论古建筑中的榫卯结构及其抗震功能.docx

论古建筑中的榫卯结构及其抗震功能 周玉（武汉纺织大学艺术与设计学院，湖北武汉430000)摘要：榫卯结构在古代一直作为我国建筑中主要的一种建筑结构，其起源历史可能还要早于汉字的历史，经过几千年不断的改良创新传承，形成一个极具特色的连接方式。通过对传统建筑结构分析，研究其在建筑上的牢固性与抗震性。并且通过与明式家具对比，探讨其具有的共性，指出榫卯结构精神的伟大以及对我们现代设计具有一定的借鉴性。关键词：中国古建筑、明式家具、榫卯结构、抗震能力一榫卯结构的特征中国古建筑以木构架结构为主，由立柱，梁，顺檩等主要构件所组成，各构件相结合的节点处由榫卯相吻合。构成一个弹性的框架，这种结构相比现代的框架结构更具有一定的韧性。由于拥有这种柔韧性，不但可以使房屋承受较大的荷载，还准许房屋产生一定的变形。当地震来临时，通过变形来消耗一定的地震能量，减小结构的地震响应。在木建筑中，榫卯是用两个木构件以凹凸相结合的连接方式。凸出来的部分称作榫（榫头），凹进去的部分为卯（榫眼），榫头伸入榫眼的部分称为“榫舌”,除榫舌外的部分称为“榫肩”，在古代家具和建筑中主要起连接各个部件的作用。将榫头用以插入另一条榫眼，使得榫和榫眼相咬合就可以起到连接的方式。这种结构在古代广泛用于家具和房屋上，由于这种结构是榫与卯之间相互咬合，互相支撑，所以无论是运用在建筑中或是家具上都无需使用一钉一铁。也正是榫卯结构的发明，造就了我国明式家具的辉煌。榫卯结构为何能够承受住这么大的荷载呢？以T型结构为例，如果用铁钉连接组合一起，竖枨与横枨很容易被扭曲而改变角度，而用榫卯结合，就不会被扭曲。因为榫卯结构对木构件尺寸有着很严格的精准性要求。这样就避免了各部件因压力偏差产生扭曲或因干缩湿胀产生过分的形变。在建筑中，榫卯结构形态各异，各受力部位及其荷载能力的不同，对榫卯结构也有不同的要求，所以就产生出不同形态的榫卯。比如，“避免垂直方向的柱子产生位移的管脚榫、套顶榫等；将垂直的柱与水平的梁固定的馒头榫、燕尾榫等；将水平构件间彼此固定的十字卡腰榫、大头榫等。”【1】与家具不同的是，建筑上的榫卯不仅拥有木结构的美感，还具有良好的力学性能。在榫卯结合的部位准许产生一定的形变，正是由于拥有这种科学合理的拼接方式才能让许多木结构建筑保存至今。二榫卯结构的变迁中国建筑的起始时期尚未可知，从现有的文献记载中我们可知大约从7000年前的新石器时期，我国建筑从最初的巢居、穴居进化为地面建筑时就是以木构架建筑为主体。之后随着社会的进步发展，木结构建筑也随之在技术和艺术上不断的提高和完善，形成了与西方砖石建筑迥然不同的以木构架为主体的建筑体系。也就可以推断出榫卯结构早在7000年前的河姆渡文化中就出现了，比汉字的历史还要悠久。到了春秋战国时期，金属工具的发明，木构技术取得了突破性的进展，在细木作上已出现格角榫、托角榫、燕尾榫等多种榫卯，而且在榫卯受力上也有了科学的运用。榫卯结构也由木构架建筑上发展到家具中，随着时间的推移，工程技术的进步和工具的发明。唐宋时期，木构件技术有了更加规范的做法工艺，最重要的标志是营造法式的出现，进一步有了规范的模数制，同时将榫卯分为铺作卯口、梁额卯口和合柱鼓口三类。随着跪坐的习惯逐渐由垂足而坐所取代，在家具设计上也出现了高型家具。明清时期是我国古代建筑发展的最后一个时期，在建筑形式、构造方式、建筑材料、施工工艺以及工程法例都有一套成熟的体系。这一时期的榫卯结构比唐宋时期有了较大的变化，在构造样式上大大的简化，但是其固有的功能仍保留下来。到了清朝后期及近现代，榫卯结构无论是在形式上还是种类都没有太大的发展。特别是当西方的钢筋混凝土建筑技术的流入，木结构建筑形式无法满足现代大规模城镇化的生活需求，使得木结构建筑也只是保持原样，榫卯结构在传统木建筑上再无新的样式出现。三榫卯结构的抗震性我国位于环太平洋地震带与欧亚地震带两大地震带之间，地震活动频度高、强度大、震源浅，分布广，是一个震灾严重的国家。在二十世纪中，全世界共发生三次8.6级以上地震，有两次都位于中国境内。然而，我们从历次的地震灾害报道当中可以看到，地震震倒的大多数都是现代新建的楼屋，而许多古老传统的建筑却还依然挺立。即使有所破坏，也仅仅是墙壁被震倒了，主要的构架结构仍旧保持原样。在历史上经历数次地震考验后，幸存下来最具代表性的古建筑就是应县木塔，该塔建于辽清宁二年（公元1056年），于金明昌六年（公元1195年）增修完毕，是我国现存最古老的木结构塔式建筑。在该塔建成200多年后就发生过一次6.5级地震，余震7天之久。并且在战乱年代里还经受过200余发炮弹的轰炸，依然傲然矗立，并无大碍。应县木塔能够具有这么强的抗震能力，除了因其是正八角形平面设计，能够抵御地震波带来的扭矩力。有高达4.4米的砖石台基使其稳定结实。更重要的原因是因为塔内所以的梁与柱之间都是用斗拱连接，而这些斗拱中的构件都是以榫卯结构结合。具有关资料描述，应县木塔中所运用到榫卯形式的地方多达62种，有54种斗拱。“全塔的主要构件不用一钉一铆，这种连接形式类似于半固结半活铰的状态，能承受较大的弯矩；构架水平分层，在地震波中的垂直冲击波攻击下，可以通过“弹跳”的方式消解巨大的破坏能量；构架的整体性有力地抵抗旋转波，所有的柱子都用顶部的梁枋连结成一个筒形的框架，保证了构架的稳定性。”【7】比起钉铆的连接方式，榫卯结构更具有半固定半活铰的优势，能够利用木材本身的伸缩性让整个建筑更加坚固。在抗震上另一个表现优异的代表是天津蓟县的独乐寺。该寺位于中国天津市蓟县，是中国仅存的三大辽代寺院之一，也是中国现存著名的古代建筑之一。该寺始建时间无从考证，据梁思成根据其建筑风格推断为唐代建筑，寺内现存最古老的两座建筑物山门和观音阁重建于辽代。在历史上共经历过二十八次地震，其中破坏性的有四次。尤其是在清康熙十八年(1679年)三河、平谷发生8级以上强震，当地建筑除独乐寺未倒塌外，其余建筑都被震毁。在1976年的唐山大地震中，蓟县城内的不少建筑被毁，独乐寺院墙也被震倒，观音阁内有部分墙皮脱落，山门的木柱略有摇晃，但是整个木构架依然没有任何的歪闪。结论中国古建筑中榫卯结构具有高度的精确性，对于我们现代设计具有极强的借鉴作用。我们对榫卯的研究也是对古人设计思想的一种尊敬。古人在发明这种技术时就体现出对传统文化精髓的萃取。在当今我们周围都已经被钢筋混凝土现代化建筑所包围，我们也应该反思，我们是否已经把传统建筑历史所割裂。特别是在自然环境日益恶化的今天，现代设计过于功利化，我们不妨可以重新学习榫卯结构的精神，在结构方面进行创新来提高建筑的实用性同时又可以延续中国传统文化。参考文献1李晴.浅析榫卯之美J.美术教育研究,2015年第1期.第6668页.2佟佳.中国古建筑榫卯结构在地震区运用的优势J.现代装饰（理论），2012年第4期.第149页.3.孙燕娜.中国古建筑抗震的奥秘J.中国减灾,2005年第11期.第4849页.作者简介：周玉（1991），男，汉族，湖北武汉,研究生,武汉纺织大学艺术与设计学院,研究方向：环境艺术设计。 -全文完-