石材加工哦应用技术

 古代石材技术的演变

（1）梁柱结构
最早的石梁柱体系出现在古埃及，是从木质梁柱发展而来的。古埃及的石质梁柱往往跨度不大且显得十分粗壮。底比斯的卢克索神庙的柱厅内巨大的空间由许多石头过梁来覆盖，整个厅中石柱如林，高大粗壮的柱子处处遮断人的视线，使得粗壮的石质梁柱在满足神庙空间功能需求的同时，又满足了神庙对于神秘、压抑气氛的需求。（图2.3）

希腊时期石柱梁体系达到了成熟。石材先用来做柱子，起初是整块石头的，后来分成许多段砌筑，每段的中心有一个梢子。在檐部，先把石材用于充填部位，后来才用于额仿，这在技术上非常困难。到公元前7世纪末，有些庙宇，除了屋架之外，己经全用石材建造了。屋面一直被用木材建造，甚至在石砌的庙宇上也是如此。雅典卫城上许多庙宇的遗址之所以都没有留下屋项，恰恰说明了这一点。（图2.4）

由于石材属于脆性的材料，有抗拉、抗剪强度低、自重大等弱点，其在水平方向的发展受到一定的限制。在古埃及、古希腊的仿木构石梁柱结构明确的反映出这一特征。公元7至4世纪期间，横跨在两柱间的木梁改为额仿式的石梁，其最大的跨度仅为6m左右，超过这一跨度就必须在跨度之间增加柱子。

石梁柱结构的高厚比一般比较大，主要是受到剪力角的限制。古希腊的柱式是建立在力学基础上的，当建筑的安全性等技术问题总体解决后，古希腊人将注意力转向柱子的视觉关系，并根据人体的比例，推导出爱奥尼、多里克、科林斯柱式。虽然它是以石材模仿木梁柱体系，在石结构受力性能上并不合理，但是石质柱式的形式反映了结构因素和装饰因素的成功结合。柱式体现着严谨的构造逻辑，条理井然，每一种构件的形式完整，适合它的功能。垂直构件作垂直线角或凹槽，而水平构件作水平线角;承重构件朴素无华，而装饰雕刻集中在填充部分或其他非承重构件上。所以柱式的受力体系在外形上脉络分明。

古罗马人继承了希腊的柱式，根据新的条件把它加以发展，柱式到了罗马时代，多数己经不是结构构件，而退化成仅是一种装饰。

（2）拱券结构
在古埃及拱券结构并没有发展起来，究其原因可能是由于缺少木材来制作模架的缘故。石拱在一些帝王和贵族的金字塔、墓葬中有一些运用,大致有三种类型：叠涩拱、石板拱。（图2.5~2.6）


真拱，构成真拱的砌体的粘合线不像叠涩拱那样是平行线，而是放射线。更重要的是组成真拱的砌体不是方形的，而是一段段的圆环。古埃及人用于砌筑真拱的材料主要是砖砌体，石材的用量较少。

叠涩拱其实就是渐次接近的两排砌体，在拱的中心位置交汇。从第二至第四王朝的这段时期’内，叠涩拱在古埃及建筑中可以见到。人可以在第四王朝墓葬的墓室的顶部发现石头砌成的叠涩拱。在胡夫金字塔的一条墓的顶部也是由石头的叠涩拱砌筑而成的（长48.71m，高8.5m）

石板拱只用在如金字塔、墓葬等地下结构之中，用于胡夫金字塔的石板拱有7至8m长，重达36吨。在第5至6王朝的金字塔墓室中通常由斜置石板组成的巨大的屋顶结构，压力沿着石板向墓室周围的填充砌体或实墙传导。有时石板在顶部交汇处被设计成复杂的可以互锁的结构。现今，石板拱常用于桥梁中。

拱券技术是古罗马建筑最大的特色与成就。古罗马人的北邻伊达利亚人建筑工程水平很高，很早就用石头砌筑叠涩假券。古罗马人从伊达利亚人那里继承了许多工程技术和建筑经验。公元前4世纪，罗马城的下水道就有了真正的发券。公元前2世纪，假券被淘汰，在陵墓桥梁城门输水道等工程上广泛使用真的拱券，而且技术己经相当高超。如公元前，44年建造的向罗马城输水的塔拉戈纳输水道，有10km长的一段架在一系列的发券上，跨度达到24.5m。（图2.7）


在欧洲的中世纪，哥特式建筑将拱券技术推向了高峰。哥特建筑起源于法国，13至15世纪流行于欧洲，主要见于天主教堂，也影响到了世俗建筑。在西方传统建筑发展史上，真正实现了石材的结构和装饰三种功能的完美结合。（图2.8）

第一，哥特式建筑使用骨架券作为拱顶的承重构件，十字拱成了框架式的，其余的填充围护部分就减薄到25至30cm左右，拱顶重量大为减轻，石材的用料节省了，侧推力也小多了。骨架券使各种形状的平面都可以用拱顶覆盖，祭坛外环廊和小礼拜室拱项的技术困难迎刃而解。

第二，用独立的飞券在两侧凌空越过侧廊上方，在中厅每间十字拱四角的起脚抵住它的侧推力，飞券落脚在侧廊外侧一片片横向的墙上。从此，侧廊的拱顶不必负担中厅拱项的侧推力，可以大大降低高度，扩大中厅的侧高窗，而且外墙上也因为卸去了荷载而窗子大开。于是，结构进一步减轻，材料进一步节省。飞券较早使用在巴黎圣母院，它和骨架券一起使整个教堂的结构近于框架式。

第三，全部使用二圆心的尖券和尖拱，尖券和尖拱的侧推力比较小，有利于减轻结构，而且使不同跨度的券和拱可以一样高。因此，骨架券的十字拱项不致逐间隆起。甚至，十字拱的间也不必是正方形的了。12世纪时，中厅还沿用正方形的间，每间中用骨架券横一下。到13世纪，中厅的间就同侧廊一样进深，不再横分。于是，中厅两侧大小支柱交替和大小开间套叠的现象消失了。内部的形象因此整齐、单纯、统一。不仅在结构上，而且在装饰、华盖、壁盒等等一切地方，一切细部，尖券都代替了半圆券，风格是统一的。

（3）墙体砌筑技术
古埃及人广泛的把石材用于墙体的砌筑中，其砌法非常的多样，许多种砌法时至今日仍无多大的改变。（图2.9）在有的砌法中对作为维护装饰的面层和作为承重的内砌筑层也已进行了区分。（图2.10）




古希腊人把墙体的砌筑视为一种高等的艺术行为。古希腊墙体的砌块尺度不像古埃及的那么巨大，但是组成部分更加精美，风格的跨度无与伦比的丰富。古希腊人在墙体的砌筑中没有内外层石料之分，在一层墙体中，石材既起到了结构功能又起到了维护功能。而装饰的功能则是通过多变的砌筑方式来达到的。

古希腊人在砌石块时不用灰浆，砌块安放得相当精准。每层石头中间做成微凹的形状，每块石头就位时加点细砂以便紧密的结合。这种作法缘自古埃及，有的时候为了防止砌块的移动，砌块中会使用水平或垂直的销子固定来保证安全，销子全是由金属制成。由于金属连接物过于昂贵，只能被用在最高等的建筑物中。其他墙体的安全只能依赖于单个砌块的重量，除了在少数的神庙建筑中采用方整的砌块，一般的砌筑方式都是由不规则的石块粗砌在一起，在所有的砌筑风格中最古老的是将砌块沿曲折的轮廓切割，以毛石乱砌法进行砌筑。这种砌法到了六世纪的时候己经被一种多边形的琢石砌法所代替。在特尔裴神庙保留下来的墙体中，包含有多角石混合曲线石的石工砌法，这显然是在两种风格的过渡过程中修建的。在雅典多角石砌法在公元六世纪中叶始到了顶峰。（图2.11）



在五世纪的晚期出现了另一种砌筑风格，一种在规则砌筑和多角石砌筑之间的妥协。砌块的顶部和底部都是平的，砌层的高度是相同的，但砌块的侧边总是被斜向切割，这种砌法易于建造而又不显得粗野，而且斜切的侧边所造成了稳定的互锁感，因此这种风格被频繁的使用。

多边形的砌块因为具有较强的稳定性，一直被用于城防工事之中。一种装饰性的多边形砌块风格的复兴出现在希腊化时期。其风格与六世纪时的多边形砌块风格己经大不相同了，出与美化装饰的目的，建造者故意把砌块切割成最奇异的图案。规整的砌筑有多种的形式，是从神庙建筑的精工石作上发展出来的，在这些建筑的基础部分和墙体部分，砌块的长度尺寸比高度尺寸大得多，砌块的长度会沿着层的方向变化。在其他一些墙体中，砌块可以朝里放置而短边朝外露出来，形成了多变的外表。

古罗马，在建筑中为了支撑沉重的拱顶和弯顶，抵御侧推力，墙垣很厚，甚至有厚达几米的。混凝土的墙起初是内外两面先各砌一道石墙，把混凝土浇筑在当中。后来，为了节约石材，混凝土用模板浇筑，在混凝土之外总会包砌面层。起初，面层的材料与墙芯骨料用料相同，几乎一成不变。这层面层由最初的不规则石块，发展成为毛石乱砌法。在罗马，因为有更软、更易于加工的凝灰岩，这种乱砌法变得渐有章法，出现了向规则化成层砌筑发展的趋势，并且漫漫地发展成方石网眼砌法，即用地面10cm×10cm左右的整齐的方锥石块排满表面，尖角朝里，底面形成规则的斜方格。其最早实例见于公元前55年的庞贝剧场（图2.12）。这种网状团可以结合凝灰岩小方块或者砖形成混合砌体。这些面层的处理式样在今意大利中部地区得到了广泛的应用。在罗马的大角斗场中，古罗马人用凝灰岩料石构成了角斗场的承重体系，在外部又包砌了一层石灰华。