中國木建築之樑柱結構

 指導教授:楊裕富  學生:曾羿華

 

一、建築技術之發展

  人類歷史上最早的住宅型態,出現在西元前三萬五千年到西元前八千年間左右,石塊、樹枝、蘆葦、獸骨及獸皮都是當時主要的建材。中國人在幾千年來,一直利用遠比石材脆弱得木材來支撐自己的家園。在人類文明的發展過程中,木材就如同土石材料一般,是最原始的建築材料之一,除被大量使用外,亦在建築技術上佔有一席之地。

  有巢氏教人構木為巢,主要是借助樹木的支撐構成架空居住面的窩棚,可避免野獸的侵害,亦可脫離潮濕的地面。地勢高的將洞穴下掘,利用淺穴堆土,支架遮閉的原始土木工程搭建住所,上面覆蓋著相互支撐的樹枝作為遮風擋雨的屋頂,這就是樑架結構的雛形。

 

1 窩棚構架示意圖

 

   當金屬鐵器還在雛生階段的世代,處理木材的技術明顯地表現得較成熟,木材自然就成為最理想的主要材料。由木建築型態的演進與自然資源的多寡、經濟因素與人類技藝的進化,息息相關。

 

 

二、木建築之結構方式

  木結構各個構件之間都由榫卯聯接,富有韌性,當遇到地震時不至於發生斷裂,於是產生了“牆倒屋不塌”的現象。其實撐起屋頂的根本不是牆壁,而是由柱網樑枋所組成的框架。屋身牆壁都輕巧得可以裝又拆,牆倒了自然“屋不塌”。

  木建築的結構原理與堆積木差不多,將四根柱子豎起,加上蓋頂後便可形成一間房屋的雛形。除了經濟實用外亦得顧及身份氣派,木建築的柱樑結構,為了保持木材通風及便於更換構件,所以很多建築物會蓄意將結構外露,目的就是展示結構上的成就。

  受到不同地域氣候,木材會有不同的處理方式,使每一種不同的生活習慣都足以發展成為獨立的結構形式,以下簡單介紹主要的結構形制:

  (A)穿斗式構架:穿斗式建築的柱子間不用樑,而是用穿枋把立柱連接起來,柱徑較小,柱間較密。這種結構用在房屋的正面會限制門窗的開設,若是用在房屋兩側的山牆,則具有良好的抗風性,由於豎架較靈活,一般竹架棚亦會採用這種結構方式。由於穿斗式柱子較密,沒有抬樑式所形成的內部空間開闊;穿斗式構架可以採用比抬樑式小的用料,材料更容易獲得而且可以節省木材。

2 穿斗式構架示意圖

 

  (B)抬樑式構架:是一種可減少室內豎柱的方法,結構比穿斗式穩重,屋頂的重量巧妙地落在檁樑上,然後再 經過主力柱傳到地上。這種結構方式用柱較少,由於承受力較大,耗料反而比穿斗式更多。有時穿斗式與抬樑式構架會同時應用。

 

3 抬樑式構架示意圖

 

  (C)疊斗式構架:基本構造方式與抬樑式構架相式,其裝飾意味較濃。在樑上垂直疊組之斗及栱,頂住檁子之構架。

  樑柱建築結構的優、缺點,以下分別說明之。

  ()缺點:承重力比石材差,且有高度的限制;但從文獻記載,北魏時期(516年),永寧寺內曾經蓋過一座舉世無匹的九層木塔,高度相當於136.7米,比現存最高的木構建築,山西應縣釋迦木塔(建於1056年,高67.31米)還要高一倍多。

  ()優點:

   .屋頂重量由樑柱支撐,牆壁並不承重;

   .木材品種資源籌建;

   .砍伐、培植及貯材方便;

   .木材輕便,運輸簡便;

   .防震作用比石材高;

   .木柱可以隨時適應不同水平的地基;

   .必要時可以露活擴建。

 

 

三、樑柱結構的施工程序

  組成一棟完整的木構建築骨架,需要有柱、樑、枋、檁、板、椽、望板及栱等多種構件。為了掌握大木製作技術,需具備幾個基本條件:第一,具體了解每個構件的位置及其與周圍構件的關係;第二,要熟悉各類構件的權衡尺度。

()建築的技術與方式

    木建築的製作技術與方式,大體上包括以下幾個步驟:備料、驗料、材料的初步加工。

()大木製作常用的工具

  大木製作的工具有傳統工具,鋸、刨子、錛子、斧子、扁鏟、鑿子、錘子等;現代的工具,常用的有電鋸、電刨、跑車、立刨、電鑽等。

()柱子構件的製作

  柱子是垂直承受上部荷載的構成,依位置、作用的不同各有各的名稱、形狀和構造,分別為:檐柱、金柱、重檐金柱、中柱、山柱、童柱、擎檐柱、雷公柱、角柱等常見的柱子。

()樑構件的製作

  樑是建築上架的最主要承重構架,承擔上架構件及屋面的全部重量,是上架構件中最關鍵的部分。常見樑的種類有五架樑、三架樑、四架樑、抱頭樑、桃尖樑、遞角樑、踩步金、趴樑、長短趴樑、麻葉抱頭樑、抹角樑、承重樑等。

()枋構件的製作

  枋是輔助穩定柱與樑的構件。枋的構件很多,有用於下架,聯繫穩定檐柱頭的金柱頭檐枋、金枋及隨樑枋、穿插枋;有的用於上架,穩定樑架的中金枋、上金枋、脊枋;有的用於建築物轉角部分,穩定角柱的箍頭枋;除以上幾種外,還有一些具特殊功能的天花枋、間枋、承重枋等。雖然這些構件不是主要承重構件,但輔助主要樑架,組成整體構架中有著至關的重要性。

()桁檁構件的製作

  「桁」與「檁」,名詞不同,但功能一樣。桁檁是直接承受屋面荷載的構件,並將荷載傳導到樑和柱。

()椽、飛、連檐、瓦口、板類及其它雜項構件的製作

()大木安裝

  將製作好的柱、樑、枋、檁、墊板、椂望等大木構件,按設計要求組裝起來的工作,稱為大木安裝或立架。

  大木安裝前的準備工作:(1)核對構件和柱礎的尺寸,放樣;(2)組織協調;(3)安裝人員的組織分工;(4)物質準備。

  大木安裝的一般程序和規律,可概括為以下幾句話,『對號入座、切記勿忘;先內後外,先下後上;下架裝齊,驗檢丈量,吊直撥正,牢固支戧;上架構件,順序安裝,中線相對,勤校勤量;大木裝齊,再裝椽望,瓦作完工,方可撤戧』。

 

 

四、樑柱結構之接點

  樑柱結構的建築需要有固定的搭接點,才能架起一個可資利用的空間。最早在地穴上用樹枝加蓋的錐形屋頂,交叉搭接的樹枝可能用草束捆扎固定。而組成樑柱結構的重要問題是構件接合點。

  榫卯結構是樑柱結構較成熟的結構形式,一組形狀複雜的建築構件來解決橫向和豎向桿件的接點問題,這就是斗栱。從斗栱構件的繁多複雜,可以看到斗栱結構發展到一種極為精巧的程度。斗栱置身柱網之上,屋檐之下,用來解決垂直和水平兩種構件之間的重力過渡。斗栱的名稱有宋式和清式兩種,分別記載于宋代李誡所著的《營造法式》和清代的《工程做法則例》。斗和栱在不同的部位都有不同的名字,可見斗栱結構在中國建築中的重要性。

  斗栱的英譯是托架系統(Bracket System),屬懸臂支撐結構,既可保持外檐空間的完整性又可將屋檐盡量外挑。於是斗栱就成為傳統木建築藝術最富創造性和最具代表性的部分。斗栱的椪造功能為以下幾點:(1)向上支撐桁條;(2)向外支撐出檐;(3)向中央聚合以支撐藻井;(4)向兩側開展以支撐天花及其上之柱樑;(5)作為桁條下之裝飾品。

   圖4 斗栱的示意圖及照片

 

   在中國樑柱結構建築中,除斗栱外,雀替也成為接點上一種重要的結構。雀替一開始只是柱上承托額枋的曲形橫木,到清代演變成極富特色的建築構件。雀替除定樑柱保持垂直的作用外,還可增強木樑的荷載力。

 

 

五、結論

  我們從人類早期的建築遺跡能很容易發現,房屋中間常撐有柱子以便更牢固地支撐屋頂,屋頂下覆有半地穴。當人們的生活逐漸升上地面,屋頂也隨之升到支柱上時,此時就產生了真正的樑柱式建築。柱樑結構是中國木建築的結構體系,無數的工匠在這些木建築上,將他們的聰明才智發揮的淋漓盡致,使中國建築呈現獨特的風貌。

 

六、參考書目

1. 樓慶西,“中國古建築二十講”,三聯書店,2001

2. 趙廣超,“不只中國木建築”,三聯書店(香港)有限公司,2000

3.馬炳“中國古建築木作營造技術”,博遠出版社,1993

4. 陳啟仁、張紋韶,“認識木建築”,木馬文化,2003

5. 林會承,“傳統建築手冊.形式與作法”,台灣藝術家出版社,1990

6. 中國科學院自然科學研究所,“中國古代建築技術史”,科學出版社,1985

7. 潘谷西,“中國建築史”,六合出版社,1999

 

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