件，由方形的斗、升和矩形的栱、斜的昂成。斗栱由柱头的形式变化而来。也是解决出檐的重要手段。其作用：在构造上挑出承重，并将屋面的大面积荷载经斗栱到上，有肯定的装用，又是建筑屋顶和屋身立面上的过渡，作为封建社会等级制度的象征和重要建筑的尺度衡量标准。增加屋檐宽度、延长滴水距离。承接局部荷载、均匀传递路径。丰富檐口造型、增加装饰效果。增加抗震力量、提高平稳程度。斗拱可分为：外檐斗拱，内檐斗拱，品字科斗拱，隔架斗拱。外檐斗栱从具体部位又分为柱头斗栱
〔柱头铺作/柱头科〕，〔补间铺作/平身科〕，转角斗栱〔角铺作/ 角科〕、平座斗栱等。内檐斗拱：是指处在建筑物内檐廊及室内有关部位的斗拱。品字科斗拱：常用在大殿里面金柱部位及某些楼阁上的平座斗拱。隔架斗拱：常用在承重梁与随梁上下定档之间的一种斗拱， 一般为单拱构造或二重拱构造。
斗拱是中国传统木构架体系建筑中独有的构件。用于柱顶、额枋和屋檐或构架间，宋称为铺作，清称斗科，通称为斗拱。根本构造：斗栱是由假设干个带有弧形的栱件，相互垂直垒叠组拼而成的构件。它由
斗、栱、翘、昂、升五种根本构件所组成。斗：承托第一层栱件及其以上各层的最底层基座，外形方正，斗面开凿有十字槽口。升：是一种比斗小的斗，因旧时量米容器中，大的叫斗，小的叫升，十升为一斗，故清借用此名,称之为“升”；宋称为“斗”。它是坐在栱、翘、昂之两端，作为承接上一层栱件的基座。栱：是指平行建筑物正面放置的一种弓形曲木。斗是斗形木垫块，拱是弓形的短木。拱架在斗上， 向外挑出，拱端之上再安斗，这样逐层纵横穿插叠加，形成上大下小的托架。斗拱最初孤立地置于柱上或挑梁外端，分别起传递梁的荷载于柱身和支承屋檐重量以增加出檐深度的作用。
唐宋时，它同梁、枋结合为一体，除上述功能外，还成为保持木构架整体性的构造层的一局部。明清以后，斗拱的构造作用蜕化，成了在柱网和屋顶构架间主要起装饰作用的构件。
目前对斗拱的起源有三种说法。一种认为由井干构造的穿插出头处变化而成；一种认为由穿出柱外的挑梁变化而成；一种认为由擎檐柱演化为托挑梁的斜撑，再演化成斗拱。
斗拱，虽然是由力学原理演化而来的中国古代建筑中的木构件。但是，其后来的进展更多的是由于美学的缘由。斗拱是古建筑中的特色构件之一，置于梁或阑额与柱交接处承托梁枋，其外形如同双翼， 附于柱头两侧，极富装饰韵味，它有防止立柱与横梁垂直相交的倾斜变形，并起到减小梁枋跨度和梁柱相接的剪力作用，可以缩短梁枋的净跨距离。也用在柱间的落挂下，但是为纯装饰性构件，能增加梁头
抗剪力量或削减梁枋间的跨距。斗拱是一种成熟较晚的构件和制式， 它的雏形可见于北魏。但是，到了宋代还未正式成为一种重要的木构件。这个时候，它还只是柱上交托阑额的一根拱形横木，仅起很小的装饰作用，并不受人留意。明代之后，才广泛使用 斗拱，它的有用功能渐渐减退，装饰功能渐渐显现，并且在纹饰图案上得到不断地进展。到了清代，便格外成熟地进展成为一种风格独特的木构件，造型丰富多彩，并与斗拱灵活的结合，在柱梁之间形成一个华美
的装饰体，大大地丰富了中国古典建筑的形式。 斗拱为中国古代建筑锦上添花。
少林寺的初祖庵，同时运用了柱头铺作，补间铺作，转角铺作， 如以下图所示，多重的斗拱显示了其本身的精巧与力学的完善地结合。
中衡建筑的构造，并到达美观的效果，在外国的建筑中，也有一样作用的拱头，在希腊、罗马的建筑上有着起装饰和支撑作用柱头，由多利克、爱奥尼到科林斯式柱头的进展，渐渐将有用性与美观性结合，并且柱身的比例也渐渐美化。与斗拱不同的是， 柱头是承受圆柱形的构造而斗拱却以不规章的角与圆的结合，拼凑， 到达更好的支撑效果。
〔三〕穹顶
中国人信仰“天圆地方”，西方有着他们关于上帝的传奇。于是，聪明勤劳的古代劳动人民就在建筑中表达了这一点，穹顶就是最好的例子。 中国古代的宫殿、寺庙、住宅等，无论单体建筑规模大小, 其外观轮廓均由阶基、屋身、屋顶(屋盖)三局部组成：下面是由砖石砌筑的阶基，承托着整座房屋；立在阶基上的是屋身，由木制柱额作骨架，其间安装门窗隔扇；上面是用木构造屋架造成的屋顶，屋面做成严峻雅致的曲线，四周均伸展出屋身以外，上面掩盖着青灰瓦或琉璃瓦。西方人称赞中国建筑的屋顶是中国建筑的冠冕。
石窟屋顶所承受体系构造是使用支柱为根本单元所组成的一种 古代高层简体构造，这既争取了中部空间，便于放置佛像，也提高了抗弯剪力量使塔身结实，这种构造体系原理已经被觉察代高层建筑所
承受，并被认为是高层建筑中抗震性能最好的一种体系。而且，穹顶的上端有着精巧的雕刻，既表达佛教的神圣又具有美观的效果
建筑、构造形式的进展遵循同一自然力学规律 。其中最危急的属弯矩，由于它和一对力偶矩等效， 即拉、压轴力组成的力偶矩等效。弯矩引起的内力在截面中分布不均匀，靠近中性层的材料不能充分发
挥其力学性能。一根竹棍，轴向施加拉力或压力，很难将其折断，但假设横向加力，产生弯矩，则可轻易将其折断。因此，无论有意识或无意识有理论或无理论，建筑构造构件的任一截面必需能承受该截面的剪力、弯矩、拉、压轴力才能正常工作，这说明建筑构造进展的内在规律——力学原理。
拱壳从整体看，因其支座水平推力对每一截面产生负弯矩，削减了每一截面总的弯矩。将弯矩转化成为轴压力。因此构造跨度可大大增加。古今中外的建筑构造大师都不约而同地承受了拱、壳构造形式， 并制造出很多不朽的建筑精品，形成了一个时代的建筑风格，不管什么形式的构造，其截面上的内力如不考虑水平支反力产生的内力是一样的。所不同的是：对拱构造来说，多加了一对水平推力，其他内力与简支梁一样。
拱、壳构造虽然可将弯矩削减，由于它是劲性构造，体形已经事先确定，而荷载随时可变，尤其是活荷载，因此，对拱构造来说，截
面上没有弯矩，只有轴力才是设计者的最终追求目标。但由于拱构造的特点，这个目标不行能完全到达。拱截面还必需能承受肯定数量的弯矩、剪力，才能正常工作。
古罗马建筑能满足各种简单的功能要求，主要依靠水平很高的拱券构造，获得宽阔的内部空间。公元一世纪中叶，出观了十字拱，它掩盖方形的建筑空间，把拱顶的重量集中到四角的墩子上，无需连续的承重墙，空间因此更为开敞。把几个十字拱同筒形拱、穹窿组合起来，能够掩盖简单的内部空间。罗马帝国的皇家浴场就是这种组合的代表作。
三、总结
建筑、构造形式的进展，虽然侧重面不尽一样，但都遵循着同一规律。它们的共同要求是安全牢靠。构造物承受着荷载，外荷载产生支座反力、对每个截面产生剪力、弯矩、拉、压轴力、扭矩等。