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紫禁城古建木柱的穩(wěn)定智慧——側(cè)腳、收分與生起

 知識傳承永恒 2019-02-13

 側(cè)角

所謂側(cè)腳,,就是古建筑最外圈的柱子(檐柱)頂部略微收,、底部向外掰出一定尺寸的做法。宋《營造法式》卷五《大木作制度二·柱》規(guī)定:“凡立柱,并令柱首微收向內(nèi),,柱腳微出向外,,謂之側(cè)腳。每屋正面,,謂柱首東西相向者,,隨柱之長,每一尺,,即側(cè)腳一分;若側(cè)面,,謂柱首南北相向者,,每長一尺,側(cè)腳八厘,;至角柱,,其首相向,各依本法,,如長短不定,,隨此加減”。這句話規(guī)定了每間房屋在正面(長度方向),,柱身側(cè)腳尺寸為柱高的1/100(柱底往外掰出1/100柱高的尺寸),;在側(cè)面(寬度方向),柱身側(cè)腳尺寸為柱高的8/1000,;在角柱位置,,則兩個方向同時按上述尺寸規(guī)定側(cè)腳。紫禁城古建筑普通立柱的安裝都是柱身垂直立于柱頂石上,,而檐柱的安裝則不同,,按照側(cè)腳做法,形成“八字”狀,,見1-3,。

 

1  太和殿檐柱側(cè)角

 

 

2  側(cè)腳示意圖(左:側(cè)腳前;右:側(cè)腳后)

 

 

3  水平地震作用下的柱架運動示意圖(左:側(cè)腳前,;右:側(cè)腳后)

 

側(cè)腳做法,,不但使整個建筑物顯得更加莊重、沉穩(wěn)而有力,,而且體現(xiàn)了一定力學(xué)智慧,。由圖3不難看出,側(cè)腳使得古建筑的柱架體系由直立的平行四邊形(矩形)變成了“八”字形,。由于古建筑的柱子與梁是通過榫卯方式連接的,,即柱頂做成卯口形式,梁端做成榫頭形式,插入柱頂預(yù)留的卯口中,。在發(fā)生地震,、大風(fēng)等自然災(zāi)害時,立柱與梁之間的榫卯連接使得彼此之間產(chǎn)生相對晃動,。對于未設(shè)側(cè)腳的“平行四邊形”體系而言,,其在水平外力作用下不斷往復(fù)搖擺,很容易產(chǎn)生失穩(wěn)破壞,。而這種“平行四邊形”的連接體系,,在物理學(xué)上可稱為“瞬間失穩(wěn)體系”。對于設(shè)置側(cè)腳的“八字形”體系而言,,而側(cè)腳之后柱與柱的延長線會相交于一點,,形成虛“交點”,而整個體系則猶如一個三角形,。其在水平外力作用下的晃動受阻,,該阻力由側(cè)腳的柱身提供。且側(cè)腳使得柱頂?shù)拿谂c梁端的榫頭擠緊,,增強了榫卯節(jié)點的受力性能,。在物理學(xué)上,該“八字形”體系可稱為“三角形穩(wěn)定體系”,。

 

  收分

紫禁城古建筑圓形的立柱,,其上下兩端的直徑是不相等的,從柱底到柱頂,,其截面尺寸逐漸減小,,這種做法稱為收分收溜,見4,。一般而言,,對于不含斗拱的建筑(小式建筑),柱頂截面直徑收分尺寸為柱高的1/100,;對于含斗拱建筑,,柱頂截面直徑收分尺寸為柱高的7/1000(馬炳堅:《中國古建筑木作營造技術(shù)》,北京:科學(xué)出版社,,1991年:第4頁),。

 

4  柱收分示意圖(明清時期)

 

柱頂收分由柱頂卷殺演變而來。卷殺是將木構(gòu)件或部位的端部做成緩和的曲線或折線形式,,使構(gòu)件或部位的外觀顯得豐滿柔和,,見5。宋《營造法式》卷五《大木作制度二·柱》規(guī)定:“凡殺梭柱之法……又量柱頭四分,,緊殺如覆盆樣,,令柱項與護斗底相副”,。這段話的大概意思是,對柱子進行卷殺時,,對柱頭位置取四分的長度(約1.2厘米)進行緊殺,,砍削去柱頭上不承載枦斗(即斗拱的底部)壓力的邊沿部分,使其形狀如覆盆,。卷殺后的柱頭與下部柱身的收分相配合,,具有穩(wěn)定、圓和,、柔美之感,。元、明以前,,大木構(gòu)件的卷殺做法很普遍,,宋代《營造法式》中更是規(guī)定了各類木構(gòu)件卷殺的具體位置和尺寸,但是隨著朝代不斷的前進,,這種做法逐漸簡化并演變?yōu)槭辗譃橹鞯男问剑ㄗ挎骆拢骸豆蕦m長春宮大木結(jié)構(gòu)特點初步分析》,,《故宮學(xué)刊》2015年第2期,,第312-322頁),。分析認為,明清時期隨著柱頭之上平板枋的出現(xiàn),,柱頭櫨斗由原來的直接坐在柱頭之上改為坐在平板枋上,,平板枋之上再為櫨斗。從此柱頭與櫨斗不再接觸,,因而原來為了使柱頭柔和過渡到櫨斗的緊殺如覆盆之做法便失去了意義,,同時下端亦不再卷殺。相應(yīng)的,,柱頭演化成收分做法,,即將柱子加工成上粗下細之形狀,比直柱優(yōu)美,,且穩(wěn)定又輕巧(李合群,,李麗:《試論中國古代建筑中的梭柱》,《四川建筑科學(xué)研究》2014年第5期,,第243-245頁),。紫禁城古建筑的部分立柱柱頭的收分做法,仍含有卷殺成分,,如長春宮,、保和殿(王文濤:《保和殿建筑結(jié)構(gòu)及形制探究》,《中國紫禁城學(xué)會論文集第八輯(上)》,,北京:故宮出版社,,2014年)、慈寧宮(圖6等。

 

5  卷殺示意圖(宋)

 

 

6  柱收分(慈寧宮)

 

收分對古建筑整體穩(wěn)定性的有利影響,。柱子的主要作用是承擔(dān)上部斗拱傳來的作用力,,并將其傳給下部基礎(chǔ)。柱頂收分的優(yōu)點在于,,可以減小柱頂?shù)慕孛娉叽?,使得該尺寸盡可能與柱頂上部的構(gòu)件截面吻合。這樣的話,,上部作用力的合力中心傳到柱頂時,,能夠基本上與柱身中心線重合,有利于荷載傳到地面,,并減小了柱頂產(chǎn)生偏心彎矩的可能性,。而柱頂偏心彎矩造成的破壞表現(xiàn)為柱身的歪閃,且在地震或大風(fēng)作用時表現(xiàn)明顯,。由此可知,,收分做法亦為古代工匠智慧的體現(xiàn)。

 

  生起

   在紫禁城古建筑的正立面上,,每個開間的柱高并不相同,,而是自正中間的檐柱向兩側(cè)的角柱逐漸增高,這就是柱的生起,。營造法式》卷五《大木作制度二·柱》規(guī)定:凡用柱之制,,……至角則隨間數(shù)生起角柱?!庇謱ι鸬某叽缱隽司唧w規(guī)定:“若十三間殿堂,,則角柱比平柱生高一尺二寸;十一間生高一尺,;九間生高八寸,;七間生高六寸;五間生高四寸,;三間生高二寸,。在明清時期,1=3.2厘米,,1=10寸(馬炳堅:《中國古建筑木作營造技術(shù)》,,北京:科學(xué)出版社,1991年:第3頁),。另我國古建筑房屋的間數(shù)一般為單數(shù),,即一、三,、五,、七,、九。以三開間古建筑為例,,生起做法的示意圖見7所示,。柱生起做法在宋代建筑較為普遍,明代減少,,清代《工程做法則例》則無生起之制(鄭連章:《紫禁城鐘粹宮建造年代考實》,,《故宮博物院院刊》1984年第4期,第58-67頁),。紫禁城部分明代建筑如神武門(8),、鐘粹宮均有生起做法。

 

7  三開間古建筑立面示意圖(含生起及側(cè)腳)

 

 

8  神武門立面

 

紫禁城古建立柱的生起做法,,不但使得古建筑本身在立面上有中間向兩邊上揚的優(yōu)美的弧形曲線效果,,而且在保證建筑的穩(wěn)定性方面,也體現(xiàn)了古人的智慧,。一方面,,生起做法使得古建筑整體呈字形,其重心位置比不考慮生起構(gòu)造要降低,。低矮的重心有利于減小建筑在水平地震作用下的搖晃幅度,,提高建筑整體的穩(wěn)定性。另一方面,,生起構(gòu)造使得柱與梁(額枋)并非為純粹的豎向與水平搭接,,而是有一定的傾斜角度,,使得柱頭的卯口與梁端的榫頭保持擠進狀態(tài),,有利于提高榫卯節(jié)點的抗彎和抗側(cè)移性能(周乾:《故宮神武門防震構(gòu)造研究》,《工程抗震與加固改造》2007年第6期,,第91-98頁),。

 

《故宮古建文化漫談》  

《故宮古建文化漫談》  作者:周乾

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