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构件的连接（一） ——榫卯连接与斗栱: 热度 13 武际可 2017-2-11 09:01; 构件的连接（一） ——榫卯连接与斗栱一位巧裁缝，能够把剪裁好的布片连缀成端庄或华丽的服装。结构工程师能够把构件连接成宏伟的大厦与各种特别用处的结构。裁缝用的是针和线。结构工程师们用的是什么手段呢？人们用的手段因材料而异。一．榫卯连接我们首先来介绍一下对于木质构件的连接。最常用的就是榫卯连接。榫卯这个词，榫表示构件突出的部分，卯表示凹进的部分，榫部紧密地进入卯相互连接，就称为榫卯连接。由于木结构有数千年的发展历史，所以榫卯连接的历史也非常久远，而连接的形式和花样层出不穷，已经成为一门特殊的学问了。图 1 浙江余姚河姆渡文化出土的榫卯连接类型图 2 河姆渡文化榫卯连接的实物图 1 是 1973 年发现的浙江余姚河姆渡文化出土的榫卯结构连接的类型，图 2 是榫卯连接的部分实物，河姆渡文化距今已有 5000 至 7000 年的历史。可见木构件的榫卯连接在我国的历史悠久。在这样长的历史发展中，榫卯结构产生了适应不同需求繁多的类型。下面我们就来简单归类介绍一下。对于要把两根杆对接起来的榫卯如图 3 ，这种情形，对接的两部分需要稍长的对接长度，这样比较能够耐受弯曲，另外其中关键是有一枚楔钉插入卯孔，连接在一起的两根杆就不会在拉力作用下拉脱。图 3 两根杆对接的榫卯结构图 4 两根杆成直角连接时的榫卯结构对于两根干成直角的连接，如图 4 。适应于不同情况，图上列出了 12 种不同的连接办法。有明榫，有暗榫，还有半明暗的榫；有单榫有双榫等等。值得指出的是，两根杆成直角的连接，并不一定要在杆的端头，可以发生在一根杆的中间，或者两根杆在中间相互交叉成直角或任何角度，这时就要把上述的各种榫卯技术灵活应用，或改型构思新的榫卯形式。三根柱体相互垂直交接在一起，这无论在家具还是在房屋建筑中都是经常遇到的。实施方案有很多种。图 5 是一种称为粽角榫的连接。它使三根柱体牢固连接三面都很平滑，经常在明式家具中看到，图上的这个粽角榫是用的透榫，如果用暗榫（或称闷榫）则在三面只看到三条呈 45 °的线，一切都很平滑。显得很干净。图 6 是三根圆柱连接的情形，这种榫要求结合起来后，只看到圆柱之间的相交线。这类榫制作起来需要有较高的精度。图 5 粽角榫图 6 三根圆柱相交的情形图 7 梁柱的交接图 7 是梁柱交接的榫连接，在两根梁交叉的地方需要相互减弱一半，相互搭接后再置于开十字槽的柱头。由于梁的交接处减弱了所以在梁的下边柱上增加两片枋（如图右），以改善梁端的强度。图 8 的左边也是两根梁交接在柱头上，不过它让一根梁通过一个柱头上的榫直接搁置在柱头上，另一根梁搭接在第一根梁之上。图的右边是仿照图 5 的粽角榫将三根垂直相交的杆交汇在一起，不过却简单多了，这种榫接不能牢固地汇合，需要胶粘或螺钉仰或是楔钉加以固定。图 8 图 9 板的榫连接图 9 是关于板的榫卯连接，上面的三个是板面的拼接。通常的木地板都采用的是企口接。一般两块板成直角的连接，大多用燕尾榫连接。我们上面大致介绍了木构件之间的榫连接，值得注意的是，在古代的石材建筑中也大量地应用榫卯连接。一般石栏杆、石牌坊、石桥等结构就经常使用榫卯连接。图 10 是一个石材用榫卯连接的例子。图 11 、 12 、 13 则是三座著名的石材建筑，都是用榫卯连接在一起的。图 10 石材的榫卯连接图11山东大汶口明石桥北起泰安市岱岳区大汶口镇南门，南至宁阳县磁窑镇茶棚村。明朝隆庆年间(公元1567-1572年)修建，故名“明石桥”。图12 珠海十景梅溪牌坊，採用榫鉚方式構造，有瑞獸、花果、人物、書法和八仙圖案，雕刻精美。图 13 巴尔贝克神庙位于贝鲁特东北 85 公里，建于公元 60 年前后是世界驰名的古迹。二．斗拱连接中国古建筑中，在世界上一种特有的构件之间的连接方式，就是斗栱。它也可以说是榫卯连接在建筑上的一种特别的表现。中国古代建筑是以木材为主要构件的建筑体系，梁和柱承重，门窗和墙壁只是作为围护，并不承重。这种承重的结构，下边是立柱，上面是梁桁，在立柱与梁桁之间有一种全面应用榫卯连接技术的构件，就是斗拱。由于有斗栱，能够使出檐向外远伸，也使梁柱的受力更加合理。所谓斗栱是由直接支承在柱顶或栱上的四方形的“斗”与在斗之上向上成为弓形的“栱”合成。（图 17 ）所以合称为斗栱。图 14 四川都江堰市出土图 15 东汉山东苍山县前村出土图 16 山东汉画像石图中已经明显看到有斗栱的构件斗栱结构在中国有很久远的历史。大约在商周时期，中国的建筑结构中就已经有斗栱的雏形了。从青铜器的图文中已有反映，后来在战国时代的出土文物上也有斗栱的形象。在汉代的画像石上已经有大量的斗拱图像（图 14 、 15 、 17 ）。开始，最早的斗栱是柱支承一根梁时候，将支撑力分为两个或三个，后来斗栱变得愈来愈复杂，一个柱头可以支承多根梁或枋。现存最早的斗拱建筑实物，应当是山西五台山佛光寺大殿（图 18 ）。到了宋代，在李诫著的《营造法式》中已经详细介绍斗栱的制作与用材。明清以后，则甚至规定一些重要建筑一定要用斗栱。图 17 斗栱连接示意图图 18 五台山佛光寺大殿的斗拱图 19 斗栱连接示意图为了说明斗栱对梁的受力所起的作用，我先来看图 20 ，在马的挽具后面挽绳系在一根系杆上，它是一根等臂杠杆，就是说无论马怎样走，马两边的挽绳受力都是一样的。右边是系杆放大的情形。如果我们有两匹马来拉一辆车，那么按照图 21 挽绳的系杆安排，则两匹马在任何情况下，挽力的分担也是均匀的。如果有四匹马或八匹马来拉车呢，只要多一两层系杆，就能够使各匹马分担相同的挽力。上面说的系杆分配的挽绳的拉力，而斗栱是要把柱头的支撑力比较均匀地分配到梁上。所分配的是压力。我们再来看图 22 ，那是一个汽车上的雨刷，它是受挽绳系杆启发的发明，它要使雨刷板 B 任何时候任何点都密切地和汽车玻璃接触，为此它设置了三层栱，每一层都是一根等臂杠杆而且具有相当好的弹性，第一层一个栱、第二层两个栱、第三层四个栱，这和我们分配马拉车的系杆是一样的。所不同的是现在是压力。经过这样分配后，摇杆通过 A 钩与雨刷的 A 孔相连给雨刷一个压力并带动雨刷在汽车玻璃上来回摇动，尽管汽车窗玻璃是不平的，而且每时每刻雨刷板所接触的玻璃的曲线都在变化，由于雨刷板所受的压力都很均匀，而且雨刷板又有一定的弹性，所以雨刷板就总是与窗玻璃贴合的，把雨滴扫得干干净净。到这里，你该看明白了，斗栱从力学上来说至少有两重作用：第一，斗栱的作用就是和汽车的雨刷上的“斗栱”是一样的，它也有一定的弹性。它的作用是把柱头上的集中力，分为若干个等效的相互有一定距离的集中力作用到被支承的梁上。有一点差别，雨刷与挽绳系杆的支点都近似是一个点，而斗栱之间的接触是一小块面积，正由于此，各级杠杆看作是等臂的只是一个大体的近似，另外有的栱还有中间支点，所以经过它分配的几个力虽然不能看作完全均分的，但总可以看作是以一定的比例分配的。我们知道，集中力对梁引起的弯矩，比起同样大小的分布的若干力要大，所以斗栱使得梁的受力更为合理，它减小了梁的局部应力。第二，斗栱还在一定程度上，减少了立柱的数目。斗栱和雨刷毕竟不同，雨刷是平面的，而斗栱是立体的，雨刷只是把摇杆的压力均匀分配到刷板的各点，而斗栱不仅把柱头的支撑力以一定的比例分配到一根梁的各点，还要把这个支撑力以一定的比例分配到纵横交错的多根梁或枋上。斗栱不仅能够把作用在一根梁上的支撑力分散，而且能够使一根立柱支承若干根梁。从而大大减少了立柱的数目，这就不仅能够使建筑的跨度增大，而且能够控制经过一根柱头上的各根梁的支撑力的合理分配，使得整个结构的受力分配更加合理。由于斗拱能够使立柱的减少，所以构件能够使建筑物的出檐外伸得很远，如图 19 ，房子的最外一排立柱是在 A 的地方，有了斗栱结构，依靠它支承了几根纵向的梁，尽量使椽的悬臂部分减短，这就能够使出檐延伸到 B 而不需要增加新的立柱。因此斗栱的发明，而且发明得那样早，是很了不起的。图 20 挽具后面的系杆图 21 两匹马的系杆图 22 汽车上的雨刷参考文献潘德华，斗栱，东南大学出版社， 2011 郭希孟，榫卯之美——明清家具鉴赏，中国林业出版社， 2014 2016/8/21; 个人分类: 科普|41481 次阅读|16 个评论

[转载]木建筑榫卯结构的抗震性能: jiangming800403 2013-4-23 11:47; 榫卯联结方式是中国古代的一项伟大建筑技术创造,是确保木结构建筑具有良好的抗震性能的关键措施之一。如应县木塔; 个人分类: 安全与健康|2660 次阅读|0 个评论

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