中国古代和近代建筑中的铁构件和铁结构

如果您需要使用本文档，请点击下载按钮下载!中国古代和近代建筑中的铁构件和铁结构一、铁在中国的发展丹麦学者汤姆逊按照生产工具材质将人类古代历史划分为石器时代、青铜时代和铁器时代，是为“三期说”。铁是银白色金属。纯铁有很强的铁磁性，并有良好的延展性、可塑性和导热性，易氧化。铁是地球上分布最广的金属元素之一，在地壳中含量为4.75%，居元素分布序列中第4位，仅次于痒、硅、铝。地壳中有300多种含铁矿物。含铁的产品分为，纯铁，又称熟铁，一般是碳含量小于0.0218%的铁碳合金；钢，是碳含量在0.02%2%的铁碳合金；生铁，又称铸铁，是碳含量在2.11%6.69%的铁碳合金。生铁又可分为白口生铁、麻口生铁和灰口生铁三种。冶铁技术开始于小亚细亚，中国冶铁技术的起始约在公元前10世纪，比西方的一些地区晚，但后来居上，掌握块炼铁技术不久便发明了生铁与生铁制钢技术。我国古代建筑主要以生铁为主。中国是世界上最早发明生铁冶铸技术的国家，至迟在公元前6世纪的春秋晚期，中国人民已经能冶铸白口生铁，用来铸造铁器，使得铁的生产率有很大的提高，铁器的应用逐渐推广。这一发明比欧洲各国早一千九百多年。中国又是世界上最早发明生铁柔化技术的国家，至迟在公元前5世纪的春秋、战国之际，中国人民已经能够把又硬又脆的白口生铁加以柔化处理，使之变为可铸造铁。这项发明比西方早两千三百年。到战国中期我国已能铸造麻口生铁，到西汉中期又进一步能够锻造低硅的灰口生铁。在生铁铸造技术发明之后，很早就把炼铁和化铁分工。早在战国时期已有化铁炉，专门用来熔化铁料和浇铸铁器。汉代是我国封建社会前期冶铁技术发展的一个高峰时期，不但铸铁技术有重大发展，铸造铁器也有飞跃进步。这时已能铸造大型的薄壁铁器，铁斧有直径达2米左右。同时铸造较小器物，已采用叠铸技术，把同一规格的具有多件范腔的铸范，多层叠装，通过一个浇注系统加以浇铸。汉代铸铁技术达到了成熟阶段，已能生产白口生铁、麻口生铁、灰口生铁以及白心、黑心可锻铸铁。封建社会后期的炼铁技术，在前期成熟的基础上有着一定的发展。宋、元时代炼铁和化铁用的高炉，炉型结构有了改进，多数炉口逐渐向上缩小，炉壁上部内倾，这是为了减少热量散失和充分利用还原气体，并便于炉料顺利下降，从而加速还原、熔化过程。明代炼铁技术又有进步，一般高炉可投入铁砂2000多斤，使用两个风箱从左右两侧鼓风，并使用熔点很低的溶剂，可以炼出优质的生铁。二、铁结构1.铁桥1.1 兰津桥如果您需要使用本文档，请点击下载按钮下载!公元65年，也就是汉明帝时代，我国已成功地用锻铁为环，相扣成链，建成了世界上最早的铁链悬桥兰津桥。后来为了便利交通，跨越深谷，又陆续建造了数十座铁链桥。其中跨度最大的为1705年建成的四川泸定大渡河桥，桥宽2.8米，跨长100米。欧美国家中最早将铁作为建筑材料的英国，也是直到1840年以前，才采用铸铁来建造拱桥。我国古代的铁索桥主要有铁索桥和铁锁浮桥两大类。最早的铁锁浮桥出现于东汉初年，公孙述为了防止汉军的进攻依江而建浮桥。中国古代铁索桥出现与两汉、繁荣于明清。最初是用于军事防御，用来封锁长江航道。这一时期铁索桥的代表有：陕西褒城樊河桥、云南景东兰津桥；铁锁浮桥有湖北西陵峡铁锁浮桥、湖北荆门虎牙浮桥等。又来在唐至元代，铁索桥在建造的技术和使用方面都得到了飞速发展。铁锁浮桥被大量用于长江和黄河河道的防御。明清时期，铁索桥的发展相对较快。西部云、贵、川、藏四省的铁索桥的数量飞速增加，占据了中国古代铁索桥分布的最主要部分。12 黄河铁桥兰州黄河铁桥有“天下黄河第一桥”之称，这是黄河上第一座钢铁构造的大桥，它在兰州地区的交通运输上起了极其重要的作用。黄河铁桥建于宣统元年，由清政府花巨资从德国买进材料，整个造桥过程完全由德国控制。铁桥建成之前，这里设有浮桥横渡黄河。浮桥始建于明洪武年间（公元一三六八至一三九八年），名叫镇远桥，今尚存建桥所用铁柱一根高达三米，重约数吨，上有洪武九年字样.，桥建成后共厚50米，外由加厚铁托板托起。黄河铁桥也代表了中国近代的建筑状况，大批有着外国技术的建筑物在中国制造，而我国自己的技术发展却几乎为零，一方面受到列强的压迫没有发展的能力和空间，另一方面清政府的盲目自大造成了中国技术的停滞不前。如果您需要使用本文档，请点击下载按钮下载!2.铁塔2.1 天枢古罗马时期，图拉真皇帝建记功柱来纪念战争胜利。武则天建造的天枢，也是一种的记功柱。宋朝司马光著的资治通鉴对天枢的记载比较简单：天册万岁元年（公元695年）4月天枢建造完成。高105尺，径12尺（合唐尺为高31.71米，径3.624米），柱为八角形。下为铁山，周长170尺（51.34米），用铜做的蟠龙、麒麟围绕着这座铁山。铜柱顶是直径3丈（9.06米）的腾云承露盘，上面有四条立龙捧着一轮火珠，高一丈（3.02米）。唐代刘肃于元和丁亥撰写的大唐新语中的记载更加详尽。武则天于长寿三年（公元694年）征天下铜50万斤，铁330余万斤，钱两万七千贯，于定鼎门内铸八棱铜柱，高90尺（27。18米），径一丈二尺（3。624米），题为“大周万国述德天枢”。天枢下置铁山，铜龙负载，狮子、麒麟围绕，上有云盖，盖上施盘龙以托火珠，珠高一丈（3。02米）。刘肃形容龙托火珠是“金彩荧煌，光侔日月”。武则天天枢与图拉真记功柱比起来体量接近，图拉真记功柱是石砌，天枢为铜、铁铸成，各有千秋。但能用大量的铜、铁作天枢说明唐代中国的铜铁冶炼的技术和规模都相当惊人。2.2 当阳铁塔当阳铁塔建于北宋嘉佑六年，总高179米。现存于湖北当阳玉泉寺。塔共13层，仿木结构楼阁式，平面八角形，属古代最高铁塔。塔座为双层须弥座，台座八角各铸托塔力士8尊。塔身在相对的四面各设一莲瓣形门龛，另四面铸浮雕佛像。塔身第2层东南西北四面，分别铸有塔名、塔重、铸塔时间和工匠姓名。据称塔重53.3吨，又有一说为用铁38600千克。全塔共由44件构件逐层铸造叠装组成，亦即每铸一层，在陶范之外堆砌平台，上置熔铁炉若干，同时鼓风溶化浇注，然后再铸上面一层，最后拔除塔四周平台和陶范而得铁塔。古代用此就地铸造的方法以克服无法运输吊装的难题。如果您需要使用本文档，请点击下载按钮下载!2.3 千佛铁塔千佛铁塔位于陕西省咸阳市之北杜镇。塔身有铭文：“大明万历十八年（公元1590年）南书房行走太监杜茂铸造”。纯铁铸成，平面方形，十层，高33米，边宽3米，层层有窗，门南向，中空有梯可攀登。四角柱铸成金刚力士像，顶立层楼，各层环周铸铁佛多尊，故名“千佛塔”，佛像间还夹杂奇花异草、珍禽怪兽，更显得工艺超群，精巧绝伦。今塔身保存完好，唯塔刹稍有倾斜。此塔为我国现存铁塔中最高的一座。三、铁构件我国的古建筑主要以木材为原料建造而成，千百年来，它们能历经各种自然灾害而完整保存下来，这与木材良好的抗弯，抗压，及抗震性能密切相关。然而，由于木材又有徐变大，弹性模量低，易老化变形等缺点，这使得外力作用下的古建筑易产生各种破坏。铁件材料由于具有体积小，强度高等有点，因而自古以来便成为古建筑木结构加固的重要手段。1.铁箍主要用于梁，柱加固。柱子长期受上部荷载，将产生过大裂缝，对此采取的加固技术为：对于开裂的柱子直接用扁铁包裹，然后用铆钉固定；古建工艺称之为墩借。对于梁而言，梁开裂时，也用铁箍对梁身进行包裹，然后用铆钉固定，用铁箍的核心约束作用来提高构件的强度和刚度。 2.铁片主要用于榫卯节点加固。对于用于梁柱连接的燕尾榫节点，通常采用厚约515mm的铁片连接，然后用铆钉固定。对于半榫节点，由于柱的卯口完全被贯穿，且插入的榫头为可以容易拔榫的直榫形式，因而用520mm厚的铁片从卯口上下端分别拉结榫头，然后用铆钉固定。如果您需要使用本文档，请点击下载按钮下载! 燕尾榫节点加固 半榫节点过河拉扯做法3.铁钩主要用于顶棚及藻井爬梁加固。古建筑顶棚一般由帽儿梁，小龙骨和天花板组成，帽儿梁为顶棚主要承重构件一般帽儿梁的两端采用铁钩加固，铁钩的一端固定在帽儿梁上，另一端固定在与帽儿梁连接的承重梁上，方式为：铁钩端头削尖直接钉入构件，或端头打卯孔再用铆钉固定在构件上，通过铁钩端头或铆钉约束力来提供部分抗剪承载力。 4.铁钉铁钉主要包括固定角量的穿钉，固定山花板的蘑菇钉，固定连檐，椽子的镊头钉，用于墙板连接的两尖钉等，主要用于小型构件的拉结，方法为：用铁钉将这些小型构件进行拉结，铁钉承担部分拉，压，弯，剪力。铁件加固技术虽然可以在一定程度上提高古建筑结构的刚度和强度，但也存在一定的问题如锈蚀，破坏木结构和不可逆性等，在之后的发展中逐渐改造或淘汰，通过其他材料代替及合理的加固方式变换等方法使得构件更好的作用于房屋建筑之中。参考书目1.试论中国古代的铁索桥思想2008年第6期 陈果2.当阳铁塔中国古代著名铸铁建筑谭德睿3.艺术铸造特种铸造及有色合金2011年第31卷第1期4.兰州黄河铁桥研究述评牡丹江大学学报第22卷第4期如果您需要使用本文档，请点击下载按钮下载! （注：可编辑下载，若有不当之处，请指正，谢谢!）