拱券的分类及其在中原建筑中的应用

拱券的分类及其在中原建筑中的应用

拱券是一种建筑结构，是拱和券的合称，又称券洞、法圈或法券，是用块状料（例如土坯、石、砖）砌筑而成的跨空砌体，利用块状料之间的相互挤压所产生的侧向压力形成的跨空结构体系。拱券技术早在公元前第4世纪已在两河流域出现，以后在巴比伦、亚述、印度、罗马应用并有所发展.半圆形的拱券为古罗马建筑的重要特征，尖形拱券则为哥特式建筑的主要特征，而伊斯兰建筑的拱券则有尖形、马蹄形、弓形、三叶形、复叶形和钟乳形等多种. 拱券结构在中国出现比较晚，经历了空心砖梁板、尖拱、折拱几个发展步骤，代表性建筑有北方窑洞、拱桥等。

1 结构力学中拱的特点

1.1 拱券结构的特点

从结构力学角度看，拱券结构将拱上部的竖向荷载转化为一部分水平推力，拱圈截面的弯矩与相应简支梁相比大大减小。不仅如此，拱券结构还有用料省、自重轻、跨度大等优点。但是，拱券结构构造复杂，施工费用相对较高。拱主要承受压力，因此可用受压能力强的砖石材料砌筑。

1.2 拱与曲梁的区别

由上图可知，拱结构受竖向荷载作用时会产生水平推力，曲梁结构则不会产生水平推力。

2 拱券结构的分类

拱券结构按结构体系分类，可分为简单体系（有推力）、组合体系、拱片桥（上缘与桥面纵向平行，下缘为拱形的结构）。其中最常见的简单体系又分为三铰拱、两铰拱、单铰拱、无铰拱；组合体系又分为无推力拱（有系杆）和有推力拱（无系杆）。

按主拱圈截面形式分，拱券结构又可分为实腹式拱、格构式拱、等截面拱和变截面拱等。按拱轴线形式又可分为圆弧类、变形圆弧类、尖头类、变形尖头类、马蹄类和叶形类六大类。

按拱身材料分，可分为钢结构拱、钢筋混凝土拱、砖石砌体拱等；按空间形态分类可分为筒拱、十字拱、丁字拱、穹窿（顶）等。

2.1 不同拱轴线形式的拱券结构

2.1.1圆弧拱

圆弧拱是取某圆周的一部分构成巷道拱部的形状。拱形圆滑一致，在巷道周围压力作用下不易产生应力集中，支护结构受力状态好。圆弧拱的利用率较高，可减少开挖工程量，施工技术亦较简单，是采用较多的一种拱券形式。在中原建筑中也十分常见，如下图中的洛阳市孟津县朝阳镇卫坡村下沉式窑洞。

2.1.2变形圆弧拱

即三心形圆弧拱。由拱上端的半径较大的圆弧、两侧半径较小的两段圆弧，共三段圆弧组成。有三个圆心，故称为三心形。多用于罗曼式建筑，在中原建筑中并不常见。

2.1.3尖头类

尖头类拱券结构是由形成尖角的两段圆弧构成，因为有两个圆心，我们又称之为双心圆券。比较圆弧的半径和拱的跨度，又可将其分为三类，半径比跨度小的为钝尖形，相等的是等边形，半径更大的是锐尖形。双心圆券是清代拱券券形的基本形式，在中原建筑中的应用也十分广泛，如开封府拱奎楼正门。

2.1.4变形尖头类

指拱的上端为尖角，由多段圆弧或圆弧与直线构成拱的样式。在中原建筑中不常见。

2.1.5马蹄类

指拱的下部曲线向内紧缩，形成类似马蹄的形状。在伊斯兰建筑中比较常见，在中原建筑中不常见。

2.1.6多叶类

为上述多种类型的拱组合成多叶形状的拱的样式，根据叶片的个数可分为三叶形、五叶形和多叶形。这三种样式也基本从属于伊斯兰建筑样式。在中原建筑中应用不多。

2.2 不同空间形态的拱券结构

2.2.1筒拱：覆盖平面为长方形的内部空间的弧形拱顶被称为筒拱。与其走向平行的两侧墙为承重墙。筒拱是拱券建筑最基本的模型，在中原建筑中也随处可见，一般可用于以下几个方面：一是用于普通窑洞住宅，如洛阳市孟津县朝阳镇卫坡村下沉式窑洞；二可以用于建设堡墙，起交通作用的楼道等，如洛阳白马寺正门、洛阳孟津县朝阳

镇卫坡村的住宅间的楼道等；拱券结构也可以起装饰、保护作用，如龙门石窟壁岩上的筒拱、荥阳纪公庙里的碑刻、洛阳白马寺建筑上的拱形窗等。

2.2.2十字拱：即相交的筒形拱，是公元一世纪开始使用的一种拱券形式。它覆盖在方形的间上，只需要四角有柱子，而不必要连续的承重墙，建筑内部空间得到解放；而且便于开侧窗，大有利于大型建筑物的采光。在哥特建筑中，十字拱衍变成框架式的，使拱顶的重量大大减轻，减小了对各部分施加的力度，也使得十字拱拱顶可以应用于各种平面。十字拱多用于交通方面，类似十字街的作用，是四面都可以通过，如“荥阳八景”之一的惠济桥旁的?t望台。

2.2.3丁字拱：窑洞中拱券结构的一种，与十字拱相对应，是三面相通的拱形结构。一般也用于交通，如河南三门峡天井窑院中的丁字拱，丁字一边通向另一个房间，而这个房间又通向另一个院落，使交通更加方便。

2.2.4穹窿（顶）：指从外形来看为球形或多边形的屋顶形式。如伊斯兰教清真寺中的天房，室内顶部呈半圆形，就可以叫做“穹窿顶”。穹窿顶一般用于屋顶和墓穴，如河南洛阳龙门石窟北魏莲花洞的穹窿顶、荥阳纪公庙中纪公墓穴等。

3 结语

拱券结构类型丰富，每一种类型都有其特性。以上我们仅对拱券结构从结构力学图示方面、立面形态和空间形态三个方面进行分类研究，并列举了其在中原建筑中的应用。我们对其类别进行研究，希望拱券结构能够广泛的运用于建筑的不同方面，发挥其不同的功能，丰富建筑的内涵