古典柱式结构中的力学

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1、古典柱式结构中的力学与美学及其现代演绎摘要：本文主要讨论的对象是古典柱式结构的审美体验、强度与稳定性以及传统柱式元素在现代建筑，尤其是在复古主义流派的运用。其中古典柱式结构按照时期和地理位置分为三部分，古埃及、古希腊、古罗马；主要讨论柱式结构包括纸莎草柱式、多立克柱式（Donic）、爱奥尼柱式(Ionic)、科林斯柱式（Corinthian）、塔什干柱式、混合柱式。关于强度和稳定性，本文的重点是不同体量的柱式结构其在静载荷、风载荷下的稳定性差异。而复古主义中罗马式复古和希腊式复古采用了大量的柱式元素，但罗马式复古运用的柱式结构元

2、素较希腊式复古多，所以在现代建筑方面主要分析复古主义流派中的罗马式复古。正文：I．古典柱式结构的比较分析以下论述中不插入图片，参考图片参见文末i．柱式结构的共性柱式结构指的是石质梁柱结构各部件的样式以及它们之间组合搭接的基本方式。它的基本单位是柱和檐。但本文所讨论的柱式结构是檐以下到柱基的部分。柱可分为柱基、柱身、柱头三部分。其中柱基的作用是衔接地基与柱式结构，主要提供轴力和剪力，在遇到地质灾害比如地震时，柱基还能提供弯矩作用。柱身通过其轴向横截面的半径与柱身的高度之间的关系，赋予整个柱式结构一定的直观的体量，通过这样特定的体量

3、以及柱身上的纹饰给参观者一定视觉上的体验，让参观者感受到设计者所要表达之意境。柱头组合在柱身之上，是整个柱式结构中最能直接表现整个结构所承载的社会文化与审美旨趣的部分，它通过其雕饰反映一个社会的生活、信仰、审美、文化等。柱式结构所用材质均为石质材料，其特性为抗压不抗拉，并且抗弯性能较差。古典柱式结构的石质材料应该是一种硬石材料，它的密度为1800kg/m3，杨氏模量为7.8x103，墙底摩擦系数大约是0.4，允许应力和允许剪力分别是2.5MPa和0.35MPa摘自《砌体结构设计手册》。另外，石质结构的自然腐蚀主要考虑两类即可，一

4、类是风应力腐蚀、一类是化学腐蚀。其自然腐蚀的机理是在长久的自然风载荷的作用下，石质梁柱发生疲劳，其表面出现极细的裂纹，出现裂纹以后风载荷继续作用将发生应力集中，导致裂纹进一步扩大。若遇到雨天或者潮湿的天气，裂纹内将出现积水，此时发生化学腐蚀，原理为:。也就是说，石质材料中的不溶性碳酸盐将少量与水和空气中的二氧化碳作用，生成可溶性的碳酸氢盐，由于材料中的碳酸盐分布具有随机性，导致石质材料的裂纹发生不规则扩大，并与持续的风载荷作用共同造成柱式结构的腐蚀参考自《材料腐蚀与防护》。ii．各类古典柱式结构的差异性1．古埃及柱式最早出现的柱

5、式结构在古埃及。古埃及人在柱式结构上的处理手法十分丰富，但主要以植物为主题，也有部分采用人物或者人物与之物相结合的主题。古埃及人在柱头上主要采用纸莎草、莲花、棕榈树作为造型，古埃及柱式中的经典便是纸莎草柱式。纸莎草柱式的柱基为圆饼形，与之相连的下部柱身收分，往上至柱身1/5处轴向横截面半径最大，然后开始逐渐收束至柱头，柱身纹饰采用十六枝纸莎草茎，柱头为纸莎草的苞蕾形，柱头与柱身间有五道束带。独特的柱身底部收分设计带来柔美与婀娜之感，而柱身与柱头的纸莎草纹饰给人以华丽的感觉，极富装饰性。由于纸莎草在古埃及人的生活中占非常重要的地位

6、，比如建造草屋、编织遮挡物等都需要用到纸莎草。这种日常使用之物，被设计师倾注入情感，并将其元素运用到柱式结构中，在起到装饰作用的同时，也是体现出古埃及人对于生活、对于家乡的热爱。纸莎草柱式存在有一些变式结构。比如变式纸莎草柱式上部柱头略大，下部柱身收分较小，整体比较粗壮，富于沉重感。而开花式纸莎草柱式变柱头的苞蕾式为开花式，柱头上端向外舒展，柱身平滑均为直线，给人以生机与挺拔之感。除纸莎草柱式外，古埃及的莲花柱式、棕榈式、哈托尔柱式同样备受关注。其中莲花柱式同样在柱身下端有收分，柱身上采用莲花花茎作为纹饰，柱头则用含苞待放的莲花

7、作为造型。棕榈式有较强的写实风格，柱头用八片棕榈叶围合成圆柱状，柱身平滑，高大而不华丽。哈托尔柱式则是将哈托尔神的尊容现于柱头处。所以古埃及柱式的特点可以概括为柱基为一个圆形或扁圆形台；当用柱式表现柔美时柱身下端运用收分，表现挺拔时采用平滑柱身；柱头造型多来源于日常生活中的事物，或偶尔采用古埃及人信奉的神，比如哈托尔神。2.古希腊柱式古希腊柱式中最早出现的是多立克柱式。多立克柱式短而粗壮，高度为底部直径的4.5-5.5倍，其柱头为蚌形圆块和方形托板。柱身在1/3处稍稍隆起，并逐渐向上收束成梭状，这样处理可以防止因檐与柱基都比柱身

8、宽造成的柱身向内凹陷的视觉差。柱身刻有16-20道凹槽，凹槽相交间形成尖锐角状。并且多立克柱式没有柱基。从体量上看，多立克柱式雄壮有力，古希腊人将其视作男性的象征，赋予这柱式建筑人性化的审美旨趣。爱奥尼柱式则与多立克柱式有较大区别。爱奥尼柱式有看上去较为富于弹性