中国古代木结构

中国古代木结构 Zhongguo gudai mujiegou 中国古代木结构 Chinese ancient timber structure 木结构是中国古代建筑的主要结构类型和重要特征。自上古时期出现了“巢” 与“穴”两种原始的居住形式时开始，即产生了木结构的原始雏型。文献中关于 上古时期“构木为巢 ”的记述，无疑是对木结构萌芽状态的描述。就穴居来说,袋 状竖穴的穴口,也必然要采用树木的枝干和草木支条编扎而成的支撑结构和覆盖 结构。从而发展演变成建造在地面上的各类建筑，并形成了独特的中国木结构 体系。 经考古发掘证实，早在新石器时期的母系氏族社会中，黄河流域、长江流域 的广大地区已发现有相当规模的氏族聚落的建筑群，从陕西省西安市半坡村遗 址和近年发掘出的浙江省余姚县河姆渡遗址中，可以看出，当时木结构建筑已 具有相当的规模和水平。河姆渡遗址发现的建筑木构件，证实中国的祖先很早 就已掌握了完善的榫卯连接技术，也说明木结构在此之前已经历了很长的使用 和发展过程。 中国古代木结构大体上可分为抬梁式、穿斗式、井干式三种类型。其中抬梁 式结构应用较广，穿斗式次之，井干式结构多应用于产木材地区。 抬梁式木结构 主要是沿建筑进深方向前后立柱，柱端架梁；梁上立瓜柱 （即短柱，因有做成瓜形的，所以称瓜柱），瓜柱上再架梁；再立瓜柱、架 梁；层层叠垛而成。梁的长度，自下而上，逐层缩短。在最上一梁的中部， 立脊瓜柱。两梁间高度按照一定规律，自上而下逐层递减（即宋朝的举折）或 自下而上递增（即清朝的举架），从而形成了古建筑屋面具有的优美柔和的曲 线（图 1 抬梁式木结构 ）。用这种方法组成的房架，每组称为一缝，在平行排列的两缝房架间每层梁 的端头及脊瓜柱顶上架设檩木，联成为一个整体，再于檩与檩之间铺钉椽条望 板，以承托瓦面。两缝房架即四柱之间所组成的空间，就是古建筑的基本单元 间。由平行排列的三缝房架,组成两间;四缝组成三间。一座古建筑一般 由 3、5、7、9 等单数开间组成。一缝房架叠梁层数，则取决于建筑的规模和进 深的大小。 抬梁式房架因受木材长度、采运条件及受力性能的限制，进深不可能做得太 大。为了满足更大空间的使用要求,在上述基本房架的基础上,用插金梁或勾连搭 加大建筑物的进深。插金梁是在基本房架的前后柱以外，另立较短的柱子，上 置插金梁，梁头放在外排柱头上，梁尾插入基本房架的柱身。插金梁也可层层 叠起，以加大进深。勾连搭是把二组、三组以至更多组房架沿进深方向连接成 为一缝房架,连接处两组房架共用一根立柱,因而称勾连搭。 抬梁式木结构中的梁承受由上层传递的集中荷载而形成受弯构件，荷载自脊 部向下逐层递增，梁的截面也随荷载的增加而逐层加大。在早期实物中，梁截 面常采用 2:13:2 的高宽比。唐朝建中三年 (782 年)建造的南禅寺，在上下梁 端间加置斜撑杆，称托脚。它将上层梁端传来的部分垂直力化为水平分力，使 下层梁产生一定的拉应力，减少了下层梁的弯曲应力，是一种比较科学、合理 的结构；但这种结构到明、清时已很少使用。柱是承受垂直荷载的受压杆件； 在早期实物中，多将一座建筑四周柱子的柱头略向中心倾斜，称侧脚；并沿外 墙自中心向四角将柱子加高，称为升起。这两种措施使建筑结构重心向内微倾, 使各个榫卯节点更加紧密牢固,从而提高了结构的整体稳定性。明朝以后侧脚渐 渐减少，升起也很少见到。 抬梁式木结构的建筑平面除布置成长方形外，还可根据用途和建筑艺术要求 布置成正方、六角、八角、圆形、十字形等多种平面形式。 抬梁式建筑的屋顶重量是由檩传递给梁，由梁传递于立柱，通过立柱传递于 基础。建筑物的墙体，仅起间隔或围护的作用，而不是承重结构，即所谓墙倒 屋不塌。但墙体对于建筑物的整体刚度还是起着一定的作用。 穿斗式木结构 在中国南方各地的建筑中用得较多。它的基本组成构件是柱 与穿枋（也称穿）。穿斗式木结构是沿建筑进深方向立柱,柱头直接承檩（图 2 穿斗式木结构 ）。它与抬梁式木结构的主要区 别在于：柱头直接承檩，无须通过梁传递荷载，故比抬梁式承载力高；落 地柱较多,柱距较密;一缝房架中柱与柱之间由贯穿柱身的穿枋联成一个整体。 穿斗式木结构的立柱，沿进深方向自前后向中心（脊部）逐渐增高，以构成与 抬梁式木结构相似的曲线形屋面。在穿斗式木结构中，由于立柱所承受的荷载 远比抬梁式结构的立柱小，因而柱径也相应缩小，这就发挥了小直径木料的作 用，不仅用料经济而且体态也比较轻盈。但柱径的缩小加大了柱的长细比，所 以沿柱身要设置层层穿枋，并借助平行于檩下的牵子和上面铺装的阁板，保证 柱的轴向稳定。因穿枋主要是起联系的作用，所以本身尺寸都不大。穿斗式结 构也是在两缝房架之间，安设檩条组成间。它的不足之处是用料纤细，难于承 受厚重屋面的荷载，因而在中国北方很少使用。更因落地柱较多，难于构成较 大的完整空间。为此，在中国南方可以看到另一种做法，即在同一座建筑中， 中间用抬梁式结构，两端用穿斗式结构，以满足较大室内空间的要求。 井干式木结构 用原木（或方木）叠垛而成的结构，大多将原木经简单加工， 纵横叠垛，形成一个矩形空间。这种结构形式不仅在中国有，在森林资源丰富 的国家也可见到。中国早在距今三千多年的商朝墓葬中就发现有井干式木椁 （即套棺）的使用，云南一带发现的汉代器物纹饰中，也可见到这种结构形式。 据记载，汉武帝时在宫苑中曾建有高大的井干楼：“襻井干而未半，目旋转而意 迷”的描述，说明井干式结构在中国有不少于三千年的使用历史，直到今天，在 产木地区仍有使用。 中国古代木结构除广泛用在宫殿、庙宇、民居等各种低层建筑外，还用来建 造多层或高层的崇楼巨阁。早在春秋时已有重屋的建造，在出土文物中战国时 期的铜器上可以看到不少雕刻有二层、三层的建筑图案。秦、汉朝以来多层楼 阁有所增加，北朝时期楼阁式木塔的建造，盛极一时，其中最著名的是北魏熙 平年间建造的洛阳永宁寺塔。据洛阳伽蓝记载：“寺中有九层浮图一所，架 木为之，举高九十丈，有刹，复高十丈，合去地一千尺，去京师百里已遥见之。 ”而在水经注 及魏书 中，对这座塔的高度都记为四十余丈，实际当时的 四十丈即已超过 100 米，足以证明 6 世纪初，中国在高层木结构方面所取得的 卓越成就。可惜此塔建成不久，即焚于火。现存高层木结构实物，当以山西省 应县佛宫寺释迦塔（见彩图佛宫寺释迦塔（应县木塔），是中国古代木结构， 位于山西应县,建于 1056 年 及图 3释迦塔 结构 ）（习称应县木塔）为代表，塔身外观五层，内有四 个暗层，共为九层，高 67 米余，平面呈八角形，建于辽朝清宁二年（1056 年） ，结构采用内外两圈木柱网，每层用梁、坊、斗 组成平面网架，层层重叠而 成，坚固异常，自建成至今，已有 900 余年,并经历多次地震的考验，仍巍然屹 立。 在中国古代木结构中，斗 的使用和构件间连接的榫卯构造是十分独特精巧 的。 斗 是“ 斗” 与“ ”的统称，多用于梁、柱、檩等构件汇集处，以及檩枋之 间，是中国古代建筑特有的木构件（图 4斗 1 额枋 2 平板枋 3 坐斗 4 5 桁 1 额枋 2 平板枋 3 坐斗 4 5 桁“ class=image6 盖斗板 ），其功能主要为:通 过斗 扩大节点处构件的接触面，改善节点受力情况，缩短所承托构件的净跨。 通过斗 的层层出挑，以支承建筑物的深远出檐。斗 创始的确切年代虽不 可考，但在距今 3000 多年前的西周时期铸造的“令 ”上已有斗的形象，东汉至 三国时期斗 已发展得相当成熟，被广泛使用，并成为古代建筑向“模数制” 、 “标准化”发展的雏型。唐宋以来斗 已成为建筑物的基本度量单位。斗 在初 期主要是为了满足功能的需要，如天津市蓟县独乐寺观音阁（见彩图独乐寺观 音阁，是中国古代木结构，位于天津市蓟县,建于 984 年 ）等建筑。后来又把功能与艺术 巧妙地融为一体，成为中国古代木结构的特点之一。明朝以后斗 逐渐向纤巧 发展，因而在功能上有一定的减弱，而突出了装饰方面的效果。 榫 卯 中国木结构的杆件,主要依靠榫卯连接（图 5榫卯 ） ，诸