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作者結構合理木質游樂設備：陳無術

木頭是一種常用的建筑材料，廣泛應用于東西方的建筑中結構合理木質游樂設備。木頭可以雕鑿，也就可以通過雕鑿的辦法制作出凸起與凹槽，凹凸對拼就能起到連接構件的作用，這種連接方法被稱為“榫卯結構”。

◎ 榫卯結構

很多人認為榫卯結構是中國古代木構建筑和木構家具的靈魂，是中國古人傳統(tǒng)智慧結構合理木質游樂設備。

因為使用榫卯連接構件，要在成器之前就提前做好構件的通盤規(guī)劃，自選材始就要在尺寸上對連接部予以考慮，還要根據(jù)連接的方位去具體設計榫卯的位置，器物未成，匠人就要先有成竹在心，否則一旦改動，構件整個就廢掉了結構合理木質游樂設備。

這種體驗結構合理木質游樂設備，做過木工活的人都有深切體會。

從這個角度看，榫卯結構就有一大缺點，那就是它阻礙了匠人根據(jù)制作過程中的具體變化隨意改變設計，因此中國古代木構建筑和家具的設計也就基本上是千篇一律。不管是斗拱梁架，還是家具桌椅，絕大多數(shù)都是一個模子刻下來，因此也就需要有《營造法式》、《工程做法則例》等規(guī)則性的書籍，方便匠人取材。

◎ 故宮琉璃瓦瓦釘

同時，古代木構建筑也有作法越來越簡便、越來越取巧的發(fā)展傾向，乃至于到了明清時期的木構建筑，唐宋時期的特殊做法都不復存在，明清樣式古建筑的特點也被梁思成先生稱為“衰老羈直”。

這些問題當然不能全部歸咎于榫卯結構，但是榫卯結構與中國古人作用木材的整體思路還是相當匹配的。

◎ 榫卯結構的起源

雖然說榫卯結構是中國古代智慧的結晶，但榫卯結構究竟起源于哪里尚是個有爭議的問題。

1973年，在浙江省余姚市河姆渡鎮(zhèn)發(fā)現(xiàn)了距今六、七千年的新石器文化遺址，其代表的文化被稱為“河姆渡文化”。在河姆渡遺址中出土了大量木質構件，有部分是使用凹凸對插的榫卯結構連接的。

◎ 河姆渡遺址出土的木質榫卯，而為了確保榫卯構件的穩(wěn)固，河姆渡人會在榫頭打孔以安插木質銷釘

無獨有偶，在德國的萊比錫附近的一個小鎮(zhèn)Altscherbitz，發(fā)現(xiàn)了距今7000年的新石器時代文明遺址，隸屬于中歐地區(qū)的Linearbandkeramische文化。

◎ 在德國的萊比錫出土的木質榫卯

這里出土了七千多年前先民的干欄式建筑遺跡，這些干欄式建筑使用的木構件，也是用榫卯結構拼接而成的。

補充解釋一下，“干欄式建筑”是一種民居建筑，新石器時代被人類廣泛采用作為居住房屋的主要結構之一，現(xiàn)代依然廣泛分布于東南亞、中南太平洋、中國南部等地區(qū)。主要特點是竹結構或木結構，以長條形的構件四面拼接成方框，再以同樣大小的方框層層堆砌成房屋的四面墻。四根木條如果要拼接成方框，要保證四面都在一個水平面上，而不是二高二低，層層堆砌的時候墻面才能做到不漏風。

基本做法就是，每根木條在拼接處都鑿進去直徑的一半，凹凸拼嵌，就能讓一個方框四根木條成為一個平面。這種做法的優(yōu)點是不需要嚴格規(guī)定每根木條的尺寸，只要拼接部之間的距離統(tǒng)一就可以了。

◎ 干欄式水井榫卯結構

德國出土的木結構不僅有干欄房屋，還有干欄式水井，其拼接方式更加復雜，在兩根橫木條兩端挖洞，在兩根豎木條兩端作出凸起，插入橫木條的洞里。

這種做法就必須保證每根木條的尺寸都要統(tǒng)一。同時還使用楔子插入孔眼，防止脫節(jié)。在中國，這種楔子傳說是魯班“發(fā)明”的，可是春秋戰(zhàn)國時期的魯班，比起中歐的Linearbandkeramische文化，已經(jīng)晚了四五千年。

◎ 干欄式水井榫卯結構

在古埃及圖坦卡蒙法老的陵墓中，大量發(fā)現(xiàn)古埃及的木制家具，其中有椅子、凳子、桌子等物品，距今約4800年。這些木制家具，其構建連接都是使用的榫卯。

◎ 目前的考古證據(jù)表明，古埃及人是最早使用椅子的民族。圖為圖坦卡蒙金王座。這把配有腳踏的金王座（椅子）與現(xiàn)代椅子沒有本質區(qū)別

◎ 古埃及新王國時期（公元前1550-前1070年）榫卯結構的木質凳子，佛羅倫薩國立考古博物館埃及館

當時的東方，還沒有椅子這種家具，大約是魏晉南北朝時期才傳入中國的。同時傳入中國的還是一種交腳挨凳，也就是唐代所稱的“胡床”。

此外，榫卯并不是木構件的專利，其他材料的構件同樣可以使用榫卯，如青銅、石材、陶瓷等，在東西方的考古發(fā)掘中均有發(fā)現(xiàn)。

至少從留存的古代遺跡來看，榫卯并非東方的“專利”，也無法判別究竟是“中國人”還是“西方人”發(fā)明了榫卯。其實，對于起源問題，糾結某一種東西到底是哪里的先民最先發(fā)現(xiàn)的，根本沒有意義。

◎ 榫卯和釘子的關系

事實上，無論是東方還是西方，古代木結構的房屋大致都是使用榫卯結構。

但是，使用榫卯結構并不等于完全不用釘子，同時，榫卯結構本身所需要的構件中就包括了釘子。比如，要把兩根桿對接起來的榫卯，對接的兩部分結合處，需要有一枚楔釘插入卯孔，連接在一起的兩根桿就不會在拉力作用下拉脫，這在7000年前的德國遺存中就有發(fā)現(xiàn)。

◎ 木釘也是釘子

有人要問，那么為什么不直接用兩腳釘，把兩根木頭對接起來呢？因為釘子釘入木頭，依靠木頭本身的回彈性擠壓釘子來固定。可是時間長了以后，木頭材質會老化，擠壓力下降，也就是握釘?shù)哪芰ο陆盗?，釘子在木頭中就會松動、移位。

如果把釘子釘在榫卯中，木頭之間的作用力就不完全依靠釘子，就可以大大延緩木頭老化導致結構松動的過程。這就是榫卯結構對于木構件在結構體系上的重要性。

因此有些人認為榫卯結構的作用主要是“裝飾”，甚至認為這是一種沒有什么必要存在的東西，這種觀點是錯誤的。

楔釘可以是木頭的，也可以鐵的。鐵的好處是強度大，能承受更大的拉力，但鐵容易生銹，一旦銹蝕變脆，其結構作用就會大打折扣。

◎ 應縣木塔可以說是用（木）釘子最多的古代建筑

因此在木構建筑上，主要使用木楔，也就有諸如“應縣木塔不使用一根鐵釘”這樣的說法，只是不用鐵釘。但是木楔也有缺點，細細一根小木棍，一掰就斷，它抗拉的性能比鐵要弱得多。

因此對于大型木構建筑，往往初建的時候以使用木楔為主，但時間長了再行修繕，工匠就要用鐵釘在一些部位加固。

應縣木塔在修繕的時候使用了大量鐵釘，很多人認為是“破壞”了文物，其實不然。修繕木構建筑主要就是更換腐朽的構件，但有些木構件深藏在建筑內部，如果要更換，豈不是要把整個木塔拆掉。

為了不破壞古塔的主體結構，從外部釘釘子加固，也是一個辦法。這并非現(xiàn)代人不懂行，或者蓄意破壞，自古以來人們就是如此對待需要修繕的老建筑的。

即使是新建的木構建筑，使用鐵釘也非常常見。由于結構外露的部位如柱、梁、斗拱等，需要油漆、彩繪，具有裝飾作用，因此較少使用鐵釘。

◎ 上圖：上世紀九十年代山西太原晉祠圣母殿落架大修時，用釘子將椽固定到脊槫上；下圖：先農壇某懸山頂建筑，山花上的突出物就是“梅花釘”

但隱藏在屋頂中的椽子上就不一定沒有一根鐵釘了，只要房子外部效果達到要求，內部如何作成，并沒有一定之規(guī)。

從另一個角度來看，榫卯的本質和釘子也沒有區(qū)別，都需要承受大型木構的重量，如果僅僅用榫卯，木榫頭的承重能力能否撐托要打一個大大的問號，因此大型木構架一般肯定要使用釘子來強化，即使初建不用釘子，未來修繕也一定會用的。

◎ 榫卯與結構的關系

前文介紹了榫卯和釘子的關系，我們知道鐵釘子強度大，木釘子強度小。不同的作用方法決定了木構建筑的結構特點。

古代的羅馬人喜歡用桁架建造房子的房梁和天花板，所謂桁架就是用木頭搭建的框架，它可以用長度有限的木頭搭建出長度無限的跨度，這也就是羅馬式巴西利卡（殿堂）的構件基礎。

◎ 羅馬桁架

◎ 公元315年，君士坦丁在臺伯河西岸原卡利古拉賽車場附近的使徒彼得墓地上建造了老圣彼得巴西利卡大教堂（Old St. Peter’s Basilica），這是一座五廊身的大型巴西利卡，四列柱子將空間縱向分為五個部分，其中長達 122 米的中廳又高又寬，高出的部分開設側窗用以采光。除了最外道側廊外，主要的屋頂都采用傳統(tǒng)的木桁架構造。

古羅馬的桁架，主要是木棍以三角形結構搭接。木頭與木頭之間的連接部使用榫卯或金屬銷子進行連接。桁架的主要形式可以有立柱式、芬克式、豪威式、閣樓式、單坡式、剪刀式、反向式、屋脊式、平板式、雙斜坡式等。

◎ 梁架受力與桁架受力圖示

相比較而言，中式木構建筑較少使用桁架，主要以梁架來承重，建筑物的跨度取決于梁條用材的長度。古代中國木構建筑主要有穿斗式和抬梁式兩種架構。

◎ 抬梁式與穿斗式圖示

北方官式建筑，包括唐代建筑遺存佛光寺東大殿和明清時期的宮殿建筑群北京故宮，都是抬梁式，即梁條擱在承載屋頂?shù)闹由希诹褐显俅罱ㄎ菁堋?/p>

南方民居建筑大多使用穿斗式架構，以柱直接承托屋架，用橫木穿過柱子起穩(wěn)定作用，被稱為枋。當然，并不是說穿斗式就沒有梁了，只是沒有承托屋架的梁，屋架本身還是需要梁的。

不管是什么架構，柱子之間的跨度取決于梁材本身的長度，這是無法改變的。因此中國木構建筑的跨度非常有限，再大的大殿，也必然是柱子林立。

大型殿堂建筑采用“減柱法”布置，在需要較大跨度的地方減少一兩根柱子，換用較長的梁條，但這無法改變跨度受限的基本事實。

西方木構建筑在這一點上自由發(fā)揮的空間就要大得多，因為桁架結構可以無限延伸的特點，采用木桁架的大跨度建筑比比皆是。

◎ 意大利帕多瓦理性宮

比較著名的有：始建于1097年的英國威斯敏斯特廳，跨度20.7米；建于1172年的意大利帕多瓦理性宮，跨度27米；德國特里爾的君士坦丁巴西利卡，跨度27.2米。

歐洲人廣泛應用的桁架結構一直發(fā)展到今天，至今都是西方木結構住宅的主要結構形式，從中發(fā)展出了現(xiàn)代輕型木結構建筑，在中國也廣泛應用。

◎ 榫卯與材料的關系

榫卯結構廣泛應用于木結構的搭建，但榫卯結構并不是木頭的專利。不管是什么材料，只要其外形是可塑的，都可以應用榫卯結構。

福建省晉江市安海鎮(zhèn)和南安市水頭鎮(zhèn)之間的海灣上，有一座安平橋，建于南宋紹興八年（公元1138年），這座橋是一座連梁式石板平橋，以密集的橋墩和橋墩之間的石板梁條組成橋的基本結構。

◎ 安平橋

這座橋的欄桿，雖然也是石頭所建，但卻在石頭上鑿出了榫頭和卯眼，榫卯相接。

另一種石榫卯的應用是在石板橋的橋面上。石板之間的橫向連接，可以在每塊石頭的側面都開一個槽，內大外小，兩塊石頭側面的槽對準，形成一個兩頭大中間小的空腔，再打制一塊與此空腔的形狀嚴絲合縫的連接件放入空腔中，就可以將兩塊條石互相連接。

不唯中國，史前時期的英國巨石陣，其巨石之間的拼接也用了凸出的榫頭和凹進的卯眼，有如巨大的“樂高”。

◎ 英國史前巨石陣

在建筑結構上的創(chuàng)新，中國現(xiàn)存的早期木構建筑中經(jīng)?？梢钥纯吹揭恍嵗?/p>

例如山西省高平市河西鎮(zhèn)的崇明寺佛殿，建于北宋開寶四年（971年）。這座佛殿并不存在一根橫跨整個殿堂的梁條，而是用兩根一樣長的短梁對接而成，兩根短梁之間沒有任何連接受力點。

這是怎么做到的呢？原來，這座大殿使用了非常碩大的斗拱，出檐深深挑出。

◎ 崇明寺佛殿

當房子的屋檐足夠深長，屋檐部分屋頂?shù)闹亓孔銐蛑氐臅r候，屋檐部分的重量就很可能做到與屋頂部分的重量相當。也就是說，形成了以柱子為支點，兩邊分別是屋檐和屋頂?shù)奶炱?，天平達到平衡狀態(tài)，中間的重量也就不需要完整的梁來撐托了。整個房屋就是兩個天平靠起來組成的。

崇明寺中佛殿的精巧結構，體現(xiàn)了古代工匠非凡的巧思。在木頭材料嚴重缺乏的情況下，用有限的木材，大大延伸大殿的跨度，同時還要符合力學理論，讓人很難相信是文化水平不高的古代匠人所為，令人驚嘆。

不過，木結構建筑在結構上的創(chuàng)新，隨著時間的推移卻越來越少，到了元代以后，不僅建筑外形越來越趨同，結構上也基本都是嚴格遵循慣例。不管是故宮還是其他的什么古代建筑，在建筑結構學上，都已經(jīng)沒有太大的價值了。

◎ 結語

榫卯結構是一種連接構件的方法，屬于初級的技術，七千多年前的人類就發(fā)明并且應用了。同時，榫卯也不是中國獨創(chuàng)，在全世界各國都廣泛應用，而且只要使用木結構搭建，幾乎必須要用到榫卯。

不唯木結構，石材等其他材料也可以使用榫卯，只不過后來人類使用的構件連接技術越來越多，如粘合劑、混凝土等，都比榫卯要省事、牢固得多，因此除了木結構之外，西方建筑很少再用榫卯連接石材。而我國在長期都以木結構為主，即使使用石材建造橋梁等，因為沒有更先進的粘合技術，只能費時費力地在石頭上鑿出榫卯來。

但對于榫卯結構的木質家具來說，確實可以做到只用木頭而不使用釘子。

◎ 17世紀一對黃花梨高背扶手椅（嵌大理石板）

中國古代的木制家具在廣泛吸收世界先進文明成果的基礎上，在明代達到登峰造極的水平，明式家具的設計美學也深刻影響了現(xiàn)代北歐家具的設計。

但作為木質建筑來說，由于其承重的需要，不可能做到不用一根釘子，而古人能靈活運用鐵（木）釘加固建筑，這本來應該是我們的驕傲。

如今，一些榫卯結構的建筑被一些人說成“不用一顆釘子，屹立千年都不倒”“中國古人建筑黑科技”“領先西方幾千年”，這不能不說是一種悲哀。

◎ 應縣木塔用了大量釘子

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