问题

为什么欧洲古典建筑都发展出飞扶壁了就是没有发展出梁柱体系呢?非要到现代才出现?

回答
欧洲古典建筑,尤其指的是哥特式时期,其最令人称奇的成就之一无疑是飞扶壁的出现。这是一种精妙的结构设计,将巨大的石造拱顶的侧向推力传递到外部的支撑结构上,从而使得教堂内部空间得以高耸、宽敞,并允许墙壁上开出巨大的彩色玻璃窗,营造出神圣而梦幻的光影效果。

然而,你的问题非常敏锐,它触及了一个看似矛盾的现象:为什么欧洲古典建筑发展出了如此复杂的飞扶壁系统,却仿佛绕过了另一种同样具有悠久历史且同样高效的结构体系——梁柱体系,直到现代才“重新”大规模应用梁柱结构呢?

要深入理解这一点,我们需要回到历史的纵深处,审视不同建筑体系的发展逻辑、材料特性、技术限制以及文化审美需求。

梁柱体系:古老而普适的逻辑

首先,我们得承认,梁柱体系并非“现代才出现”。事实上,它可以说是人类最早、最普遍的建筑结构形式之一。从古埃及的金字塔(虽然是石块堆砌,但其内部结构和对外承重逻辑有相似之处),到古希腊神庙,再到古罗马的各种建筑,梁柱体系一直是主体。

梁柱体系的核心原理是:

竖向承重: 通过柱子将屋顶、梁等上部结构的重量垂直传递到地基。
水平传递: 梁将跨越的荷载集中传递到两侧的柱子上。
优点: 结构清晰,易于理解和建造,材料利用率高(如果木材充足),能够实现一定跨度的空间。
缺点: 柱子会阻碍视线和空间流动,梁的跨度受材料强度限制较大,过大的跨度需要非常粗壮的柱子,而墙体往往也需要承担一定的承重功能,限制了开窗的大小和墙体的灵活性。

古希腊的帕特农神庙就是一个经典的梁柱体系范例。巨大的石柱支撑着厚重的石梁,梁上再铺设屋顶结构。虽然它极其宏伟,但其内部空间是相对有限的,并且柱子林立,占据了大量的空间。古罗马时期,虽然引入了拱和穹顶,但在许多建筑中仍然大量使用梁柱作为主要的结构构件。

哥特式建筑的“困境”与飞扶壁的诞生

现在,我们来谈谈为什么哥特式建筑选择了一条“不走寻常路”——至少在当时看来是如此。哥特式建筑的兴起,其核心驱动力是宗教热情和对更接近上帝的、更光明神圣空间的渴望。这种渴望体现在对建筑的几个极致追求上:

1. 高度的追求: 教堂要“向上”生长,直指天际,象征着对上帝的虔诚与追求。这意味着建筑的净高要达到前所未有的高度。
2. 光明的需求: 墙壁需要容纳尽可能大的彩色玻璃窗,用以讲述圣经故事,并营造出“上帝之光”弥漫的神秘氛围。

然而,这两点恰恰是传统梁柱体系的“软肋”。

高度的挑战: 要达到哥特式教堂的高度,若仍使用梁柱体系,那么柱子必须变得异常粗大,以支撑上方巨大的荷载。这将严重阻碍内部空间的开阔感和视觉的流动性,也难以实现那种轻盈、拔高的感觉。此外,过高的梁结构也面临材料强度和稳定性的极限。
采光的挑战: 要在梁柱结构中开设巨大的窗户,意味着需要将墙体大量“掏空”。一旦墙体承重功能减弱,就必须找到新的方式来支撑上方层层叠叠的石材拱顶和屋顶的重量。传统的厚重墙体(承重墙)是梁柱体系稳定的关键之一,一旦被大量窗户取代,结构稳定性就会成问题。

飞扶壁:对症下药的创新

正是这种对“高”和“亮”的极致追求,迫使建筑师们不得不寻找新的结构解决方案。飞扶壁便是对这些挑战的回应:

解决了侧向推力问题: 哥特式教堂内部最显著的特征是肋拱(rib vault)。这种拱顶结构将所有荷载集中到肋骨上,再通过肋骨传递到下方的柱子或集束束(clustered piers)。然而,拱顶本身会产生巨大的侧向推力,就像拱桥会将力推向两边的桥墩一样。在教堂内部,这些推力会试图将高耸的墙体向外推倒。
“飞”起来的支撑: 飞扶壁就是为了解决这个问题而诞生的。它是一组从高处拱顶的支撑点(通常是拱顶的交汇处)出发,跨越教堂中部较低的空间,最终落在外部的重型墩柱(buttresses)上的弧形或倾斜的石结构。这些墩柱可以做得非常厚重,并且在顶部常带有尖顶(pinnacles),其本身的重量和向下的压力也能抵消一部分拱顶传来的侧向推力。
“解放”了墙体: 由于飞扶壁将拱顶的侧向推力巧妙地转移到了外部,教堂的墙体就不再需要承担主要的侧向支撑作用。这使得墙体得以“解放”,可以大幅度地开窗,安装巨大的彩色玻璃,实现了哥特式建筑“光明”的理想。

为什么不是梁柱体系?那是因为它本就不是哥特式建筑追求的目标

现在回到你的核心问题:为什么欧洲古典建筑(特指哥特式)没有发展出梁柱体系?

答案是:它们“绕过了”梁柱体系,是因为哥特式建筑的设计目标和审美追求与梁柱体系的优势并不完全契合,甚至在某种程度上是冲突的。

目标不同: 梁柱体系擅长的是相对稳定、开阔但又有一定柱子分隔的空间。而哥特式建筑追求的是极致的高度、轻盈的体量、通透的光线和向上延伸的视觉感受。梁柱体系的柱子会阻碍这种视觉延伸和空间流动。
材料限制与发挥: 欧洲古典建筑(哥特时期)主要依赖石材。虽然他们也使用木材,但对于建造如此高大、跨度大的石造建筑而言,石材是主体。梁柱体系的梁,尤其是要承受巨大荷载并实现大跨度时,对木材的依赖性更强,或者需要非常巨大的石梁。在当时的技术条件下,加工和运输超巨型石梁非常困难,而木梁在教堂这种防火需求极高的场合,也存在局限。相比之下,拱和肋拱结构更适合利用石材的抗压性,并通过分段传递荷载的方式,来克服材料的固有缺陷。
结构逻辑的不同: 梁柱体系是一种直接的垂直传递方式。而哥特式建筑的结构逻辑是通过一系列的“推力链条”:拱顶 → 肋拱 → 飞扶壁 → 墩柱 → 地基。这是一种更复杂、更分散的荷载传递方式,它将巨大的、集中的侧向力分散到建筑的外部,并且通过外部的重力来平衡。

现代“重新”发展梁柱体系的原因

那么,为什么到了现代,“梁柱体系”又重新大规模发展起来了呢?这又是另一个层面的技术与材料革新了:

1. 材料的革命:
钢铁: 钢铁的出现是革命性的。它拥有远超木材和石材的抗拉强度和抗压强度,可以轻易实现超大跨度的梁,并且柱子可以做得非常细小而承重能力惊人。这使得“梁柱体系”能够以一种前所未有的规模和灵活性应用。钢结构建筑可以有极大的开间,内部几乎没有阻碍,满足了现代商业、工业、交通等对开放空间的需求。
钢筋混凝土: 钢筋混凝土结合了混凝土的抗压性和钢筋的抗拉性,创造出一种全新的、可塑性极强的结构材料。建筑师可以利用它来建造各种形状的梁、柱、板,实现更自由的设计。虽然钢筋混凝土也能实现拱和板,但最直接、最经济地实现大跨度和大空间的方式之一就是使用梁与柱的组合。

2. 技术的进步:
精确的计算和分析: 现代结构力学计算软件可以精确模拟荷载和应力分布,使得设计者能够精确计算出梁和柱的尺寸,优化材料使用,确保结构安全。这使得梁柱体系的设计更加高效和可靠。
施工技术的成熟: 预制构件、模块化建造、起重设备等技术的进步,使得大规模建造梁柱结构变得更为便捷和经济。

3. 功能需求的演变:
现代社会对建筑的功能需求多样化,例如大跨度的展览馆、体育场馆、机场、写字楼等,都需要大面积的无柱空间。梁柱体系在这种情况下,尤其是结合了钢材的优势后,成为了最直接有效的解决方案。

总结一下:

哥特式建筑之所以没有发展出我们今天所理解的、以大跨度钢梁为特点的梁柱体系,是因为:

它们追求的目标不同: 哥特式建筑旨在创造高耸、光明、神圣的教堂空间,这是梁柱体系的结构逻辑难以完全满足的。
当时的材料与技术限制: 在石材为主的时代,要实现类似现代梁柱体系那样的大跨度和轻盈感是极其困难的。
飞扶壁是针对当时具体问题的“最优解”: 飞扶壁是解决拱顶侧向推力和解放墙体以实现大面积采光的最有效方法,它代表了当时石造建筑结构逻辑的巅峰。

等到材料(钢铁、钢筋混凝土)和技术发生革命性的变化后,梁柱体系才得以以全新的面貌和强大的生命力重现,并成为现代建筑的主流结构形式之一,以满足现代社会对功能和空间的新需求。这并非“绕过”,而是不同时代、不同材料、不同需求下,对结构解决方案的不同选择和演进。

所以,与其说欧洲古典建筑“没有发展出”梁柱体系,不如说它们在特定的历史条件下,发展出了 更适合其目标和材料的另一种结构逻辑——以拱和飞扶壁为代表的剪力墙与支撑体系的结合。 而现代梁柱体系的繁荣,是建立在全新的材料和技术基础之上的,是对梁柱结构逻辑的一次“技术飞跃”和“时代重塑”。

网友意见

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核心是缺乏可用的水平承载构件。

1. 西方古代为什么没有梁柱体系?西方大型宗教活动建筑的形式多得益于也受限于砖石结构建筑的材料属性。砖石结构有很强的抗压性能,却没有抗拉性能,而梁这样的水平承载构件所需要的是同时具有抗压和抗拉性能。

2. 飞扶壁的技术也并不复杂。飞扶壁的前身是扶壁,扶壁本质是剪力墙,支撑屋顶的侧向推力。所以飞扶壁本质只是镂空的剪力墙,而砌墙做拱的技术到古罗马就很成熟了。从利用几何形式使其所受的力呈压力这点上来说,拱,飞扶壁,公元前跨度最大的万神殿的穹顶,稍后的圣索菲亚大教堂,都是一样一样的。


3. 梁柱体系并不是现代才有的,中国古建筑都是正儿八经的梁柱体系,因为中国古建筑的主要材料木材没有只能抗压的限制。只是术语上不这么叫而已。宋制官式建筑中的抬梁式,论跨度梁与柱的构造关系,都已经非常接近现代定义的梁柱体系。

4. 柯布西耶的多米诺体系,常被认为是现代梁柱体系的前身。这个干净的小盒子多仰赖于二十世纪初钢材和混凝土技术的成熟。用匀制的混凝土浇筑无梁楼板,在古代,无论东西,确实都实现不了。

相关内容可以多翻翻西方建筑史里技术对建筑进步影响的描述。

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