古代土木工程有着很长的时间跨度,它大致从新石器时代(公元前5000年)开始至17世纪中期。随着年代的推移,古代土木工程具有代表性的有以下几个。
(1)中国黄河流域的仰韶文化遗址和西安半坡村遗址。仰韶文化(公元前5000—前3000年)是我国新石器时代的一种文化。1921年首次发现于河南渑池仰韶村,分布于黄河中下游流域,有残穴和平面为圆形、方形和多室联排呈矩形的地面建筑残迹(见图1-10)。西安半坡村遗址(公元前4800—前3600年,于1954年开始发掘)有很多圆形房屋的痕迹,经分析它们是直径为5~6m圆形房屋的土墙(见图1-11),墙内竖有木柱,支承着用茅草做成的屋面,茅草下有起龙骨作用的密排树枝。半坡村遗址中现仍有木柱底的残穴和一些地面建筑残迹。
图1-10 河南仰韶文化遗址
图1-11 西安半坡遗址
(2)埃及帝王陵墓建筑群——吉萨金字塔群(见图1-12)。其建于公元前27世纪,以古王国第四王朝法老胡夫的金字塔最大。胡夫金字塔(见图1-13)塔基呈方形,每边长230.5m,高约146m,用230多万块巨石砌成。塔内有甬道、石阶、墓室等。
图1-12 吉萨金字塔群
图1-13 胡夫金字塔
(3)中国长城。公元前7世纪的春秋时期,楚国开始建造绵延数百里的长城。秦统一中国后(公元前221年),将战国时期各国修筑的自卫长城连接起来,使其长约2500km。以后,汉朝、南北朝、隋朝直至明朝都大规模修筑长城。目前西起嘉峪关,东至山海关绵延8850km的长城,是明代遗留下来的。
(4)中国四川的都江堰。始建于战国时期秦昭王末年(公元前256—前251年)的四川都江堰大型引水枢纽(见图1-14),是世界历史上最长的无坝引水工程。此工程以灌溉为主,兼有防洪、水运、供水等多种功能,一直沿用至今。其规模之大、规划之周密、技术之合理,均为前所未有。
(5)土耳其的索菲亚大教堂(见图1-15)。公元532—537年建造于君士坦丁堡(今土耳其伊斯坦布尔)的索菲亚大教堂为砖砌穹顶(圆形球壳)。穹顶直径约33m,高约55m,支承在大跨砖拱和用巨石砌筑的巨型柱(截面约7m×10m)上。
(6)中国河北的赵州桥(见图1-16)。赵州桥又称安济桥,坐落在河北省赵县汶河上。其建于隋代大业年间(公元605—618年),由著名匠师李春设计和建造,距今已有约1400年的历史,是世界上现存最早、保存最完善的敞肩式单孔圆弧弓形石拱桥。赵州桥全长50.82m,桥面宽约10m,跨度37.02m,采用28条并列的石条砌成拱券。拱券矢高7.23m。拱上设有4个小拱,这些小拱既能减轻桥身自重,又便于排洪,且更显美观。该桥在材料使用、结构受力、艺术造型和经济上都达到极高成就。
图1-14 都江堰
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图1-15 土耳其的索菲亚大教堂
(7)中国山西应县木塔(图1-17)。应县木塔即佛宫寺释迦塔,建成于公元1056年,为八角形,塔高67.3m,底层直径30.27m。该塔共9层,其中8层是用3m左右长的木柱支顶重叠而成,为一内外两环柱网、用交圈的扶壁拱组成的双层套筒式结构。应县木塔是保存至今的唯一木塔,也是我国现存的最高木结构之一。它经多次大地震仍完整无损,足以证明我国历史上木结构的辉煌成就。
图1-16 赵州桥
图1-17 应县木塔
(8)中国的宫殿及庙宇建筑。中国历代封建王朝建造的大量宫殿和庙宇建筑都是木构架结构。木构架结构是用木梁、木柱做成承重骨架,用木质斗拱做成大挑檐,四壁墙体都是自承重隔断墙的一种结构(见图1-18)。
图1-18 报国寺
(9)西欧的教堂建筑。以意大利比萨大教堂(见图1-19)和法国巴黎圣母院(见图1-20)为代表的西欧教堂建筑,都采用了砖石拱券结构。
在这个历史时期,土木工程所用的材料最早只是当地的天然材料,如泥土、砾石、树干、树枝、竹、茅草、芦苇等。后来发展了土坯、石材、砖、瓦、木、青铜、铁、铅以及混合材料如草筋泥、混合土等。土木工程的工艺技术,最早只是利用石斧、石刀等简单工具,后来发展了斧、凿、钻、锯、铲等青铜和铁质工具,兴起了窑制和煅烧加工技术,以及打桩机、桅杆起重机等施工机械。工程上的分工也日益细致,分化为木工、瓦工、泥工、土工、窑工、雕工、石工、彩画工等。
但是,在这个历史时期内,除了有一些经验总结和形象描述土木工程的著作,如中国的《考工记》(公元前5世纪)、《营造法式》(公元1100年),意大利的《论建筑》(文艺复兴时期阿尔贝蒂著)外,土木工程缺乏理论上的依据和指导。
图1-19 意大利比萨大教堂
图1-20 法国巴黎圣母院
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