論古建筑中的榫卯結(jié)構(gòu)及其抗震功能

摘要：榫卯結(jié)構(gòu)在古代一直作為我國(guó)建筑中主要的一種建筑結(jié)構(gòu)，其起源歷史可能還要早于漢字的歷史，經(jīng)過(guò)幾千年不斷的改良創(chuàng)新傳承，形成一個(gè)極具特色的連接方式。通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)建筑結(jié)構(gòu)分析，研究其在建筑上的牢固性與抗震性。并且通過(guò)與明式家具對(duì)比，探討其具有的共性，指出榫卯結(jié)構(gòu)精神的偉大以及對(duì)我們現(xiàn)代設(shè)計(jì)具有一定的借鑒性。

關(guān)鍵詞：中國(guó)古建筑、明式家具、榫卯結(jié)構(gòu)、抗震能力

一.榫卯結(jié)構(gòu)的特征

中國(guó)古建筑以木構(gòu)架結(jié)構(gòu)為主，由立柱，梁，順檁等主要構(gòu)件所組成，各構(gòu)件相結(jié)合的節(jié)點(diǎn)處由榫卯相吻合。構(gòu)成一個(gè)彈性的框架，這種結(jié)構(gòu)相比現(xiàn)代的框架結(jié)構(gòu)更具有一定的韌性。由于擁有這種柔韌性，不但可以使房屋承受較大的荷載，還準(zhǔn)許房屋產(chǎn)生一定的變形。當(dāng)?shù)卣饋?lái)臨時(shí)，通過(guò)變形來(lái)消耗一定的地震能量，減小結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)。

在木建筑中，榫卯是用兩個(gè)木構(gòu)件以凹凸相結(jié)合的連接方式。凸出來(lái)的部分稱作榫（榫頭），凹進(jìn)去的部分為卯（榫眼），榫頭伸入榫眼的部分稱為“ 榫舌” ， 除榫舌外的部分稱為“ 榫肩”，在古代家具和建筑中主要起連接各個(gè)部件的作用。將榫頭用以插入另一條榫眼，使得榫和榫眼相咬合就可以起到連接的方式。這種結(jié)構(gòu)在古代廣泛用于家具和房屋上，由于這種結(jié)構(gòu)是榫與卯之間相互咬合，互相支撐，所以無(wú)論是運(yùn)用在建筑中或是家具上都無(wú)需使用一釘一鐵。也正是榫卯結(jié)構(gòu)的發(fā)明，造就了我國(guó)明式家具的輝煌。

榫卯結(jié)構(gòu)為何能夠承受住這么大的荷載呢？以T型結(jié)構(gòu)為例，如果用鐵釘連接組合一起，豎棖與橫棖很容易被扭曲而改變角度，而用榫卯結(jié)合，就不會(huì)被扭曲。因?yàn)殚久Y(jié)構(gòu)對(duì)木構(gòu)件尺寸有著很嚴(yán)格的精準(zhǔn)性要求。這樣就避免了各部件因壓力偏差產(chǎn)生扭曲或因干縮濕脹產(chǎn)生過(guò)分的形變。在建筑中，榫卯結(jié)構(gòu)形態(tài)各異，各受力部位及其荷載能力的不同，對(duì)榫卯結(jié)構(gòu)也有不同的要求，所以就產(chǎn)生出不同形態(tài)的榫卯。比如，“避免垂直方向的柱子產(chǎn)生位移的管腳榫、套頂榫等；將垂直的柱與水平的梁固定的饅頭榫、燕尾榫等；將水平構(gòu)件間彼此固定的十字卡腰榫、大頭榫等?！薄?】與家具不同的是，建筑上的榫卯不僅擁有木結(jié)構(gòu)的美感，還具有良好的力學(xué)性能。在榫卯結(jié)合的部位準(zhǔn)許產(chǎn)生一定的形變，正是由于擁有這種科學(xué)合理的拼接方式才能讓許多木結(jié)構(gòu)建筑保存至今。

二.榫卯結(jié)構(gòu)的變遷

中國(guó)建筑的起始時(shí)期尚未可知，從現(xiàn)有的文獻(xiàn)記載中我們可知大約從7000年前的新石器時(shí)期，我國(guó)建筑從最初的巢居、穴居進(jìn)化為地面建筑時(shí)就是以木構(gòu)架建筑為主體。之后隨著社會(huì)的進(jìn)步發(fā)展，木結(jié)構(gòu)建筑也隨之在技術(shù)和藝術(shù)上不斷的提高和完善，形成了與西方磚石建筑迥然不同的以木構(gòu)架為主體的建筑體系。也就可以推斷出榫卯結(jié)構(gòu)早在7000年前的河姆渡文化中就出現(xiàn)了，比漢字的歷史還要悠久。

到了春秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)期，金屬工具的發(fā)明，木構(gòu)技術(shù)取得了突破性的進(jìn)展，在細(xì)木作上已出現(xiàn)格角榫、托角榫、燕尾榫等多種榫卯，而且在榫卯受力上也有了科學(xué)的運(yùn)用。榫卯結(jié)構(gòu)也由木構(gòu)架建筑上發(fā)展到家具中，隨著時(shí)間的推移，工程技術(shù)的進(jìn)步和工具的發(fā)明。

唐宋時(shí)期，木構(gòu)件技術(shù)有了更加規(guī)范的做法工藝，最重要的標(biāo)志是《營(yíng)造法式》的出現(xiàn)，進(jìn)一步有了規(guī)范的模數(shù)制，同時(shí)將榫卯分為鋪?zhàn)髅?、梁額卯口和合柱鼓口三類。隨著跪坐的習(xí)慣逐漸由垂足而坐所取代，在家具設(shè)計(jì)上也出現(xiàn)了高型家具。

明清時(shí)期是我國(guó)古代建筑發(fā)展的最后一個(gè)時(shí)期，在建筑形式、構(gòu)造方式、建筑材料、施工工藝以及工程法例都有一套成熟的體系。這一時(shí)期的榫卯結(jié)構(gòu)比唐宋時(shí)期有了較大的變化，在構(gòu)造樣式上大大的簡(jiǎn)化，但是其固有的功能仍保留下來(lái)。到了清朝后期及近現(xiàn)代，榫卯結(jié)構(gòu)無(wú)論是在形式上還是種類都沒(méi)有太大的發(fā)展。特別是當(dāng)西方的鋼筋混凝土建筑技術(shù)的流入，木結(jié)構(gòu)建筑形式無(wú)法滿足現(xiàn)代大規(guī)模城鎮(zhèn)化的生活需求，使得木結(jié)構(gòu)建筑也只是保持原樣，榫卯結(jié)構(gòu)在傳統(tǒng)木建筑上再無(wú)新的樣式出現(xiàn)。

三.榫卯結(jié)構(gòu)的抗震性

我國(guó)位于環(huán)太平洋地震帶與歐亞地震帶兩大地震帶之間，地震活動(dòng)頻度高、強(qiáng)度大、震源淺，分布廣，是一個(gè)震災(zāi)嚴(yán)重的國(guó)家。在二十世紀(jì)中，全世界共發(fā)生三次8.6級(jí)以上地震，有兩次都位于中國(guó)境內(nèi)。然而，我們從歷次的地震災(zāi)害報(bào)道當(dāng)中可以看到，地震震倒的大多數(shù)都是現(xiàn)代新建的樓屋，而許多古老傳統(tǒng)的建筑卻還依然挺立。即使有所破壞，也僅僅是墻壁被震倒了，主要的構(gòu)架結(jié)構(gòu)仍舊保持原樣。

在歷史上經(jīng)歷數(shù)次地震考驗(yàn)后，幸存下來(lái)最具代表性的古建筑就是應(yīng)縣木塔，該塔建于遼清寧二年（公元1056年），于金明昌六年（公元1195年）增修完畢，是我國(guó)現(xiàn)存最古老的木結(jié)構(gòu)塔式建筑。在該塔建成200多年后就發(fā)生過(guò)一次6.5級(jí)地震，余震7天之久。并且在戰(zhàn)亂年代里還經(jīng)受過(guò)200余發(fā)炮彈的轟炸，依然傲然矗立，并無(wú)大礙。應(yīng)縣木塔能夠具有這么強(qiáng)的抗震能力，除了因其是正八角形平面設(shè)計(jì)，能夠抵御地震波帶來(lái)的扭矩力。有高達(dá)4.4米的磚石臺(tái)基使其穩(wěn)定結(jié)實(shí)。更重要的原因是因?yàn)樗?nèi)所以的梁與柱之間都是用斗拱連接，而這些斗拱中的構(gòu)件都是以榫卯結(jié)構(gòu)結(jié)合。具有關(guān)資料描述，應(yīng)縣木塔中所運(yùn)用到榫卯形式的地方多達(dá)62種，有54種斗拱。“全塔的主要構(gòu)件不用一釘一鉚，這種連接形式類似于半固結(jié)半活鉸的狀態(tài)，能承受較大的彎矩；構(gòu)架水平分層，在地震波中的垂直沖擊波攻擊下，可以通過(guò)“彈跳”的方式消解巨大的破壞能量；構(gòu)架的整體性有力地抵抗旋轉(zhuǎn)波，所有的柱子都用頂部的梁枋連結(jié)成一個(gè)筒形的框架，保證了構(gòu)架的穩(wěn)定性?！薄?】比起釘鉚的連接方式，榫卯結(jié)構(gòu)更具有半固定半活鉸的優(yōu)勢(shì)，能夠利用木材本身的伸縮性讓整個(gè)建筑更加堅(jiān)固。

在抗震上另一個(gè)表現(xiàn)優(yōu)異的代表是天津薊縣的獨(dú)樂(lè)寺。該寺位于中國(guó)天津市薊縣，是中國(guó)僅存的三大遼代寺院之一，也是中國(guó)現(xiàn)存著名的古代建筑之一。該寺始建時(shí)間無(wú)從考證，據(jù)梁思成根據(jù)其建筑風(fēng)格推斷為唐代建筑，寺內(nèi)現(xiàn)存最古老的兩座建筑物山門和觀音閣重建于遼代。在歷史上共經(jīng)歷過(guò)二十八次地震，其中破壞性的有四次。尤其是在清康熙十八年（1679年）三河、平谷發(fā)生8級(jí)以上強(qiáng)震，當(dāng)?shù)亟ㄖ?dú)樂(lè)寺未倒塌外，其余建筑都被震毀。在1976年的唐山大地震中，薊縣城內(nèi)的不少建筑被毀，獨(dú)樂(lè)寺院墻也被震倒，觀音閣內(nèi)有部分墻皮脫落，山門的木柱略有搖晃，但是整個(gè)木構(gòu)架依然沒(méi)有任何的歪閃。

結(jié)論

中國(guó)古建筑中榫卯結(jié)構(gòu)具有高度的精確性，對(duì)于我們現(xiàn)代設(shè)計(jì)具有極強(qiáng)的借鑒作用。我們對(duì)榫卯的研究也是對(duì)古人設(shè)計(jì)思想的一種尊敬。古人在發(fā)明這種技術(shù)時(shí)就體現(xiàn)出對(duì)傳統(tǒng)文化精髓的萃取。在當(dāng)今我們周圍都已經(jīng)被鋼筋混凝土現(xiàn)代化建筑所包圍，我們也應(yīng)該反思，我們是否已經(jīng)把傳統(tǒng)建筑歷史所割裂。特別是在自然環(huán)境日益惡化的今天，現(xiàn)代設(shè)計(jì)過(guò)于功利化，我們不妨可以重新學(xué)習(xí)榫卯結(jié)構(gòu)的精神，在結(jié)構(gòu)方面進(jìn)行創(chuàng)新來(lái)提高建筑的實(shí)用性同時(shí)又可以延續(xù)中國(guó)傳統(tǒng)文化。

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作者簡(jiǎn)介：周玉（1991—），男，漢族，湖北武漢，研究生，武漢紡織大學(xué)藝術(shù)與設(shè)計(jì)學(xué)院，研究方向：環(huán)境藝術(shù)設(shè)計(jì)。endprint