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“减柱造”是中国古代最伟大的力学发明

已有 1871 次阅读 2018-1-9 23:20 |系统分类:人文社科

读尤老师的力学文章《真是过犹不及啊》制图阐述


科学网—真是过犹不及啊 - 尤明庆的博文  http://blog.sciencenet.cn/home.php?mod=space&uid=275648&do=blog&id=1093752




引用尤老师文中的片段特此鸣谢:


校园内石凳160 cm似略有过长,减小为120 cm 即可坐入两人乃至三人;宽度和厚度可从35 cm、和9.5 cm减小为30 cm 8 cm,则石板重 78 kg。使用两个15 cm的支墩石板两端外挑即支墩内缩22.5 cm,则两人叠坐中部时石板承受的最大拉应力为0.70 MPa (计算时未考虑支墩宽度,即支墩中心距离60 cm 作为中部简支段长度 ),相当于实际最大值的42%如此设计,同等材料可制作两个石凳,且可靠性大大提而尺度、重量减小,加工、运输和安装都更为便利呢。




石墩里边位置15+22.5=37.5   石墩外边位置 120-22.5=92.5   两个里边的位置是60  两个支墩宽度中线在石板30厘米处

这几个数字大概都在2比3的范畴,北宋人比欧洲人早了解强度和刚度对材料的影响,因此定材比例多是二比三的范畴。2比3是比较好的,石板下的石墩向里挪到两侧都是2比3的地方,大概可以不用中间的石墩。材料的刚度强度最好的范围接近于2比3的范围。对于不会西洋力学的古人他们在材料横截面的处理上就喜欢2比3这个范畴,就是选“材”。材料的刚度强度最好的范围接近于2比3的范围。古代普通工匠不大会总结力学科学理论,他们知道选材、用料这个范畴。因此不大容易出现这类一个石凳放三个墩子的设计。



尤老师文中的图片特此鸣谢


在“减柱造”是中国古代最伟大的力学发明。深三间柱网中一般都减掉前1|3的那根柱子,2\3的空间用横梁取代,后人加些辅助的不成“材”的柱子支撑起不到很大作用。龙兴寺北宋末的转轮藏就是在接近柱网2|3处用斜梁的,为给重檐的转轮藏腾出空间。佛光寺辽代文殊殿也是减柱造,可见古人设计柱子和梁架枋网的用心。

2|3是材的比例在这个范围内刚度强度都比较好,因此符合这些比例的建筑材料比较耐久保存千年不倒塌、也不易开裂、断折。

开裂的一个原因与石头本身纹路裂隙有关,切石头的不注意裂隙下刀,石头容易从裂隙处断开。再有人坐的重量和地面不平等因素造成跷跷板的效果,与石头裂隙切割不当则更易断裂。

因此,“减柱造”是中国古代最伟大的力学发明之一。













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