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第九節 古建築木構架的結合工藝

作者:虓爺優雅

古建築木構架是由各式木構件在水準和豎向結合形成骨架,利用木材的受力特性,通過節點構造連接配接,使得古建築具有“牆倒屋不塌”的特點。構件之間的結合方法,古代主要有榫卯結合、膠黏劑結合、釘結合、綁紮法、金屬連接配接件連接配接法等,近代還有螺栓連接配接法等。

一、榫卯結合

榫卯是榫頭與卯眼的統稱,在古建築木構件結合部位,工匠将一根木構件端頭制作成突出形狀,稱為榫或榫頭,同時在相對應的另一根木構件端部制作出與榫相契合的凹口稱為卯或卯眼。在中國古代建築中榫卯結構的應用很早,在距今5000~7000年前的浙江餘姚河姆渡遺址中,就已發現了包括柱頭榫、柱腳榫、梁頭榫和企口等各種榫卯,詳見圖4-107。在宋《營造法式》中記載了對卯、鼓卯、螳螂頭口及勾頭搭掌等數種,詳見圖4-108。長期以來,随着工程技術人員的實踐探索,創造了很多獨具特色的榫卯工藝。

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圖4-107 浙江餘姚河姆渡遺址中的榫卯結構

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圖4-108 宋《營造法式》中榫卯舉例

木構架的榫卯種類很多,形狀各異,這些種類和形狀的形成,不僅與榫卯的功能有直接關系,而且與木構件所處的位置、構件之間的組合角度、結合方式,以及木構件的安裝順序和安裝方法等均有直接的關系。現根據清式榫卯所處位置及功能,将其劃分為以下幾類。

(一)柱類構件的榫卯

在古建大木中垂直構件主要是各類柱。古建柱可以分為落地柱和不落地的柱子兩大類。落地柱包括檐柱、金柱、中柱、山柱、角柱等,不落地的柱子包括童柱、瓜柱、雷公柱、垂蓮柱等,這些柱子都需要用榫卯來固定它們的位置。

1.管腳榫

即用來固定柱腳所使用的榫,其作用是防止柱腳位移。按照《古建築修建工程品質檢驗評定标準》(北方地區)(CJJ 39—91)中規定,管腳榫的長度不應小于該端柱徑的1/4,不應大于該端柱徑的3/10,榫子的直徑(或截面邊長)與長度相同。管腳榫用于各類落地柱及童柱柱腳,用于落地柱時,在相應的柱頂石位置應鑿出海眼,用于童柱時,在童柱下腳位置先安放一平鬥盤(也稱墩鬥),鬥上留有卯口。詳見圖4-109(a)、(b)、(d)。

2.套頂榫

套頂榫是一種特殊的管腳榫,其長短、徑寸均大于一般的管腳榫,并穿透柱頂石直接落于底墊石上。其長短一般為柱子露明部分的1/5~1/3,榫徑為柱徑的1/2~4/5不等,需酌情而定。套頂榫多用于長廊、涼亭、垂花門、牌樓等處。所起的作用是加強建築物的穩定性,但由于套頂榫深埋地下,易于腐朽,是以埋入地下部分應做防腐處理。詳見圖4-109(c)。

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圖4-109 管腳榫、饅頭榫、套頂榫、童柱管腳榫

3.瓜柱柱腳半榫

瓜柱管腳榫用于各式瓜柱柱腳與各梁架的連接配接部位。瓜柱管腳榫常見的為雙榫,榫厚為瓜柱寬的1/6左右(一般約為8分、25mm左右),榫長2~2.5寸(60~80mm)。當瓜柱較高時,為了增強柱子的穩定性,常采用角背。這時瓜柱的根部需要在半榫的基礎上做出蓋口榫,以便與角背一同安裝。瓜柱柱腳半榫詳見圖4-110。

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圖4-110 瓜柱柱腳半榫構造

4.饅頭榫

用于各柱柱頭(包括瓜柱)與各梁的連接配接部位,與之相對應的是梁頭底部的海眼,饅頭榫的尺寸與管腳榫相同,詳見圖4-109(b)。

5.柱頭檩椀

用于中柱、山柱、脊瓜柱柱頭與檩搭接部位。柱頭檩椀形式與梁頭檩椀相似,尺寸自檩下皮上返1/4檩徑定檩椀高,并按此向兩側按45°抹角,在檩椀底皮的中心位置做“鼻子”榫,“鼻子”榫尺寸高、寬同為1/5檩徑。

(二)梁(柁)類構件的榫卯

1.大進小出榫

用于抱頭梁、桃尖梁、插金角梁、遞角梁與柱子連接配接部位。榫頭厚,圓柱徑通常為1/4柱徑或1/3梁厚,方柱通常為1/4~3/10柱徑。榫頭“大進”部分高按照梁全高,長至柱中;“小出”部分高按照梁高的1/2,長按本身柱徑(出頭為半柱徑)。大進小出榫構造詳見圖4-111。

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圖4-111 大進小出榫構造

2.半榫

用于抱頭梁、桃尖梁、插金角梁、遞角梁與柱子連接配接部位。榫頭厚,圓柱徑通常為1/4柱徑或1/3梁厚,方柱通常為1/4~3/10柱徑,榫頭高按照梁全高,榫長至柱中。

3.半榫壓掌榫

用于山柱或中柱部位的梁架與柱子相交時,一般将榫高分為2分,将柱徑分為三份,使一端的半榫上部長1/3柱徑,下部長2/3柱徑,使另一端半榫上部長2/3柱徑,下部長1/3柱徑。并且按照《古建築修建工程品質檢驗評定标準》(北方地區)(CJJ 39—91)中規定,其下部所施輔助拉結構件雀替或替木必須是具有拉接作用的通雀替或通替木。半榫壓掌榫構造詳見圖4-112。

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圖4-112 半榫壓掌榫構造

4.檩椀與鼻子榫

用于各類梁架與檩、角梁與檩相交處。檩椀即放置檩桁的椀口,按照《古建築修建工程品質檢驗評定标準》(北方地區)(CJJ 39—91)中規定,梁頭檩椀的深度不得大于1/2檩徑,不得小于1/3檩徑,并且梁頭檩椀之間必須有鼻子榫,一般位置處榫寬為梁頭寬度的1/2。承接梢檩的梁頭做小鼻子榫,榫子高、寬不應小于檩徑的1/6,不應大于檩徑的1/5。

檩桁與角梁相交時,亦按照需要做出檩(桁)椀,在椀口處可以留出鼻子(又稱閘口),也可以不留,檩桁與遞角梁、角雲等相交時,梁頭做搭交椀,不留鼻子。檩椀與鼻子榫構造詳見圖4-113。

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圖4-113 檩椀與鼻子榫構造

5.階梯榫

多用于趴梁、抹角梁與檩桁相交處,長短趴梁相交處。

趴梁、抹角梁與檩桁相交處必須采用階梯榫。階梯榫一般做成三層,每層深入檩子不超過檩徑的1/4,榫長最長不超過檩中心線,并在階梯榫的兩側做出約1/4梁寬的包掩。另外梁頭外端必須壓過檩中線,過中線的長度不得小于15%檩徑。

短趴梁做榫搭置于長趴梁時,其搭置長度不小于1/2趴梁寬,相交處做法與上述略同,可不做包掩。階梯榫構造詳見圖4-114。

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圖4-114 階梯榫構造

(三)枋類構件的榫卯

1.燕尾榫

也稱半銀錠榫,是檐枋、額枋、随梁枋、金枋、脊枋等水準構件與柱頭相交部位所采用的榫。燕尾榫的形狀為根部窄,端部寬,呈大頭狀,這種做法稱為“放乍”,并且燕尾榫上面大,下面小,這種做法稱為“收溜”。放乍是為了使榫卯拉結有力,收溜是為了在下落式安裝時,愈落愈緊。

枋類構件制作時,燕尾榫長度不應小于對應柱徑的1/4、不應大于對應柱徑的3/10,榫子的截面最大寬度要求同長度。燕尾榫的“乍”和“溜”都應按照截面寬的1/10收分。

用于額枋、檐枋上的燕尾榫,又有帶袖肩和不帶袖肩兩種做法,做袖肩是為了解決燕尾榫根部斷面小,抗剪能力差而采用的一種補救措施,袖肩長度一般為1/8柱徑,寬與榫的大頭相等。

燕尾榫構造詳見圖4-115。

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圖4-115 燕尾榫構造

2.箍頭榫

箍頭榫為用于額(檐)枋與端柱或角柱結合處的特殊的榫卯構造。箍頭榫的具體做法為将額枋由柱中心線向外加出一柱徑(大式)或1.25倍柱徑(小式),将枋與柱頭相交部位做出榫、槽,柱皮以外的部分做成箍頭。箍頭有霸王拳和三岔頭兩種形式,分别應用于大小式建築之中。

箍頭枋有一面和兩面兩種情況。一面使用時,隻需在柱頭上沿面闊方向單向開槽,兩面使用時,柱頭部位需要十字開槽。當雙面使用箍頭枋時,雙向額枋在角柱頭扣搭相交,相交的部分應做出等口與蓋口,按照山面壓檐面的規律進行制作安裝。箍頭榫的榫高為8/10枋高,榫寬不應小于柱徑的1/4,不應大于柱徑的3/10。

箍頭榫構造詳見圖4-116。

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圖4-116 箍頭榫構造

3.大進小出榫

大進小出榫用于穿插枋與柱連接配接部位。榫頭尺寸:榫厚,圓柱通常為1/4柱徑或1/3枋厚,方柱通常為1/4~3/10柱徑;榫頭“大進”部分高按枋全高,長至柱中;“小出”部分高按照枋高的1/2,長按本身柱徑(出頭為半柱徑)。

4.半榫

半榫為用于承椽枋、圍脊枋、間枋、棋枋等與柱子連接配接的部位。榫頭厚,圓柱徑通常為1/4柱徑或1/3枋厚,方柱通常為1/4~3/10柱徑,榫頭高按照枋全高,榫長至柱中。

5.十字刻半榫

十字刻半榫為搭交榫的一種。常用于平闆枋(普拍枋)十字相交,刻口深為枋厚的1/2,刻口寬考慮兩邊分别按構件自身寬的1/10做出“包掩”(袖榫),所餘的8/10枋寬即為刻口的寬(長)。十字刻半榫構造詳見圖4-117(a)。

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圖4-117 搭交榫構造

(四)檩(桁)類構件的榫卯

1.燕尾榫

用于檩與檩之間的連接配接。燕尾榫榫頭上端頭部寬為檩桁直徑的3/10,下端根部按頭部寬的1/10各向兩側收乍。榫頭長同榫頭上端頭部寬,榫高按部位的不同分别做梁頭刻半榫或脊檩(桁)通榫。

2.十字卡腰榫

十字卡腰榫為搭交榫的一種,常用于搭交檩桁。具體做法為将檩桁沿寬窄面均分四等份,沿高低面均分二等份,依所需角度刻去兩邊各一份,然後再各刻去上面或下面一半,然後扣搭相交。

十字卡腰榫常用于四邊形、六邊形或八邊形建築,用于四邊形建築時應時按照山面壓檐面的原則刻口搭交,若用于六邊形或八邊形建築,不存在山面壓檐面的問題,同一根構件上,卯口的方向應一緻,即一根構件的兩端都做等口榫,相鄰一根構件兩端都做蓋口榫。不能一根構件上既做等口又做蓋口。

十字卡腰榫構造詳見圖4-117(b)。

(五)大木構件暗銷連接配接

暗銷不同于榫卯,它可獨立使用,是為防止木構件位移而設定的。常用于大額枋與平闆枋、老角梁與仔角梁、桁檩與墊闆、鬥栱各層構件之間等。常見的暗銷連接配接有載銷和穿銷兩種。

1.載銷

載銷是在兩層構件相疊面的對應位置鑿眼,然後把木銷載入下層構件的銷子眼内。安裝時,将上層構件的銷子眼與已載好的銷子榫對應入卯。大木構件使用銷子榫,目的是防止上下構件錯位。大木構件中的銷是長方形的,其尺寸多為1.8寸×0.8寸×2.5寸,鬥栱中的銷多為1.2寸×0.4寸×2寸。載銷構造詳見圖4-118。

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圖4-118 載銷構造

2.穿銷

載銷法銷子并不穿透構件,而穿銷法則要穿透兩層乃至多層構件。古建築中常見的使用穿銷的構件有:溜金鬥栱後尾各層構件的鎖合;古建築大門中檻上的門簪,大式屋頂扶脊木處的脊樁;牌樓高栱柱的柱下榫;椽子采用亂搭頭的搭頭部位等。穿銷構造詳見圖4-119。

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圖4-119 穿銷構造

(六)闆縫拼接處的榫卯構造

制作古建大木和部分裝修構件,常常要用到較寬的木闆,如博縫闆、山花闆、挂落闆、木樓闆、門扇闆等。這就需要進行闆縫拼接,常見的闆縫拼接榫卯有以下幾種。

1.銀錠榫(扣)

常用于博縫闆和榻闆。其形如銀錠,兩頭大,中腰細。将它鑲嵌于兩闆縫之間,可有效地防止由于年久開膠後拼闆松散開裂。銀錠榫的間距應不大于闆自身厚的10倍或闆自身寬的1.2倍。

2.裁口(企口縫)

是将木闆的小面按厚度裁掉一半,裁去的寬度與厚度近似,木闆兩邊交錯裁做,然後搭接使用,這種做法常用于立閘山花闆。

3.龍鳳榫

将木闆的小面居中裁出凹槽,另一塊與之結合的闆面則居中裁做凸榫,兩闆相結合正好凸凹相接。龍鳳榫是古建築闆類最常用的拼接方法,常用于山花闆、滴珠闆、挂落闆及木樓闆的拼接。

4.穿帶

将拼粘好的闆的反面剔出燕尾槽,槽深約為闆厚的1/3,然後将做好的燕尾穿帶打入槽内,它可鎖合諸闆,不使開裂,并有防止闆面凹凸變形的作用。穿帶常用于闆門門扇、立閘滴珠闆、挂落闆等。

穿帶有三種做法:一種為平穿帶,即穿帶與木闆表面平齊;另一種為明穿帶,即穿帶與抹頭結合在一起,做法與平穿帶一樣,但是穿帶要突出闆面;此外還有一種叫抄手帶,是一種暗穿帶,多用在厚木闆的拼接上,拼接時在厚木闆的小面中心打透眼,将一頭寬一頭窄的木帶相對插入鑿透的卯口内,這種暗穿帶常見于實榻大門門闆的制作。

5.壓掌

多用于屋面望闆之間的拼接,上下闆之間通過斜切面結合。椽子與椽子相交處也常采用壓掌做法。

常見的闆縫拼接榫卯詳見圖4-120。

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圖4-120 常見的闆縫拼接榫卯構造

二、膠黏劑結合

1.膠結材料

古代的膠質多是動物膠。商代甚至更早,膠就使用于木結構節點的結合。制膠材料一般都是取自于動物,包括皮膠、骨膠、魚膠、明膠等,皮膠和骨膠最為常用,習稱為“水膠”。其次是魚膠。動物膠成本低廉、調制使用友善、幹狀強度較好、熔點很低,為18~22℃。這種膠受熱融化,冷卻即凝固,膠合過程很短;膠層的彈性很好,不易使刀具變鈍。但大部分不耐水(遇水膠層就膨脹而失去彈性)、不耐菌蟲腐蝕。

木材膠合的過程既有化學反應也有實體反應。膠合的強度和大小與膠的品質、木材的性質、含水率、膠縫的厚度都有關系。質地軟、纖維散的木材如紅白松、杉松等和質地較硬的木材如柞木、棗木、青岡栎、檀木等黏結性能較好;木材的含水率在8%~10%時,黏結強度最高;刨削面越光滑平整,黏結強度越大;塗抹的膠層愈厚,膠結強度愈低,最佳厚度值為0.05~0.2mm。

2.膠合工藝

(1)木材表面處理 首先要使木材的含水率控制在8%~12%;木材表面要平整光潔,陳舊的和不幹淨的表面要經過刨削或用砂紙打磨;木材表面的木屑要用布擦或刷子刷淨。如有必要可将木材表面進行脫脂處理,以增加黏結力。

(2)熬膠 熬膠的溫度宜控制在60~80℃為宜,水溫過低,會延長溶膠的時間;水溫過高,會使膠降低黏度。溶膠還要正确掌握膠液的稀稠程度。膠液的稀稠程度視膠結對象和環境溫度而定。膠合木條或榫眼時,膠液要稠些,拼闆或層壓闆的膠液要稀些。冬天熬制膠液要稀些,夏天熬制要稠些。

(3)涼置與陳放 用膠黏合木料時,将調好的膠均勻地塗在兩個粘接面上,并使其在空氣中靜置一段時間,稱作“涼置”。然後将其貼合,再靜止存放一段時間,稱為“陳放”。涼置和陳放可以使膠液易于擴散、滲透并使溶劑揮發,提高黏結力。

(4)黏結固化 在黏結固化過程中,可以适當地施加外力,以確定黏結面的密合,避免産生縫隙,促使膠液滲透。施加壓力在陳放之後開始,到膠完全或基本固化後才能解除。

三、釘接

大陸木作中使用釘子的曆史相對較晚。春秋戰國時期,大陸冶鐵技術的發展,促使金屬釘在木作中的使用。據相關研究表明,鐵釘最先使用于舟楫,最遲到戰國晚期,建築大木開始使用鐵釘結合,并成為古建築木作結合的必要手段之一。

除了金屬釘外,古建築還有木釘和竹釘的使用,其實木銷的使用,實際上就是“大木釘”。這類釘一般先要用鑿或鑽做出小而深的卯眼,再用錘擊入釘料。古代的木工行業較少用金屬釘,甚至技術的高低往往以有無金屬釘來衡量,用釘者往往會受到蔑視而被認為是“外行”。其實在古建築修建中,小木構件結合中多用竹、木釘,不用鐵釘;大木構件結合多用暗銷,在視線不及的地方,如古代的椽子、望闆等均有釘結合的執行個體。

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