中国古建筑以木材砖瓦为主,用以衔接的榫卯结构为何如此稳固?
中国古代的房屋和器械多数都是木头做的,但是我们却可以看到,那么多的木制房屋和器具过了数千年的时间依然还能正常使用,连危楼都算不上,这究竟是为什么?我只能说,老祖宗的发明实在是太厉害了,因为那些木质结构的衔接处都是用榫卯结构来衔接的。
之所以说榫卯结构是天才的发明,是因为榫卯结构充分利用了物理学中的受力原理,杠杆原理等,这使得榫卯结构只需要依靠简单的几个部件相互搭接,就能够让衔接变得非常稳固,除非把它整个破坏,否则不按照一定的顺序是无法把结构拆开的。
所以我们可以看到,数千年前,我们没有螺丝钉的时候,是怎么让木头与木头牢固地锁在一起的?难道是靠胶水吗?什么胶水可以历经千年还那么稳固?只有榫卯结构,这是木匠千百年来积累下来的精华。是我们老祖宗给我们留下的宝贵的经验和财宝。
如今,现代社会下,人们已经开始重新认识榫卯结构了。很多时候,在一些危险性比较高的设备中,即使我们千小心万小心,还是会被一些小小的螺丝打败。很多飞机或者航空设备无法正常飞行,检查到最后只是一颗小小的螺丝松动而已。
所以,在我们国家的航空领域中,榫卯结构已经被越来越多地运用到各个部件和各个领域之中去。通过榫卯结构独特的牢固衔接做双重保险,很多飞往太空的航天飞船就可以放心地翱翔了。
榫卯机构最早可追溯到7000年前的新石器时代,浙江省余姚河姆渡文化遗址中出土的木房子可以证实,当时的祖先已经开始使用榫卯结构。现在呢,小木方面是工业化板式家具的大量冲击,大木方面是政策不支持以及技术没更新导致建筑取材的一味追新求快,而从业者的迅速凋零又加速榫卯的进一步消失。红木家具现在榫卯结构还是普遍存在的,但是也是五花八门,我觉得玩榫卯的人越来越少,是因为它的价格太贵了吧,毕竟多数人还是喜欢便宜。
现在的高端纯实木家具还是都采用的榫卯结构,当然价格也不便宜。现代生活起居习惯和古人毕竟有很多不同了,很多传统家具类型已没有现代家具的便利。当然收藏除外。由于现在建筑专业也不会教授太多木结构榫卯建筑结构设计的课程,具有设计能力的专业建筑师和设计师也要少很多。钢筋混凝土和钢架结构建筑的设计就要简单很多,特别是主题结构的设计。就现代建筑来看的话,超过四层以上的建筑,很难用榫卯结构实现的,将会造成很大的稳定性和受力的问题。
卯从受力角度来说,并不是木材利用的最优方案,特别是在现代建筑工业的环境下。使用榫卯的桌椅大部分时候都是在榫卯处损坏,家具市场多以人造板材为主,连接件也更加倾向于符合大批量的生产、安装简便化等要求。而传统的凖茆费时、费力,遂常运用于高端原木家具。还有一般的榫卯家具基本都是整装走物流,不像板材家具可以现场拼装,小件货还好,大件货的物流成本就会很高。
榫卯工艺是千百年来老一辈工匠人在传承于创新中保留下的财富,希望科技在发展的同时能够传承工匠精神,永远留存!
我们国家有着几千年的悠久文化历史,也在这几千年历史中,留下了许多文化和艺术瑰宝。谈到中国传统建筑,我们总是会想到“榫卯”结构。它的厉害之处,在于不用一颗铁钉,就能够让房屋结构之间,衔接的紧密、结实,而且历经千年屹立不倒。一直到今天,在很多古建筑上,还是能够见到这项技术,比如众所周知的故宫,便是利用榫卯结构修建。
榫卯结构的出现,使得我们的建筑技术、工艺,有了质的提升。这种利用木材之间,自身的咬合,就能够将彼此独立的木材,牢牢固定在一起。不仅牢固而且还十分的美观、精巧,古人们就是利用这样一个结构,来打造自己的家园,以及精美的宫殿。
一、榫卯结构,一个让世人赞叹的技艺古时候没有现在发达的科技,无法生产铁钉这样的物品,更不可能用钢筋混凝土建造房屋。可聪明的古人,将生活中常见的木材,运用到了极致,利用木材可塑性高的特点,发明了榫卯结构。
这样一种结构,将木材制作成相互衔接模式,然后利用相互之间咬合力,将木材衔接牢固。加上压力之下,使得这种衔接,远比铁钉固定,还要更加稳固、安全。
二、榫卯结构建筑,建筑史上的精品有了榫卯结构出现,才使得众多古建筑,得以从古时候,一直保存到今天。其中最为出名的建筑,当属故宫、山西大同悬空寺、释迦塔等等。这些古建筑保存时间,可以达到上千年。期间经历了很多自然灾害,却依然能够屹立不倒,这就是建筑史上的瑰宝。
全国各地类似这样的建筑,还有很多很多。这些古建筑能够完好保存,很大程度上,都是得益于榫卯结构。
榫卯结构让世界人民为之赞叹,也是我们炎黄子孙的骄傲。现在有很多人,都在研究这种结构,也有很多人钟爱榫卯结构。
有多少种方法四等分一个正方形?我有无数种方法!
要将一个正方形四等分,每一块的大小、面积和形状完全相等,有多少种方法(如图1所示)?
图1 正方形
请你在脑中想想或者拿笔画一画,你有多少种方法,2种?3种?4种?
大部分人能想到下列三种方法,一种是将正方形分成4个小正方形,一种是连接对角线分成4个三角形,还有一种是将正方形分成4个长方形(如图2所示)。
图2 常用三种等分方法
这里我加一个限定条件,就是如果两种分法中的1等分如果可以互相重合,那么属于同一种分法,比如竖着将正方形分成4个长方形和横着分成4个长方形,其中的一份可以完全重合,应该算是一种方法(如图3所示)。
图3 不同分法相同结果
解决问题有6种主要的方法,分别是拆分、类比、联想、追本溯源、广义动量定理和系统思考(如图4所示)。
图4 通用方法论
这次我们使用联想的方法来解决4等分正方形的问题,联想是一种非常有效的解决问题的方法,它帮助我们无限的扩展思维。
除了以上三种4等分正方形的方法,你还能想到多少种方法?每一种方法是受到什么启发来的呢?
我说我有无数种方法四等分正方形,你相信吗?
下边我来讲解一下由联想而获得的几大方法。
1 )联想到二分法
4等分正方形,我首先联想到了二分法,二分法是一种拆分方法,用来降低问题的难度,问题的难度降低了,问题就容易解决了。我们将正方形从中间一分为二,只需要将左边的长方形分成完全两个相同图形就行,右边按照左边的方法解决,就获得了4等分正方形的方法。
被竖线分成长方形之后,我们只需要考虑如何将长方形分成两个相同的图形,哪些图形可以组成长方形呢?我们可能会联想到长方形、正方形、三角形,这样我们就获得了3种方法,最常用的三种分法,也可以通过二分法来获得(如图5所示)。
图5 二分法等分1
稍微思考一下,我们还有联想到2个梯形也可以组成长方形,并且梯形的斜边可以是各种角度,这就有了无数种方法(如图6所示)。
图6 二分法等分成梯形
我们还可以联想到俄罗斯方块的L形也可以组成长方形,而L形的变化也是多样的,也可以衍生出无数种方法(如图7所示)。
图7 二分法等分为L 形
这些方法只是开胃菜,我们看看下边的方法。
2 )联想到拼图
我们还可能联想到拼图,拼图可以通过相同的小块,拼接成各种形状,比如4种不同颜色的小块,拼成了一个类似正方形的形状,我们稍微观察一下就会发现,每种颜色凸起的地方填到凹陷的地方,就会变成正方形,并且4个小块是完全一样的,也就是说我们可以通过构造拼图小块的方式来4等分正方形(如图8所示)。
图8 拼图
每个小块的凸起正好可以填满自己的凹陷,凸起的小块可以是个圆形,正方形,三角形或者正方形和三角形的组合(如图9所示)。
图9 拼图法四等分正方形
拼图的凸起可以是任意形状,这样我们就有了无数种四分正方形的方法。
3 )联想到榫卯结构
我们还可以联想到榫卯结构,或者问两块正方形的木头是如何拼接到一起的,也会联想到榫卯结构。有些榫卯结构的2块木头几乎是完全一样的(如图10所示)。
图10 榫卯结构
我们只需要将榫卯结构的2块木头做成完全一样,就获得了另外一种四等分正方形的方法,榫卯结构的连接处可以是长方形,三角形或者其他图形(如图11所示)。
图11 榫卯结构法四等分正方形
榫卯结构的连接点可以是任意个长方形、三角形或者其他形状,这样我们就获得了无数种四等分正方形的方法。
4 )联想到瓷砖
正方形的东西,我们很容易就会联想到瓷砖,几乎每家的厕所和厨房都会有瓷砖。我们也经常会看到正方形的瓷砖中间有一个上下左右对称的图案(如图12所示)。
图12 中间对称图形的瓷砖
我们把中间的小圆形转45度,然后每个小半圆和旁边的图形就能组合成新的图形,而这4个图形还是完全一样的,这样我们就又获得一种四等分正方形的方法(如图13所示)。
图13 瓷砖法四等分正方形1
中间的圆形可以转不同的角度,比如60度,这样就可以组合成无数个新的图形。中间的图形可以是正方形或者正八边形(如图14所示)。
图14 瓷砖法四等分正方形
中间的图形只要是上下左右对称的图形就行,四边形、八边形、十六边形或者其他对称图案等等,这样我们就得到了无数种四等分正方形的方法。
5 )十字旋转
我们发现连接对角线和分成4个小正方形的方法,都包含了一个十字,只是十字绕中心转得角度不同,那么如果十字转成其他角度,是不是也可以啊?
我们将十字旋转不同的角度,发现获得的四个小图形是完全相同的,那么十字旋转就可以是一种四等分正方形的方法(如图15所示)。
图15 十字旋转法四等分正方形
十字可以转成无数角度,所以我们就获得了无数种四等分正方形的方法。
6 )联想到对称
正方形是一个上下、左右完全对称的图形,那么我们是否可以利用正方形的中心点来解决四等分正方形问题呢?
我们通过正方形的中心向一边画1条曲线,然后这条曲线分别旋转90度,180度和270度,这样正方形就被分成了四份,并且是完全相同的四份(如图16所示)。
图16 中心对称法四等分正方形
我们可以从正方形中心向一条边随便的画一天任意形状的曲线,然后进行如上的旋转,就能四等分一个正方形,由于曲线是由无数种形状,我们也就有了无数种四等分正方形的方法。
7 )二分法+ 对称
我们也可以通过二分法和对称组合的方式来解决四等分正方形的问题。左边的长方形是上下、左右对称的,有一个中心点,我们通过中心点画一条到长方形一边的曲线,然后这条曲线绕中心点旋转180度,这样长方形就被分成了2部分,并且2部分是完全相同的(如图17所示)。
图17 二分法+ 对称四等分正方形
我们通过长方形的中心点,可以画无数种到一边的曲线,这样我们就有了无数种四等分正方形的方法。
8 )联想到马赛克
正方形也很容易联想到马赛克,马赛克是由无数小正方形组成的图形。小正方形也可以组合成各种图形(如图18所示)。
图18 马赛克
如果我们把正方形分成8×8=64个小正方形,然后我们再去研究如何组合(如图19所示)。
图19 分析64 个小正方形
四分之一的大正方形包含16个小正方形,这些小正方形可以组合成各种形状,另外三等分正方形也可以组合成一样的形状(如图20所示)。
图20 马赛克法四等分正方形
这样我们就有无数种四等分正方形的方法。因为以上的其他方法的1/4图形都是一个完整的图形,如果题目有这个隐含的要求,那么马赛克组合的方式是不可以的。
除了第八种马赛克组合的方法有争议外,其他的其中大方法每一种都能演化出无数种四等分正方形的方法。
我们可以使用一张思维导图来总结以上的四等分正方形的方法(如图20所示)。
图21 四等分正方形的思维导图
你都联想到了哪些四等分正方形的方法呢?
家里有老年人,在装修房间的过程中,尽量选择简洁的风格,而不需要过于复杂的装饰,那样会让老年人觉得有些眩晕,从而失去居住的欲望。灯的设置也不用复杂,能照亮就行,让人在睡眠中不至于过于兴奋,也更适宜休息。
可以用新中国的装修方式来装修,这个装修的最大特色就是复古,充满了魅力。这种装修的设计,更适合中年人的口味,居住在这里,会有一种很有韵味的味道。中国风格的房子最大的特色,就是都是木质的,与绿色完美的结合在一起。这种房子,可以让老人们有一种与现代息息相关的感觉,这种感觉,也是很多中年人喜欢的。
如果您希望有一个舒适舒适的客房,您可以选择简单型的老年人房。在老人们看来,简单的设计风格正日益得到了中年人的认同和重视。简单的房子在风格上或是造型上都很简单,没有什么华丽的装饰。这种回归自然,也是经历过大风大浪的一种回归自然的感觉,很符合他们的年纪。其实,越简单的物件,在细部的设计中,往往会显示出使用者的品位不够,因此老人们的卧室也可以采用这种设计。
在购买老人的家具时,要考虑到老人的居住特征,要选择有边角和设计的家具,要尽可能靠近墙壁。在选购家具的过程中,要特别注重其稳定度,避免出现安全隐患,配合简单的装修,想必老人家也会很爱。
老年人因为年龄原因,大多行动不便,所以房屋装修不能过于繁复,尽量以简洁为主。各空间的造型、陈设、装饰等,强调化繁为简,以实用为主,方便老年人的生活。总而言之,老年人居住的房屋,装修风格的选择上一定要多考虑他们的喜好与需求,室内陈设上也尽量以简驭繁,避免发生磕碰等危险。
首先,榫卯结构是榫和卯的结合,是木件之间多与少、高与低、长与短之间的巧妙组合,这种组合可有效地限制木件之间向各个方向的扭动。比如,用铁钉将两根木枨做T字型组合,竖枨与横枨很容易被扭曲而改变角度,而用榫卯结合,就不会被扭曲。在古时没有机械的情况下,也没有钉子的时候我们的老祖宗们所制作的家具能够使用数十年甚至是上百年其中就融汇了很高的智慧和技巧在里面,那就是采用了榫卯结构。榫卯结构是不会使用一根钉子的,它有很多的结合方式,牢固且美观。
榫卯sun mao 这种结果的家具倒是没想到,小时候家里穷没有什么像样的家具,也就种地的木质平板车上面用的比较多,也是请村里手工活好的木工师傅做的,用的也是比较久了八十年代前至九十年代初,家中的家具基本上都是榫卯结构,其作用牢固,经久耐用。可见当时技木工匠精湛!比如:木床,木橙,木柜子,大衣橱,风车,饭桌…
我在老家的时候,大队里组织了一个木工组,有十来个人,正好我有个亲戚也在那里,所以我有空就去玩,木工组里有的是刨花,木工师傅们就用来点火,烧水、熬胶,冬天也借以取暖。去的趟数多了榫卯结构是中国木匠制作家具的主要手法。它能很好地利用木头本身的性质将家具制造的结实耐用。比如八仙桌太师椅,圈椅罗汉床。等等。榫卯结构不仅用在日常的家具上,在很多木制建筑中也有很多的应用。比如常见的飞檐斗拱。
榫卯结构组合的家具比用铁钉连接的家具更加结实耐用。这种组合可有效地限制木件之间向各个方向的扭动。
榫卯结构早在7000年前就已经被我们的祖先应用在建筑中了,是世界建筑文明最伟大的发明之一,其由榫(凸出的部分)及卯(凹进的部分)相互咬合而成,靠摩擦力连接,用于中国建筑中柱、梁、枋、垫板、桁檩(桁架檩条)、斗拱、椽子、望板等基本构件的连接。
想要构建牢固的榫卯结构,需要认真的设计。不同的榫卯结构要做到完整统一,并能够“左右逢源,上下贯串”,也就是说,榫卯的设计要使建筑的应力尽可能均衡得施加到各部件。当然,这也是所有建筑设计都应遵循的原则。
榫卯结构在应对地震冲击方面具有一定优势。中国古建筑多为木建筑,榫与卯的结合可以有效限制木构件之间各自的扭动,相当于半固结半活绞的状态;榫卯结构能承受一定的弯矩,构件与构件之间有缝隙,可以吸收和消解能量;木材作为一种非均质的、各向异性的材料,表现出介于弹性体与非弹性体之间的粘弹性,当受到冲击时,也可以通过形变缓解载荷对构件的压力;当受到地震的垂直冲击波时,榫卯还可以通过“弹跳”来化解。这都使得以榫卯连接的建筑拥有不错的抗震性。山西应县佛宫寺释迦塔便是中国古代建筑抗震能力的杰出代表。
事实上,榫卯结构不仅在建筑中被大量应用,在家具中也非常常见。当然,除开榫卯结构,我们现在也有了许多新的连接方式,但榫卯结构仍然对我们的建筑设计具有重要意义。