中国古代的木结构建筑体系

中华文明源远流长,是世界上延续时间最为久远的文明,并且在很长的时期内形成了较为稳定的大一统状态。中国传统建筑同样历史悠久,在很长的一段历史时期内都使用以木结构为主、土木砖石相结合的营造方式,形成了世界上独树一帜的建筑传统。其中,木结构是我国传统建筑最主要的特征之一。

在五行学说中,木属东方,是生气所在,而木材又分布广泛、资源丰富、易于加工,具有良好的力学性能,因而成为我国传统建筑最主要的材料。能工巧匠们通过世代传承,形成了完善的木构建筑建造体系,是我国传统建造智慧的集中体现。

中国古代的木结构建筑体系  第1张

灵活的空间与功能

我国传统木构建筑的一个特点,是空间使用十分灵活,从宫殿、坛庙、寺观到园林、民居都普遍使用木结构、坡屋顶的形式。

这种超越功能类型的空间特征,与我国建筑结构极强的适应性有关。我国传统建筑的木结构主要有抬梁、穿斗两种类型。抬梁式木构架是沿着房屋的进深方向立柱,柱上架梁,再在梁上重叠数层瓜柱和梁,最上层梁上立脊瓜柱,构成一组木构架;穿斗式木构架也是沿着房屋进深方向立柱,但柱距较密,柱直接承檩,同时以数层“穿”贯通各柱,组成构架。平行的两组木构架之间用横向的檩枋连接,檩上架椽,承载屋顶,两组木构架形成的空间称为“间”。若干组木构架之间相互联系,形成房屋整体构架。

在这样的结构体系下,房屋的墙体无需承重,可以采用轻质的材料,房屋内部可以自由地分隔空间,门窗的开设也限制很少。因此,通过建筑室内的灵活布局以及建筑之间的组合布局、形成不同规模与形式的庭院。我国传统的木构建筑就可以作为住宅、书院、府衙、坛庙、宫殿等多种功能来使用。此外,由于围护结构的自由性,房屋建筑改动起来也比较方便,如果使用需求发生变化,可以通过改变建筑空间的分隔与联系使其适应不同的功能,十分灵活。

中国古代的木结构建筑体系  第2张

高度标准化与模数化

我国的传统建筑以木结构为主,这种结构的一个特点和发展方向就是模数化和标准化。我国的木构建筑从原始社会时期萌芽,从奴隶社会时期逐步发展起来,到隋唐五代时期已经高度发达。今天留存的佛光寺东大殿、南禅寺大殿等木构建筑,尽管只是中小规模的建筑,不能完全代表唐代建筑的最高水平,但其结构体系的整体强度和稳定性、合理的斗拱体系、屋顶“举折”做法的成型,已经展示出了唐代木构技术发展的成熟程度。

木构建筑体系模数化、标准化的特点,在北宋时期达到了一个高峰,其标志是《营造法式》的刊行。《营造法式》刊行的背景,与当时工程建设急需反腐倡廉的背景有关。北宋建国以后百余年间,大兴土木,宫殿、衙署、庙宇的建造此起彼伏,造型豪华铺张,负责工程的大小官吏贪污成风,致使国库无法应付浩大的开支。因而,建筑的各种设计标准、规范和有关材料、施工定额、指标急待制定,以明确房屋建筑的等级制度、建筑的艺术形式及严格的料例功限以杜防贪污盗窃。在这样的背景下,北宋元祐六年(1091年)曾经颁布一版《法式》,俗称元祐法式,但是因为其中的制度规定得比较死,没有变通的余地,没流行开。20多年后,即北宋崇宁二年(1103年),又颁布了一版《法式》并全国发行,就是我们现在通常所谈的由李诫主持修编的《营造法式》。

《营造法式》全书共34卷、357篇、3555条,详细规定了各种建筑施工设计、用料、结构、比例等方面的要求,是当时建筑设计与施工经验的集合与总结。这是世界历史上最早公开发行的建筑书籍,反映了当时技术水平的高度和精密程度以及对建筑生产管理的严密程度。从技术上看,其最有意义的就是提出了以材为祖的模数制度:“凡构屋之制,皆以材为祖,材有八等,度屋之大小,因而用之”;“各以其材之广,分为十五分,以十分为其厚。凡屋宇之高深,名物之短长,曲直举折之势,规矩绳墨之宜,皆以所用材之分,以为制度焉”。其中,“屋宇之高深”指的是整体的模数化,“名物之短长”指的则是构件的模数化,这两个层次就构成了完整的建筑模数体系,成为建筑标准化思想的鼻祖。

灵巧的榫卯连接方式

我国的传统木构建筑素有“墙倒屋不塌”的说法,对于地震等外力具有良好的抵抗性能。而这种良好的力学性能,很大程度上要归功于木结构中灵巧的连接方式——榫卯。

如果说钢筋混凝土框架结构中的节点,是“宁折不弯”的刚节点,木框架结构中的节点则是“亦刚亦柔”的灵活有机的节点。木结构中的构件之间通常使用榫卯、楔子与胶结合连接,在承受常规范围的荷载时,表现为刚节点。而当荷载超过一定的范围后,节点的性能又会发生改变:一方面胶会被撕裂,一方面楔子会由于榫卯挤压变形而松动、形成间隙,于是榫卯节点就具有了一定的灵活性,表现出铰节点的特征。当木构建筑遭受到地震、大风等外力时,其结构就可以通过节点性能的变化吸收和缓冲一部分外力,加上木材本身也具有良好的韧性,使得整体构架能在外力冲击面前仍然保持稳定、屹立不倒,达到“以柔克刚”的效果,这不可不谓是一种高超的智慧。

位于山西省北部的应县木塔,就是我国传统木构建筑中抗震性能的杰出代表。应县木塔全称为佛宫寺释迦塔,位于应县城西北的佛宫寺内,建于辽清宁二年(1056年),金明昌六年(1195年)增修完毕。木塔高9层、67米,底层直径30米,平面呈八角形,是我国现存历史最久、高度最高的木塔。应县木塔的结构,典型地体现了“刚柔相济”的设计思想。一方面,木塔每两层之间都设有一个暗层,从外部看是斗拱平座结构,具有很强的装饰性;从内看则是坚固的结构层,这些暗层在历代的加固中又科学地增加了许多斜撑,形成了类似现代建筑“圈梁”的效果,使整体结构框架的强度大大提高。而另一方面,构件之间、结构层之间通过榫卯和斗拱连接,具有一定的灵活性,在遭遇地震时可以通过变形、位移、摩擦吸收破坏性力量,保证结构的稳定性。应县木塔所在的大同盆地属于地震多发区,木塔建成近千年以来,遭遇了多次大大小小的地震灾害,震中烈度多次达到7度以上,1305年的怀仁地震震中距木塔仅十余公里,木塔所在地区烈度达8度。然而,木塔凭借自身巧妙的结构与节点设计,承受住了一次次的地震,历经千年风霜,屹立至今。

中国古代的木结构建筑体系  第3张

建筑技术极限的探索

在我国木结构建筑发展的过程中,人们不仅使用高度标准化和模数化的建造体系满足了各种各样的使用需求,同时也在不断地探索建筑结构技术的极限,并建造出了精妙绝伦的建筑物。

一方面,我国的木结构建筑在高度上不断探索,我国自战国时期开始出现多层、高架的木构建筑,到了秦、西汉时期,“楼”、“阁”等多层木构建筑的名称已屡屡见于各类文献,南北朝时期更是建造了大量的佛塔,北魏的洛阳永宁寺九层木塔至今尚存遗址,木构楼层的嵩岳寺砖塔至今仍巍然耸立。前文提到的应县木塔就是高塔建筑的杰出代表。

除了高塔之外,我国高层木构建筑的另一个典型代表便是侗族的鼓楼。鼓楼是侗族村寨的核心建筑,素有“未建房屋,先建鼓楼”之说。一般一个村寨修建一座鼓楼,由全寨共同集资修建;也有的寨子由几个宗族组成,每个宗族都会自己修建一个鼓楼。鼓楼不仅是村寨、宗族的标志,是村民们精神的寄托,也是村寨集会议事的重地、传递信息或报警之处,凡有重大的事情,就会有人登楼敲鼓,召集村民聚集商议,有外来骚扰时,也由寨中“头人”登楼击鼓作为警示信号。

另一方面,我国的木结构建筑在跨度上也进行了持续的探索,一个典型的代表便是贯木拱桥。这种桥梁的两端支撑在两岸的岩石上,底座由数十根粗大圆木纵横拼接,通过相互的穿插别压形成“八字结构”,通过控制构件的角度、距离等巧妙地形成搭接,结构简单,却十分坚固。贯木拱桥使用短的构造材料形成了大的跨度,技术高超巧妙,同时具有较高的审美价值,是中国在世界桥梁史上的独特构造。贯木拱桥曾风行于北宋,《清明上河图》中那座横跨汴水的虹桥就是一个典型代表。如今,贯木拱桥以木拱廊桥的形式存在与闽浙一带,主要分布在福建寿宁、屏南和浙江泰顺、庆元、景宁等地。这些廊桥在“河上架桥,桥上建廊”,把通行功能和休憩、交往巧妙地结合在一起,是人们重要的生活设施和场所,也是我国宝贵的建筑遗产。

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