談中國(guó)古建筑磚石拱券技術(shù)

康 志 涌

(1.太原理工大學(xué)，山西 太原 030024； 2.山西省建筑設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030013)

談中國(guó)古建筑磚石拱券技術(shù)

康 志 涌1，2

(1.太原理工大學(xué)，山西 太原 030024； 2.山西省建筑設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030013)

簡(jiǎn)述了拱券的技術(shù)特點(diǎn)，通過一些簡(jiǎn)易的計(jì)算公式，介紹了雙心圓磚石拱券簡(jiǎn)易起拱法，對(duì)拱券砌筑灰縫的控制措施進(jìn)行了分析，并論述了拱券的應(yīng)用現(xiàn)狀，為磚石拱券的研究奠定了基礎(chǔ)。

拱券，建筑，磚石，灰縫

1 拱券技術(shù)簡(jiǎn)介

拱券是一種建筑結(jié)構(gòu),是拱和券的合稱，又稱券洞、發(fā)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。這種空間結(jié)構(gòu)既圍合了四周環(huán)境，又承托了屋頂結(jié)構(gòu)。拱券技術(shù)最早在公元前四千年的兩河流域出現(xiàn)，后來在印度、羅馬建筑中大量應(yīng)用并有所發(fā)展。中國(guó)古代的拱券應(yīng)用出現(xiàn)較晚，經(jīng)歷了空心磚梁板、尖拱、折拱幾個(gè)發(fā)展過程，到了西漢前期逐步形成。

為了加強(qiáng)拱券的整體性把拉彎力轉(zhuǎn)換成壓力，磚砌多道券并列構(gòu)成筒拱，在陡砌的磚券上隨券形平鋪一層磚或石，拱券之間相互交錯(cuò)鏈接，使拱券的結(jié)構(gòu)得到進(jìn)一步加強(qiáng)。宋代《營(yíng)造法式》中稱為繳背，清工部《工程做法》中稱為伏。到了明清時(shí)期建筑規(guī)模等級(jí)的標(biāo)志已經(jīng)變成了使用券和伏的數(shù)量的多少，五券五伏的形式用在了最高等級(jí)的建筑當(dāng)中，這時(shí)的拱券結(jié)構(gòu)已經(jīng)廣泛使用于其他建筑當(dāng)中了。

拱券根據(jù)形狀的不同又分為半圓形、尖形、馬蹄形、弓形等各種形式。后來采用半圓拱，高跨比為0.5，隨著拱券技術(shù)的不斷發(fā)展，到了明代多數(shù)為高跨比大于0.5的“三心拱”，這種形式的拱券結(jié)構(gòu)合理，造型優(yōu)美，是建筑結(jié)構(gòu)與造型藝術(shù)完美結(jié)合的體現(xiàn)。

三心圓券形做法簡(jiǎn)圖見圖1，清代拱券最通用的基本形式——雙心圓券形見圖2。

2 雙心圓磚石拱券簡(jiǎn)易起拱法

窯洞、涵洞或庭院大門建筑中,常采用磚石拱券的方式。雙心圓券頂一般比半圓拱券頂部稍微高些,呈拋物線形,看起來顯得秀麗大方。具體做法如下：

為使拱券頂部比半圓頂部略尖些,可在半圓弧形底邊的中點(diǎn),就是圓直徑的中點(diǎn)(圓心),設(shè)圓心為O,并在O點(diǎn)的兩邊分別取一小段距離,并使O1O和O2O相等(圖3中虛線為半圓形拱),然后分別以O(shè)1B為半徑,以O(shè)1為圓心,畫出右邊半弧BC；再以O(shè)2A為半徑,以O(shè)2為圓心,畫出左邊半弧AC,按弧AC和BC形成的弧形搭胎發(fā)券,即可得到拋物線形的拱券形狀。如欲使拱券頂部尖些,可取O1O和O2O大些；反之,可取O1O和O2O小些。磚石拱券起拱示意圖見圖3。

除雙心圓券形外，常用的券形還有半圓、三心圓和拋物線形式(見圖4，圖5)。

3 拱券砌筑灰縫控制

在拱券砌筑時(shí),砂漿的強(qiáng)度、飽滿度還有拱券的弧度要滿足要求，最重要的是嚴(yán)格控制灰縫的尺寸和厚度。與普通磚墻砌筑不同,拱券砌筑要求粘土磚立砌,灰縫要求成為形狀大小基本相同的等腰梯形。如果灰縫控制不好，厚薄不均，將直接影響拱券砌筑的質(zhì)量和美觀。

為了讓砌筑拱券的灰縫厚薄均勻,必須要知道每個(gè)灰縫的大小。要計(jì)算每個(gè)灰縫的大小就要先確定里縫厚度并計(jì)算灰縫厚度的內(nèi)外差(即等腰梯形的兩底差)。灰縫計(jì)算程序如下:

假設(shè)拱券內(nèi)徑為D1,單層拱券外徑為D2,內(nèi)券周長(zhǎng)為C1,外券周長(zhǎng)為C2,每券需要磚的數(shù)量為N,里券灰縫厚度為d1,如圖6所示。

首先確定d1的厚度,d1的厚度確定后,就可以得出N。

C1=πD1mm；C2=πD2=πD1+π×230 mm。

D2=D1+230 mm；N=πD1/(d1+53)塊；

內(nèi)外券周長(zhǎng)之差(C1-C2)等于內(nèi)外灰縫總厚度之差：

C2-C1=π×230=722 mm。

每個(gè)灰縫內(nèi)外厚度之差為:(C2-C1)/N=722/Nmm。

根據(jù)規(guī)范要求,灰縫的寬度宜為5 mm～8 mm。當(dāng)灰縫厚度不能滿足要求時(shí),要進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。

4 拱券技術(shù)應(yīng)用

中國(guó)拱券技術(shù)的使用，最早始于魏晉時(shí)期的磚砌佛塔，到了東漢時(shí)期運(yùn)用于拱橋，宋代用于修建城墻、水門，南宋以后用于城門洞，明初出現(xiàn)用筒拱建的房屋。可以說拱券技術(shù)在中國(guó)古代建筑中的應(yīng)用十分廣泛。尤其到了清朝以后，在官式建筑中拱券技術(shù)的應(yīng)用成為了普遍形式。

On brick arch technique of ancient buildings in China

Kang Zhiyong1,2

(1.TaiyuanUniversityofTechnology,Taiyuan030024,China; 2.ShanxiArchitecturalDesignInstitute,Taiyuan030013,China)

The paper indicates the technical points for arches, introduces the dual-core circle brick arch simple arch camber method by some simplified calculation formula, analyzes the controlling measures for arch mortar joints, and indicates the application of the arch, so as to lay the foundation for the brick arch.

arch, building, brick, ash joint

2015-02-03

康志涌(1980- )，男，在讀工程碩士，工程師

1009-6825(2015)11-0100-02

TU745

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