淺析中國古建筑木結構的結構與構造-以甘肅文廟古民居保護建筑項目為例

淺析中國古建筑木結構的結構與構造-以甘肅文廟古民居保護建筑項目為例

摘要：中國古建筑以木結構建筑為主,將木材制造技術應用發(fā)揮最大到了一個極致。我國古建筑的歷史較久，中國古建筑的構架中，大都采取木質(zhì)材料進行，將木構架作為有效的建筑承重體系，因此歷經(jīng)千年的歷史發(fā)展，對木結構的結構與構造的研究成果頗豐。本文通過對木結構的結構與構造方法的介紹，敘述甘肅武威市歷史文化街區(qū)文廟街區(qū)的保護建筑項目施工工程中木結構的安裝以及工序和各構件的組合。關鍵詞：木結構；古建筑；榫卯；斗栱0引言我國古建筑以木結構為主,在世界上已經(jīng)形成了獨特的古建筑風格體系[1]，在世界古代建筑史中占據(jù)著重要的地位。例如甘肅的文廟古民居，是中國古建筑木結構的代表之一，其中很多古民居建筑經(jīng)過歲月的洗禮，已經(jīng)破損殘敗，為了這些文化遺產(chǎn)能夠更長久更完整的保留下來，需要進行一定程度的修繕。通過對木結構的結構與構造的分析研究，利用木結構連接法對古民居的建筑進行科學的修繕保護。1文廟古民居建筑概況文廟古民居位于甘肅武威市文廟周邊貢元巷，建筑總面積8007m2,整體建筑均為磚墻結合原木結構墻體，廳堂、走廊穿斗式木構架。木材全部采用樟子松。廂房等為磚墻摞檁，外墻為改良滑秸泥抹面，內(nèi)墻為面磚或白色涂料。形制上設計圖紙沿襲地方傳統(tǒng)民居建筑風格結合清工部《工程做法則例》《營造法原》、《營造法式》等傳統(tǒng)常用做法及地方古民居傳統(tǒng)通用方法制作加工，結構形制較為簡潔，裝修上也極具地方特色。圖（一）甘肅文廟古民居(紅色區(qū)域為文廟)2木結構的結構與構造古建筑歷史悠久，藝術價值、建筑和結構技術水平都有很大的研究價值，需要對古建筑有著科學的清晰的認識。所以對古建筑木結構的形式和基本特征，以及構造方法進行了簡明的介紹。2.1古建筑木結構2.1.1木結構形式木結構主要分為穿斗式、疊梁式和井干式這三種形式[2]。其中穿斗式也被叫做立貼式,是將落地柱和短柱間直接承檁,而且落地柱的柱距較密柱徑也較細,柱間則用若干穿枋聯(lián)系,以挑枋承托出檐;疊梁式方法中,梁的頂部基礎上應設有短柱,柱梁二頭支撐長柱,梁二頭設置短柱,長柱上設置梁,梁的二頭應當平行并以檁條支承;而井干式方法是由方木或圓木以四邊形重疊,因構造上類似井字而命名,這種形式是最簡便的。2.1.2古建筑組成古建筑中木結構的整體組成的一個基本特征大致可以劃分為上中下三個大部分,即為建筑屋頂、屋身和建筑基座，這是古建筑比較獨特的三段式風格[1]。中國古建筑的屋頂形式多樣，體積碩大[4]，地理位置和文化的不同其形狀樣式也有很大差別，其主要的作用為擋風遮雨；屋身是古建筑結構的主體，中國古建筑的屋身主要還是木柱。這些木柱直接支撐墻壁和屋頂?shù)慕ㄖ|(zhì)量，并直接轉(zhuǎn)移到柱礎。墻壁的主要目的是維護和清潔空間在房屋主體之間，不承受主體荷載；基座是木結構古建筑的基本構件，主要的功能為承托建筑物、防潮也可防腐,也有的可以是通過特殊做工以及雕刻工藝來完美凸顯古代建筑的高大宏偉[5]。2.2構造連接法2.2.1榫卯連接柱頭榫又稱饅頭榫(圖二),柱頭榫通常是指立柱和梁頭垂直交進時所使用的部位,而和它相對應的則是立柱下端的海眼。柱頭榫主要用于與橫梁直接相交的柱子的頂部。它也起到了降低構件的水平位移的功能,使柱子與橫梁相互垂直地結合。圖（二）柱頭榫燕尾榫又稱大頭榫和銀錠榫（圖三）。它具有相應的連接卯口，里面大、外面小,但它本身的端口底部寬,根部窄,這種卯口設計在內(nèi)部安裝之后,構件本身不會輕易出現(xiàn)自動拔榫口的現(xiàn)象,多數(shù)適用于拉扯連接聯(lián)系中的構件。圖（三）燕尾榫搭扣榫又可簡稱扣榫（圖四），是柱與枋在盡端或兩側轉(zhuǎn)角處連結時所采用的一種特殊扣榫結構的一種榫卯。其操作做法主要是從柱中的兩個位置分別添加一個柱體的直徑及其長度，并在支撐和柱頭的交叉處制作一個榫或套碗，以箍住柱頭。箍頭枋廣泛使用，不僅是它對邊柱或角柱都具有很強的承拉力,而且它還具有保護箍鎖柱和保護周邊柱頭的重要作用。圖（四）搭扣榫直榫又叫透榫（圖五），主要用于大木作構件，常把它做成一個大進小退凸出的透榫形狀。這種透榫主要適用于一些需要手動綁扎但不能自動升降不可安裝的特殊部位,如木柱穿插于木枋兩端、抱頭梁與金柱交叉處等。圖（五）直榫管腳榫,因施在人腿腳的最下端,故稱管腳榫(圖六)。管腳榫其實是專門用來用于固定墩斗落桿和柱腳的一種固定榫,童柱與吊梁之間或者在二墩斗的相交處也可以來固定墩管腳,但榫它的加固柱腳功能主要也是為了用來避免固定落桿時的柱腳根部出現(xiàn)側向移動。管腳榫和柱頭榫長短徑寸相同。圖（六）管腳榫2.2.2銷連接在古代的建筑大木中,栽銷多用作平枋與額枋間、他角梁與老角梁間和迭落在一起的梁與隨梁間、角背、隔架雀替與梁架的相迭部等,但古時也有在檁子、墊木與枋子的中間使用銷子,以防止檁、墊、枋走形以及誤操作的。另外,還用在平板枋與坐斗間、斗栱以及各層構件之間。穿銷和栽銷的方法很相似,只有栽銷的銷子不能穿過建筑構件;而穿銷則需要穿過二層乃至多層結構,使二層及二層以上結構的疊合相連。圖（七）栽銷圖（八）穿銷2.2.3斗栱斗栱主要由形成水平傾斜放置的昂或斗、升和形成矩形的栱、翹及斜放的昂等多種構件結合組成（圖九）。斗栱有著裝飾作用，可以凸顯建筑精美的工藝以及雄偉的氣勢，它位于柱與梁之間，伸挑出檐。屋面和上層構架傳下來的荷載，會通過斗栱傳給柱子，再由柱傳到基礎，斗栱就在此結構中起著承上啟下、傳遞荷載的作用，同時還減小了梁枋跨度，因而大大減小了梁枋中的彎曲應力，所以也有著隔震、減震耗能的作用。圖（九）斗栱的構成3文廟古民居保護建設項目研究3.1工程概況本項目在市中心區(qū)建設，可能會對周邊居民產(chǎn)生一定影響，做好安全文明環(huán)保施工，盡量減少對周圍環(huán)境的影響。滿足施工三通條件以及電源水源和運輸。本工程制作安裝工序為：采購→選材→放線→制作→防腐→運輸→安裝→驗收。按要求總工期為120天，考慮到各分項單體工程量，單位工程劃分流水段，每個分部分項作為相對獨立的流水段互相交叉施工。施工的這個時候同時也一定是需要特別注意安全,確?，F(xiàn)場周圍無重大災害火災或者工傷死亡事故,杜絕死亡事故,輕傷死亡事故再次發(fā)生時的頻率一般應當盡量降低到其控制幅度在3‰以內(nèi),杜絕重大災害火災事故再次發(fā)生。3.2木構件制作柱和抱頭梁、梁、檁的制作（圖十）：按照圖紙設計要求，選定好原材，柱截取微長于所需尺寸5~8CM左右的長度，抱頭梁、檁截取微長于所需尺寸3CM左右的長度（注意需要加上榫卯部位長度）。做好定心點，并由兩端定心點做出子午線再向外做十字線，進行原材車圓，取得原材。以定心點兩端各做八極線，并在表面將兩端同方向八極線互相連接，彈出表面經(jīng)緯線，根據(jù)所需的端線，截去多余部分。結合圖紙所需尺寸利用木工直角尺及鋼尺放出柱上榫卯口部位置，柱形梁、檁則畫出契合柱榫卯口部的榫尾，都進行榫卯口榫尾部開槽，并打磨平順。圖（十）抱頭梁、檁以及在柱頭的節(jié)點枋類構件制作：檐枋、額枋、隨梁枋、脊枋等水平構件與柱頭相交部位，采用燕尾榫。燕尾榫長度為柱徑的1/4，最長不超過柱徑的3/10，視柱頭卯口的數(shù)量而定。桁類構件制作：桁架構件應采用最粗和最堅固的材料制成，制作時兩端應有頭線，上下有中線，脊桁和廊桁要有椽花線，且同開間的椽距相一致。桁條的長度根據(jù)開間尺寸確定，有1/200~1/300的起拱。兩桁相連接處做燕尾榫，先安裝的桁做卯，后安裝的做榫。所有桁條連接點均做敲交連接，位于陰角的兩桁條做銀錠榫連接。斗栱制作：根據(jù)斗栱平面圖放1︰1足尺大樣，除產(chǎn)品符合專業(yè)設計工藝要求外，還要反映時代特點、傳統(tǒng)做法及地方特色。符合大木構架整體的尺寸要求。斗栱與枋的連接方式為坐斗底面做斗樁榫，斗樁榫由硬質(zhì)木材制成，埋入斗內(nèi)深度為1.2~1.5倍斗樁榫寬。3.3木構件的安裝根據(jù)圖紙中心線進行現(xiàn)場調(diào)整，對每根立柱的中心點進行標記和標記，然后逐根將立柱吊裝就位，確保立柱按照立柱中心點安裝到位，將立柱下方的接頭榫尾插入立柱底部的預留榫孔中，然后逐層準備好各部位的支架、橫梁、彩虹、花板椽扣等材料，逐層安裝，校正到位，主要大型木構件按自下而上的順序逐層安裝。圖（十一）椽扣（左）坨墩（中）飛椽（右）梁枋的安裝可以在立柱固定好后開始，先將一端榫尾插入相應榫眼后再將另外一端從上往下放入做有上斜向開擴榫眼的榫槽柱榫眼中，以此方法將各個部位的梁枋木方按圖依次安裝到榫眼中并校正完成并加固，斗拱與枋的連接方式為坐斗底面做斗樁榫，斗樁榫由硬質(zhì)木材制成，埋入斗內(nèi)深度為1.2~1.5倍斗樁榫寬。圖（十二）榫頭（左）和榫眼（右）安裝斗栱時，以拉通線為依據(jù)比較構件的水平度和懸挑構件外挑長度，根據(jù)通線線仔細調(diào)整構件的水平度和懸挑長度，安裝完畢后進行檢查。按圖紙要求將各椽安裝固定到位，校正標高，自下而上逐個組裝安裝固定，并用竹釘固定。同時，參照當?shù)毓琶窬拥膫鹘y(tǒng)做法，頂部是上層木望板，木望板用20mm厚的成品板做柳條縫，也可采用竹釘固定，上釘采用30mm厚的木方防滑條。最后對各類木刻件進行安裝，秉承從上到下，由后至前的安裝原則，先從上部的開始安裝加固到位后逐層向下或向前開始安裝并固定到位，藝術構件榫卯安裝應嚴格按圖紙古法或參照當?shù)毓琶窬油ㄓ米龇ㄖ久Y構，施工時禁止用鐵釘固定。以文廟古民居七號建筑的施工圖為例（圖十二），其余古建筑的施工類似，可以簡明的看出各構件在建筑中的位置，配合此內(nèi)容的安裝說明，更加清晰的了解各構件的安裝以及作用。圖（十三）文廟古民居七號建筑施工圖4結語古建筑木結構的發(fā)展歷史悠久，蘊含著華夏幾千年的文化歷史，需要我們認真學習研究以及發(fā)展它的價值。本文先是對古建筑木結構的結構和構造方法的介紹，以甘肅武威市文廟古民居保護建筑項目為例，詳細的介紹了榫卯、銷和斗栱和它們的制作，以及在建筑項目施工中的安裝方法，在施工時的工序以及怎樣和梁、柱等構件的結合。希望在以后，古建筑修繕工程的方法體系更加完善，方案更加科學具體，能夠更加完美的還原古建筑的風貌。參考文獻[1]侯艷芳,宋方方,郭靖,張艷.淺談中國木結構古建筑[J].磚瓦,