郭 宁 柳 肃
(湖南大学建筑学院,长沙410012)
一种正在消逝的古代木结构
——斜梁结构初探
郭 宁 柳 肃
(湖南大学建筑学院,长沙410012)
我国传统建筑中有种斜梁承檩的结构形式,是有别于我国传统穿斗式、抬梁式之外的一种特殊木结构形式。很可能这种结构形式曾在历史上占有重要的地位,但随着我国木结构技术的发展而慢慢消逝。现存的古代大型官式建筑中尚有少量遗存,在使用传统工艺的民居建筑中还大量存在。前人对抬梁式结构、穿斗式结构进行了详尽的研究,但是对于这种斜梁承檩的斜梁结构,并没有进行专门的研究。文章通过对现存古建筑和民居中遗存的斜梁结构入手研究,分析和总结了斜梁结构的基本特点,提出了关于斜梁结构的一些思考问题。探讨斜梁结构的起源和文化意义对中国古代建筑史研究有重要价值。
传统民居 斜梁结构 演变过程
我国传统建筑中有种斜梁承檩的结构形式,这里暂且称它为斜梁结构。这种结构形式是有别于中国传统木结构穿斗式和抬梁式之外的一种特殊结构形式(图1)。穿斗式是用穿枋把柱子串联起来,形成一榀榀房架,屋面荷载直接由檩传至柱,不用梁。抬梁式是在立柱上架梁,梁上又抬梁,屋面荷载由梁自上而下传递,最后到柱,也称叠梁式。斜梁结构显著特征是屋架上部有两根斜向交叉的梁,斜梁下部为穿斗式、抬梁式结构或完全置于墙上。由于斜向承力构件的存在,斜梁上檩子可以任意放置,不用严格的置于柱顶位置,瓜柱放置也比较自由。
斜梁结构与西方近代出现的豪式屋架在结构形式和受力方式上有着诸多的相似点,两者都是利用三角稳定结构来承担屋面荷载。西方的豪式屋架源于中央立柱的“kingpost”屋架,中国传统斜梁结构可能源自大叉手结构,其梁架的结合方式也是中国传统的榫卯方式。两者不同之处在于,斜梁结构大部分是用与斜梁相交的立柱来抵消屋顶荷载产生的侧推力,西方豪式屋架则是用与斜梁相拉接的横梁来抵消屋顶荷载产生的侧推力。就现存使用斜梁结构民居来看,我国民居建筑中斜梁结构技术水平各地不同,从中可以清晰的看出其发展阶段。
图1 三种结构形式的区别
过去建筑历史研究的对象仅限于宫殿、庙宇等官式建筑的研究,忽视了普遍存在的民居建筑,近30年来才慢慢注意到研究民居建筑的重要性。民居建筑中的斜梁结构更是没有被系统的研究过,这一结构形式在湖南湘西苗族民居、滇西南少数民族民居、豫南汉族民居、苏北汉族民居、四川凉山彝族民居和广西黑衣壮族民居中都有其形式存在。[1—5]
斜梁结构在大型官式建筑中仅有少数遗存,而在我国广泛分布的传统民居中还大量存在。以往的调查中,认为古建筑木结构的形式不是穿斗结构就是抬梁结构,往往忽视了其他结构形式的存在。由于各地风俗传统、地理文化、历史沿革不同,不同地域的斜梁结构都带有鲜明的地域和民族特色。
前人研究中对这种结构形式都有不同的表述,但并未针对斜梁结构进行系统的研究:如湖南大学建筑学院的柳肃在《湘西民居》一书中介绍到,“所谓斜梁即在柱子和瓜柱的顶上,沿着屋架的方向,顺着屋顶坡度放置一根圆木,从屋脊一直延伸到檐口,这个圆木就是斜梁”[6]。东南大学建筑学院李新建在《苏北金字梁架及其文化意义》一文中则叙述到,“金字梁区别于立字梁的主要特征是使用两根成人字交叉的大斜梁,并由此带来了包括柱、檩在内的整个木结构体系在结构和构造与抬梁、穿斗体系的巨大差异”[7]。樊莹、吕红医2009年发表在建筑学报上《豫南山地传统民居木作技术及其影响因素研究》一文中提到,豫南地区有一种特殊的“八字架”屋架结构,形似“八”字得名,即大梁中间竖向立柱,立柱上支“八”字形木材而成[8]。韦玉姣等人在《广西那坡县达文屯黑衣壮传统麻栏自主更新的启示》一文中提到,“达文屯麻栏建筑木构架颇具特色。采用大叉手,即每榀屋架使用两根呈人字形交叉的大斜梁,由柱子、斜梁和腰串、大串组合的结构体系。”[9]民国学者石启贵在《湘西苗族实地调查报告》中对苗族民居结构有以下叙述,“茅屋起法,上面用长木两根,木条端处凿开公母之马口,以上穿上木栓而互相套着,做剪刀架式,架于柱上。构造式样,上锐下阔,形同Λ字,故名Λ字棚”[10]。就各个学者对各地民居斜梁结构不同的论述中,可以看出各地域斜梁结构虽有不同,但其共同的基本特点是,梁上承檩,屋顶荷载由斜向交叉成人字的斜梁所承受(图2)。
图2 各地斜梁结构民居
就现在收集到的资料来看,斜梁结构在全国部分地域的民居中还大量存在着(图3)。湖南省主要分布在湘西苗族居住的村落中,如湖南凤凰县腊尔山、禾库、麻冲等地区,这些地区的苗族民居大多数都是斜梁结构。根据湖南大学、日本鹿儿岛大学20世纪90年代在凤凰县腊尔山地区的调研,200年前至20世纪80年代的苗族民居大多采用斜梁结构[11]。江苏省则分布在苏北徐州、连云港宿迁、盐城北部地区。根据东南大学李新建的研究,在徐海地区除了少量的重要建筑使用抬梁和穿斗外,在数量上占绝大多数的传统民间建筑均使用金字梁结构[7]。河南省则分布在豫南山区位于南北区域的过渡地带,主要是指河南信阳市新县、光山县、罗山县、商城县、固始县的山区,但是斜梁结构民居的具体分布状况、数量并不清楚。四川省则分布在凉山彝族生活的地区,这里的民居带有明显的民族特色,也有斜梁结构存在,但具体分布、数量情况没有具体资料。另外在广西黑衣壮族民居(图4)、云南少数民族民居(图5)等地方民居中都存在相似结构。
图3 斜梁结构民居
尽管都是利用斜梁承担屋顶荷载,但是湘西苗族民居、四川凉山彝族民居、苏北汉族民居的斜梁在结构上有着明显的不同。湘西苗族民居斜梁结构,仅仅是简单的在穿斗结构柱上部架斜梁,斜梁与横向的穿枋并不直接连接形成一个完整的三角屋架。四川凉山彝族民居斜梁结构明显比湘西苗族民居斜梁结构有了进一步的发展,采用满瓜满枋承接斜梁,甚至出现了利用插栱层叠出挑承担不落地中柱的结构形式。就斜梁与穿枋的组合来看,彝族工匠还不知道横向构件是受拉力作用的构件。[12]苏北汉族民居的斜梁结构已跟现代豪式屋架十分类似,屋架结构已经是一个完整的三角结构。可见此时汉族工匠已经完全掌握了斜梁结构的受力特性,横向联系构件也比较粗大,斜梁直接插入横梁,横梁受拉力作用的特性已很明显,传统斜梁结构发展到此时已完全成熟(图6)。
图4 广西达文屯黑衣壮传统麻栏
图5 云南少数民族民居
各地民居中遗存的斜梁结构还有不少,其出现和发展的历史过程已难溯源。东部沿海地区的斜梁结构在发展的过程中,很难说没有受到泊来文化的影响,而湖南凤凰苗族、四川凉山彝族身处内陆边远山区,与外界交流有限,其斜梁结构则无疑是土生土长的一种结构形式。
图6 民居结构简图
中国传统木构架体系的类型很多样,如斜梁屋架结构、悬臂木桥式结构、纵架式结构等等。从宋代的《营造法式》、清代的《工程做法则例》以及现存的大型官式古建筑来看,大型建筑基本上使用的是抬梁式结构。民居建筑则北方使用抬梁式,南方使用穿斗式,也有穿斗与抬梁结合的形式存在。斜梁式结构可能来源于原始的棚架结构,这是一种较原始的结构形式。当抬梁式、穿斗式结构形成和完善以后,斜梁式就逐渐衰落了。
4.1 汉代时期的表现
图7 汉代民居的木构形式、广东广州汉墓明器表现的民居形制
汉代是我国古代建筑的一个繁荣时期,这个时期的突出表现是木构建筑日趋成熟,砖石建筑和拱券技术有了很大发展。从画像石、明器反映的木结构建筑形象,我们可以推断出汉代木结构发展的状况。明器反映此时的屋盖还是直坡形象,当时创造了“櫼”(原始昂),推断其屋顶荷载可能是使用斜梁结构承载(图7)。由于单体建筑体量、面积的进一步加大,建筑中心的通风采光成了很大的问题。汉代的明器跟画像石中多有斗拱形象,当是为了抬高屋顶以利房屋采光和维持木结构稳定的作用。
现存的汉代建筑遗物有墓、石室、阙、崖墓为实物。梁思成在《中国建筑史》一书中谈论汉代建筑构架时,特别提到了朱鲔墓址所遗残石一块。残石“三角形,上刻叉手,叉手之上刻两斗。其位置乃以承石室顶板者(图8)[5]。日本京都法隆寺飞鸟时代回廊及五台山佛光寺大殿,均用此式结构,汉代建筑内部结构之实物,仅此一例而已。”
4.2 南北朝时期的表现
我国南北朝时期的木构建筑已没有实物,幸运的是能反映南北朝时期建筑式样的日本飞鸟式木构建筑还有实物遗存。飞鸟时代建筑样式必有所变化,但是我国南北朝时期的木结构式样,仍可借助日本飞鸟时代佛教建筑式样一窥乾坤。
现存世界上最古老的木结构建筑是日本奈良的法隆寺,据推断其反映的是中国南北朝、隋的建筑式样。从法隆寺五重塔剖面、法隆寺金堂屋盖,我们可以清楚的看到斜梁承檩,斜向的支撑构件支撑整个屋顶的荷载。同时可以清楚的看到有类似昂、栱的构件存在。这段时期应当是直线屋盖向曲线屋盖转化的早期形式,大木结构更像是抬梁与穿斗的组合形式。(图9)
图8 山东金乡县朱鲔墓剖面图
我国南北朝时期木构建筑虽已没有实物,但是从同时期石窟的雕刻和壁画中还可了解当时的建筑形象。此时期石窟雕刻所反映的建筑构架形式大致是:早期土木混合结构;中期土木混合结构或是木结构;晚期推测为全木结构(图10)。梁思成在《中国建筑史》一书提到,“至于室内梁架,则自日本奈良法隆寺回廊梁上之人字形叉手及汉朱鲔墓祠叉手推测,再证以神通寺塔内廊顶上施用三角形石板以承屋顶,则叉手结构之施用,殆亦为当时通常所见也。”[5]这里的叉手不能等同于唐宋时期仅承载脊檩荷载的叉手,应当更多的偏向于斜梁,有承檩、承担屋面荷载的作用。从这些雕刻所反映建筑屋盖的形象中,我们可以大致推断出,此时期承受建筑屋顶荷载的还是斜梁结构。
图9 法隆寺金堂屋盖构架与受力形式
图10 北朝晚期建筑构架
4.3 隋唐时期的表现
隋朝时间较短,建筑形式上应与唐朝相同。唐朝还有山西五台山建于公元782年的南禅寺大殿和建于公元857年佛光寺大殿遗存。同时期,日本大化改革后进入奈良时代,全面学习中国,建筑实物也有不少遗存,如奈良约建于公元770唐招提寺。
从日本唐招提寺金堂的剖面图上(图11),我们可以很清晰的看到,虽然完整的斜梁结构已不见,但是昂作为斜向受力的构件仍然承载着出挑屋面结构的荷载,此时斗拱的形象已经很鲜明。比日本唐招提寺金堂晚100年的山西五台山佛光寺大殿,从剖面可以清晰看到大木结构已经是完全的抬梁结构,结构受力更加稳定和合理(图11)。此时构架上部承担梁架荷载的还不是瓜柱,而是由方木垒叠构成。梁思成先生在介绍唐代建筑构架特征时,曾提到“佛光寺大殿平梁之上不立侏儒柱以承脊檩,而以两叉手相抵,如人字形斗栱。宋辽实物皆有侏儒柱而辅以叉手,明清以后则仅有侏儒柱而无叉手。敦煌壁画中有绘未完之屋架者,亦仅有叉手而无侏儒柱,其演变之过程,至为清晰。”[5]可见此时承载脊檩的依然是叉手,但是已不同于南北朝时的叉手,此时叉手已无承担屋面荷载的作用。出挑屋面的荷载依然是用昂承担。
4.4 宋元时期的表现
宋元时期木构建筑我国遗留实物较多,如:山西晋祠圣母殿,山西榆次永寿寺雨花宫,河北正定龙兴寺转轮藏殿,等等。当时的建筑风格、做法还可寻得实物推敲,加上宋代李诫在两浙工匠喻皓《木经》基础上编成的《营造法式》,使得我国古代木构建筑的做法更是有据可查。同时期的日本、韩国也存有建筑实物可作参考。
图11 佛光寺大殿剖面,唐招提寺剖面
图12 亭榭攒尖用瓪瓦举折
《营造法式》中有种叫“亭榭攒尖”的形式,专门用于攒尖屋顶建筑。“亭榭攒尖”不是一种结构形式,而是因为亭子、楼榭建筑常采用攒尖顶形式。其特点是在中央最高处有一根童柱,叫“雷公柱”。用斜梁斜向支撑雷公柱,形成一个类似伞架的结构形式,柳肃将其命名为“伞架式”。从结构上来看,“亭榭攒尖”更像由四、六、八个角梁形成的特殊结构形式,它的剖面成人字型,梁上承檩,承受屋面荷载,与文中定义的斜梁结构十分相似。(图12)
北京大学考古学及博物馆学专业王书林,在其硕士论文《四川宋元时期的汉式寺庙建筑》中介绍了四川地区宋元汉式寺庙建筑的平面布局特征,探讨了其形制特征和发展脉络。[13]最可贵的是此时期眉山报恩寺大殿、阆中五龙庙文昌阁和芦山青龙寺大殿的木构架带有明显的斜梁结构特征。
眉山报恩寺大雄宝殿内额上有“泰定四年□□丁卯十月已未”字迹,可知其为元代所建。王书林在其论文中写到:“大殿明间较广,其梁架构造不同于一般作法,值得关注。其脊榑两侧分别施斜袱,置于榑与其下顺榑圆木之间,形成类似‘叉手’的式样,但其用材远大于叉手,以杠杆原理承重,本文名之为‘大叉手’”。(图13)[13]
阆中五龙庙文昌阁,据院内古碑刻“……五龙山左边生男□□,夫唐氏生大祖任志和李氏(苑土)于本宅,后男任子才、任子进猷舍木直二祖任志贤……惠任子……于大元至正三年修立……”等文字,推测五龙庙文昌阁为元建。王书林论文中提到:“上层内额做圆木月梁状,补间位置施鹰嘴蜀柱,前檐补间铺作后尾即挑至此,与蜀柱相交。后排内柱间也施圆木月梁状内额,额上补间位置施鹰嘴蜀柱,后檐补间铺作后尾与该蜀柱相交。两蜀柱上承‘大叉手’,大叉手分别横跨两椽,压于顺脊袱之上,于脊榑下相交”。(图14)[13]
历史资料显示青龙寺大殿可能为元代至正年间建造。王书林在对大殿明间构架做法描述中提到:“于中平榑下内额上施大斗,前檐明间正中一朵补间铺作后尾施挑斡经下平榑挑至此,出斗作栱,栱上又施斜向‘大叉手’经上平榑挑至脊榑下。上平榑下之内额中部施大斗承扶壁两层承异型替木以承榑,大叉手即与此相交。脊榑下之内额中部也施大斗承十字栱承异型替木承脊榑,大叉手即压于内额之上,承于大斗之下。后檐部分与此类似,但其中平榑下之内额上未施铺作层,而是大叉手直接叠于中平榑和其下内额之间。”(图15)[13]
图13 眉山报恩寺大殿明间横剖面图
图14 五龙庙文昌阁明间横剖面图
从上面三个四川元代古建寺庙来看,建筑体量都不大,平面呈方形或近似于方形,都在明间有用斜梁承檩,承担屋面荷载。王书林论文中对这种现象的总结为:“其柱间梁架与一般梁架作法无异,但于建筑明间补间铺作位置出大叉手,该叉手宽约两材有余,至少横跨四架椽,一端位于脊榑和其下内额之间,另一端位于中平榑和其下内额间,承上平榑,且于补间铺作后尾之斜向构件连为一体”[13]。这些表现都符合斜梁结构的特点,这种结构很可能是一种比较原始的结构形式,只能适用于体量较小的官式建筑当中。
图15 青龙寺大殿明间横剖面图
这里暂时把这种结构形式定义为斜梁结构,其特点是屋架人字形、斜梁承檩、承担屋面荷载。考虑到四川彝族民居、苏北金字梁和豫南八字架在结构上已有所变化,不能简单等同于“大叉手”结构。如果说湘西苗族民居与“大叉手”结构相似,那么四川彝族民居中使用的插拱层叠出挑和横拱构件、苏北金字梁和豫南八字架类似西方豪式屋架就无法解释,所以暂以斜梁结构称之。古建筑中斜向受力的构件还有叉手、昂、角梁、托脚和搭牵(束木),以是否承檩为区别,这些构件是否也应该划入斜梁结构的范畴。
古建中叉手形态经历了好几个阶段,其承脊檩方式与斜梁结构类似,直至明清时期才仅用侏儒柱承脊檩。最早的古建实物中日本法隆寺金堂叉手有承檩、承担屋面荷载的作用,后佛光寺大殿仅用叉手承脊檩,但不承担屋面荷载。宋辽时期侏儒柱与叉手并施,早期侏儒柱瘦小、叉手粗壮,后期侏儒柱粗壮、叉手瘦小。明清以后完全不用叉手。从叉手形态的发展过程来看,其是否是源于斜梁结构,还有待考证。
古建中昂承担着屋面出挑部分的荷载,刘致平在《中国建筑类型及结构》一书中认为:“昂即是最早的‘天地根源造’的木椽或櫼子。它们密密的排列着,做成两坡水顶。像这种大櫼子即是原始的昂”。“在我国有几个大昂的实例如赵城广胜寺元大殿,峨嵋明代飞来殿,全是大昂交于脊梁底下这充分说明了昂的作用,这是很原始的大昂残余”。[4]再有日本法隆寺金堂中云栱上置昂,昂上再置云栱承担屋面荷载。从以上特点来看,昂与斜梁结构的功用十分相似,是否也应划入斜梁结构范畴内。
古建中角梁起着承担屋面转角处荷载的作用,它支撑角梁以上的屋面荷载并传递给角柱,是形成屋面起翘的构造基础。《营造法式》中的“亭榭攒尖”就是一种特殊的角梁结构建筑,其结构特征更接近斜梁结构。古建中托脚、搭牵(束木)仅起稳定作用,基本不承载荷载,像是斜梁结构在建筑构件中的残留形式,唐宋建筑、朝鲜半岛“柱心包”建筑、福建地方建筑中多见。以上构件是否也可划入斜梁范畴,还有待研究。
斜梁结构的梁架形式、受力特点和构造做法有其独特的特点,并带有我国古代早期木结构建筑的鲜明特征,其演变的过程和结构形式还有待进一步的考证。从历史上来看,斜梁结构适用于平面简单和体量较小的建筑。随着我国建筑技术的进一步发展,建筑规模的进一步增大,其发挥的作用越来越小。从各地斜梁结构民居来看,其自身也经历了一个发展成熟的过程,不同地域、民族的斜梁结构民居中能清晰看到这个发展历程。斜梁结构在少数官式建筑和各地相当数量的传统民居当中还存有实物,探讨其起源和文化意义对中国古代建筑史研究有重要价值。
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Prelim inary Study on the Inclined Beam Structure:A Vanishing AncientWooden Structure
GUO Ning,LIU Su
(School of Architecture,Hunan University,Changsha 410012,China)
Apart from the two most known traditional Chinese wooden structures,the Chuan Dou wooden structure and the lifting beam(Tai Liang)wooden structure,another kind of structure,the inclined beam wooden structure was originated from the ancient primitive scaffolding structure. The inclined beam wooden structure may have played an important role in history,but it faded out during the development of the wooden structure technology.While it is hard for one to find inclined beam structure in existing ancient official buildings,it is still able to be found among vernacular architectures.The lifting beam(Tai Liang)wooden structure,Chuan Dou wooden structure has been studied in detail,but inclined beam wooden structure has not been specially studied.This paper focuses on the oblique beam structure of the remains of existing ancient buildings and houses.In this study,the basic characteristics of oblique beam structure is analyzed and summarized.New thoughts are put forward about oblique beam structure in the study.The discussion on the origins and cultural significance of the oblique beam structure has a significent reaserch value on the history of ancient Chinese architecture.
traditional residence,inclined beam,evolution process
N092:TU-092
A
1000-0224(2014)03-0345-10
2013-11-26;
2014-08-04
郭宁,1978年生,湖南长沙人,博士生,从事地域建筑文化研究;柳肃,1956年生,湖南长沙人,教授、博士生导师,主要从事地域建筑文化研究、传统民居村镇保护规划研究。