探究木結(jié)構(gòu)哥特式教堂的可行性

指導(dǎo)老師：李曉暉 課題組長：二（ 3）班 向夢菡 組員：二（ 1）班 陳幸如 二（ 3）班 戴晉業(yè) 二（ 6）班 孫飛英 眾所周知，哥特式教堂都是磚石結(jié)構(gòu)。哥特式建筑之所以棄木用石，是由于木材防火性能差，且石制建筑更堅(jiān)固。但隨著科技發(fā)展，木材處理和防火水平的提高，木制建筑的優(yōu)點(diǎn)正在顯現(xiàn)。本小組在此初步探討建造一座木結(jié)構(gòu)哥特式教堂的可行性并制作部分結(jié)構(gòu)模型。 一、限定條件 由于學(xué)識(shí)限制，以討論結(jié)構(gòu)、布局為主，地基以及外墻問題暫不考慮。且將討論的范圍定于南方（為木材選擇考慮）。 二、哥特式教堂的主要特征 雖是以木材建筑教堂，仍應(yīng)保有典型的哥特式教堂的主要特點(diǎn)。 1、平面結(jié)構(gòu) 2、尖券（尖拱） 3、肋架券 4、飛扶壁 以上部分圖片來自 走進(jìn)一座大教堂 范毅舜 三、比較石、木結(jié)構(gòu)建筑及其代表宗教建筑物的特點(diǎn)及優(yōu)缺點(diǎn) 建造一座木結(jié)構(gòu)哥特式教堂，需要先了解石、木結(jié)構(gòu)建筑的特點(diǎn)及優(yōu)缺點(diǎn)。 （一）：中國佛教建筑與西方哥特式建筑對比 中國佛教建筑 西方哥特建筑 材質(zhì) 木材 石質(zhì) 材質(zhì)特性 優(yōu)點(diǎn) ： 1 視覺上的和諧感 。 紋理、色澤美觀 ， 可吸收紫外線 。 2 觸覺良好，軟硬適當(dāng)有彈性；導(dǎo)熱系數(shù)適中，給人溫暖感 。 3 聽覺效果 好， 吸聲、隔聲性能良好 。 4 具調(diào)濕控溫功能，保持環(huán)境舒適 。 缺點(diǎn) ： 1 天然 缺陷 。如木節(jié)、斜紋理 。 2 生物為害的缺陷。主要有腐朽、變色和蟲蛀等 。 3 干燥及機(jī)械加工引起的缺陷。 4 干燥的木材極易著火 。 1 耐火性 2 熱脹冷縮 3 耐凍性 4 抗壓強(qiáng)度 建筑堅(jiān)固耐久，外觀厚重有力，造 成空間上的相對封閉感。 色彩 多用與金木水火土 五行相對應(yīng)的白青黑赤黃，主色多為赤和黃，象征宗教的莊嚴(yán)與輝煌。 色彩艷麗，變化多端。玻璃花窗色彩瑰麗，營造光線斑駁幽暗、光怪陸離的宗教氛圍。 光線 光線比較明亮， 表現(xiàn)佛法 恢宏 ，氣度雄偉。 光線晦暗，圣光從高處投下，具有神秘和威嚴(yán)感 。 布局 1 注重群體組合 2 平面鋪展，層層推進(jìn)。 1 突出建筑單體 2 豎向發(fā)展，內(nèi)部高敞。 構(gòu)造 基本上采取了中國傳統(tǒng)的院落形式作為佛寺的布局 1 、沿 縱中軸線 縱列數(shù)重殿閣，中間 連以橫廊，劃分成幾進(jìn)院落 。 2 、中心建筑是大殿 ， 在主體殿閣兩側(cè)，排列若干較小的 “ 院 ” 。 3 、主院和各小院均繞以回廊，廊內(nèi)有壁畫，有的附建配殿或配樓。 4 、塔由全寺中心演變?yōu)榈钋白笥抑秒p塔或于主體殿庭前方兩側(cè)分立塔院。 由石頭疊造的骨架券和飛扶壁組成的結(jié)構(gòu)體系。 有一些大略相似的結(jié)構(gòu)單元組成，基本單元是在一個(gè)正方形或矩形平面平面四角的柱子上的雙圓心骨架尖券，四邊和對角線上各一道，屋面石板架在券上，形成拱頂。 塔 佛塔中心柱，象征宇宙之柱或世界之樹 。 集中的尖塔， 表達(dá)遙接天國之意。 構(gòu)架 木構(gòu)架承重體系：柱、梁、檁，即大木作。 飛扶壁 分擔(dān)主墻壓力 ， 平衡拱券對外墻的推力。 拱 斗拱 在橫粱和立柱之間挑出以承重，將屋檐的荷載經(jīng)斗栱傳遞到立柱。 尖拱結(jié)構(gòu)， 每邊都由起拱點(diǎn)上升到中間頂尖 ， 表現(xiàn)向上騰飛的力。 中國佛教建筑 西方哥特建筑 材質(zhì) 木材 石質(zhì) 材質(zhì)特性 優(yōu)點(diǎn) ： 1 視覺上的和諧感 。 紋理、色澤美觀 ， 可吸收紫外線 。 2 觸覺良好，軟硬適當(dāng)有彈性；導(dǎo)熱系數(shù)適中，給人溫暖感 。 3 聽覺效果 好， 吸聲、隔聲性能良好 。 4 具調(diào)濕控溫功能，保持環(huán)境舒適 。 缺點(diǎn) ： 1 天然 缺陷 。如木節(jié)、斜紋理 。 2 生物為害的缺陷。主要有腐朽、變色和蟲蛀等 。 3 干燥及機(jī)械加工引起的缺陷。 4 干燥的木材極易著火 。 1 耐火性 2 熱脹冷縮 3 耐凍性 4 抗壓強(qiáng)度 建筑堅(jiān)固耐久，外觀厚重有力，造 成空間上的相對封閉感。 色彩 多用與金木水火土 五行相對應(yīng)的白青黑赤黃，主色多為赤和黃，象征宗教的莊嚴(yán)與輝煌。 色彩艷麗，變化多端。玻璃花窗色彩瑰麗，營造光線斑駁幽暗、光怪陸離的宗教氛圍。 光線 光線比較明亮， 表現(xiàn)佛法 恢宏 ，氣度雄偉。 光線晦暗，圣光從高處投下，具有神秘和威嚴(yán)感 。 布局 1 注重群體組合 2 平面鋪展，層層推進(jìn)。 1 突出建筑單體 2 豎向發(fā)展，內(nèi)部高敞。 構(gòu)造 基本上采取了中國傳統(tǒng)的院落形式作為佛寺的布局 1 、沿 縱中軸線 縱列數(shù)重殿閣，中間 連以橫廊，劃分成幾進(jìn)院落 。 2 、中心建筑是大殿 ， 在主體殿閣兩側(cè)，排列若干較小的 “ 院 ” 。 3 、主院和各小院均繞以回廊，廊內(nèi)有壁畫，有的附建配殿或配樓。 4 、塔由全寺中心演變?yōu)榈钋白笥抑秒p塔或于主體殿庭前方兩側(cè)分立塔院。 由石頭疊造的骨架券和飛扶壁組成的結(jié)構(gòu)體系。 有一些大略相似的結(jié)構(gòu)單元組成，基本單元是在一個(gè)正方形或矩形平面平面四角的柱子上的雙圓心骨架尖券，四邊和對角線上各一道，屋面石板架在券上，形成拱頂。 塔 佛塔中心柱，象征宇宙之柱或世界之樹 。 集中的尖塔， 表達(dá)遙接天國之意。 構(gòu)架 木構(gòu)架承重體系：柱、梁、檁，即大木作。 飛扶壁 分擔(dān)主墻壓力 ， 平衡拱券對外墻的推力。 拱 斗拱 在橫粱和立柱之間挑出以承重，將屋檐的荷載經(jīng)斗栱傳遞到立柱。 尖拱結(jié)構(gòu)， 每邊都由起拱點(diǎn)上升到中間頂尖 ， 表現(xiàn)向上騰飛的力。 （二）：具體例子：中國白馬寺與意大利米蘭大教堂對比 中國 白馬寺 意大利 米蘭大教堂 規(guī)模 現(xiàn)存白馬寺坐北朝南，是一座長方形的院落，占地約 4 萬平方米。 長 158 米，最寬處 93 米。塔尖最高處達(dá) 1 0 8 . 5米?？偯娣e 1 1 7 0 0 平方米，可容納 3 5 0 0 0 人。 構(gòu)造 寺內(nèi)主要建筑有 天王殿 、大佛殿、大雄殿、 接引殿 、毗盧閣、 齊云塔 等 ，共 五重大殿和四個(gè)大院以及東西廂房。 前為山門，山門是并排三座拱門。山門外，一對 石獅 和一對石馬，分立左右，山門內(nèi)東西兩側(cè)有 攝摩騰 和竺法蘭二僧墓。五重大殿由南向北依次為天王殿、大佛殿、大雄殿 、接引殿和毗盧殿。每座大殿都有造像，多為 元 、 明 、 清 時(shí)期的作品。毗盧殿在清涼臺(tái)上， 清涼臺(tái) 為攝摩騰、竺法蘭翻譯佛經(jīng)之處。東西廂房左右對稱。整個(gè)建筑宏偉肅穆，布局嚴(yán)整。此外，還有 碑刻 40 多方 。 中廳較長而寬度較窄 ， 高度很高。宏偉的大廳被四排柱子分開，大廳圣壇周圍支撐中央塔樓的 有 四根 大 柱子， 12 根較小圓柱。這些柱子共同支撐著重達(dá) 1 4 萬噸重的拱形屋頂，柱與柱之間有金屬桿件拉結(jié)，形成 5 道走廊。 教堂的地下有磚砌的深度為 4 8 米的空間 ，這兒能看見是現(xiàn)在大教 堂基礎(chǔ)的圣特庫 拉教堂的遺址。此外，在正面深處入口開始是地下的寶物庫 。 外部裝飾 寺大門之外，廣場南有近年新建 石牌坊 、放生池、 石拱橋 ，其左右兩側(cè)為綠地。左右相對有兩匹石馬，大小和真馬相當(dāng)，形象溫和馴良，這是兩匹 宋代 的石雕馬。白馬寺的山門為 明代所重建，為一并排三座拱門，代表 三解脫門 ，佛教稱之為涅盤門。部分門洞券面上刻有 工匠姓名，皆為東漢遺物。 米蘭大教堂也是世界上 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 尊是外側(cè)雕刻，雕像的主題多為 圣經(jīng) 故事等宗教題材。 教堂頂聳立著 135 個(gè)尖塔，每個(gè)尖塔上都有精致的人物雕刻 ， 中央塔為其中最高 。 教堂外部還有 96個(gè)怪獸形排水口，每個(gè)轉(zhuǎn)角處的怪獸都各不相同。整個(gè)建筑外部分布著雕刻精美的窗花格，全長約半英里（ 1 公里）。 教堂正面被 6 個(gè)巨大方柱分隔出五扇銅門， 每座銅門上分有許多方格，每個(gè)方 格內(nèi)雕刻著教堂歷史、神話與圣經(jīng)故事。 中國 白馬寺 意大利 米蘭大教堂 規(guī)模 現(xiàn)存白馬寺坐北朝南，是一座長方形的院落，占地約 4 萬平方米。 長 158 米，最寬處 93 米。塔尖最高處達(dá) 1 0 8 . 5米?？偯娣e 1 1 7 0 0 平方米，可容納 3 5 0 0 0 人。 構(gòu)造 寺內(nèi)主要建筑有 天王殿 、大佛殿、大雄殿、 接引殿 、毗盧閣、 齊云塔 等 ，共 五重大殿和四個(gè)大院以及東西廂房。 前為山門，山門是并排三座拱門。山門外，一對 石獅 和一對石馬，分立左右，山門內(nèi)東西兩側(cè)有 攝摩騰 和竺法蘭二僧墓。五重大殿由南向北依次為天王殿、大佛殿、大雄殿 、接引殿和毗盧殿。每座大殿都有造像，多為 元 、 明 、 清 時(shí)期的作品。毗盧殿在清涼臺(tái)上， 清涼臺(tái) 為攝摩騰、竺法蘭翻譯佛經(jīng)之處。東西廂房左右對稱。整個(gè)建筑宏偉肅穆，布局嚴(yán)整。此外，還有 碑刻 40 多方 。 中廳較長而寬度較窄 ， 高度很高。宏偉的大廳被四排柱子分開，大廳圣壇周圍支撐中央塔樓的 有 四根 大 柱子， 12 根較小圓柱。這些柱子共同支撐著重達(dá) 1 4 萬噸重的拱形屋頂，柱與柱之間有金屬桿件拉結(jié)，形成 5 道走廊。 教堂的地下有磚砌的深度為 4 8 米的空間 ，這兒能看見是現(xiàn)在大教 堂基礎(chǔ)的圣特庫 拉教堂的遺址。此外，在正面深處入口開始是地下的寶物庫 。 外部裝飾 寺大門之外，廣場南有近年新建 石牌坊 、放生池、 石拱橋 ，其左右兩側(cè)為綠地。左右相對有兩匹石馬，大小和真馬相當(dāng)，形象溫和馴良，這是兩匹 宋代 的石雕馬。白馬寺的山門為 明代所重建，為一并排三座拱門，代表 三解脫門 ，佛教稱之為涅盤門。部分門洞券面上刻有 工匠姓名，皆為東漢遺物。 米蘭大教堂也是世界上 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 尊是外側(cè)雕刻，雕像的主題多為 圣經(jīng) 故事等宗教題材。 教堂頂聳立著 135 個(gè)尖塔，每個(gè)尖塔上都有精致的人物雕刻 ， 中央塔為其中最高 。 教堂外部還有 96個(gè)怪獸形排水口，每個(gè)轉(zhuǎn)角處的怪獸都各不相同。整個(gè)建筑外部分布著雕刻精美的窗花格，全長約半英里（ 1 公里）。 教堂正面被 6 個(gè)巨大方柱分隔出五扇銅門， 每座銅門上分有許多方格，每個(gè)方 格內(nèi)雕刻著教堂歷史、神話與圣經(jīng)故事。 中國 白馬寺 意大利 米蘭大教堂 規(guī)模 現(xiàn)存白馬寺坐北朝南，是一座長方形的院落，占地約 4 萬平方米。 長 158 米，最寬處 93 米。塔尖最高處達(dá) 1 0 8 . 5米。總面積 1 1 7 0 0 平方米，可容納 3 5 0 0 0 人。 構(gòu)造 寺內(nèi)主要建筑有 天王殿 、大佛殿、大雄殿、 接引殿 、毗盧閣、 齊云塔 等 ，共 五重大殿和四個(gè)大院以及東西廂房。 前為山門，山門是并排三座拱門。山門外，一對 石獅 和一對石馬，分立左右，山門內(nèi)東西兩側(cè)有 攝摩騰 和竺法蘭二僧墓。五重大殿由南向北依次為天王殿、大佛殿、大雄殿 、接引殿和毗盧殿。每座大殿都有造像，多為 元 、 明 、 清 時(shí)期的作品。毗盧殿在清涼臺(tái)上， 清涼臺(tái) 為攝摩騰、竺法蘭翻譯佛經(jīng)之處。東西廂房左右對稱。整個(gè)建筑宏偉肅穆，布局嚴(yán)整。此外，還有 碑刻 40 多方 。 中廳較長而寬度較窄 ， 高度很高。宏偉的大廳被四排柱子分開，大廳圣壇周圍支撐中央塔樓的 有 四根 大 柱子， 12 根較小圓柱。這些柱子共同支撐著重達(dá) 1 4 萬噸重的拱形屋頂，柱與柱之間有金屬桿件拉結(jié)，形成 5 道走廊。 教堂的地下有磚砌的深度為 4 8 米的空間 ，這兒能看見是現(xiàn)在大教 堂基礎(chǔ)的圣特庫 拉教堂的遺址。此外，在正面深處入口開始是地下的寶物庫 。 外部裝飾 寺大門之外，廣場南有近年新建 石牌坊 、放生池、 石拱橋 ，其左右兩側(cè)為綠地。左右相對有兩匹石馬，大小和真馬相當(dāng)，形象溫和馴良，這是兩匹 宋代 的石雕馬。白馬寺的山門為 明代所重建，為一并排三座拱門，代表 三解脫門 ，佛教稱之為涅盤門。部分門洞券面上刻有 工匠姓名，皆為東漢遺物。 米蘭大教堂也是世界上 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 尊是外側(cè)雕刻，雕像的主題多為 圣經(jīng) 故事等宗教題材。 教堂頂聳立著 135 個(gè)尖塔，每個(gè)尖塔上都有精致的人物雕刻 ， 中央塔為其中最高 。 教堂外部還有 96個(gè)怪獸形排水口，每個(gè)轉(zhuǎn)角處的怪獸都各不相同。整個(gè)建筑外部分布著雕刻精美的窗花格，全長約半英里（ 1 公里）。 教堂正面被 6 個(gè)巨大方柱分隔出五扇銅門， 每座銅門上分有許多方格，每個(gè)方 格內(nèi)雕刻著教堂歷史、神話與圣經(jīng)故事。 四、結(jié)構(gòu)木材的選用 建筑木材主要包括結(jié)構(gòu)用材、裝修用材和施工用材三種。 結(jié)構(gòu)用材對于木材強(qiáng)度首先考慮橫紋抗壓、彈性模量與抗彎強(qiáng)度，其次應(yīng)為抗沖擊、抗剪、順紋抗拉與硬度。要求木材有一定韌性，不發(fā)脆、干縮小，易釘釘。 為減少探究難度，本小組決定討論的范圍定于南方。 在湘、鄂、皖、贛、蘇、閩、浙地區(qū)，常用結(jié)構(gòu)木材有云杉、杉木、針?biāo)?、松木、油杉、柳杉、紅椆、白椆、紅錐、白錐、栗木、楊木、荷木、楓香、檫木、擬赤楊等。 在定量比較木材性質(zhì)前，根據(jù)木材總體性質(zhì)，排除以下木材： 紅松、柳杉、紅椆、荷木、楓香、擬赤楊。 紅錐的密度約為 順紋抗壓強(qiáng)度約為 56 體厚度若為 長度為一米的墻體，若只論墻體自重，則可建 9300m。故高度方面可行。 經(jīng)過綜合比較，本小組決定選擇紅錐木。 五、模型制作 前期準(zhǔn)備結(jié)束后，本小組正式開始模型制作 。 （一）準(zhǔn)備 由于時(shí)間、材料有限，本小組決定只制作教堂墻面的雙層木制框架。 1、圖樣