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直观梁柱:木结构改良记

穆清 九樟学社 2019-07-04


  前言  


上篇“家庙记”,讨论了日常(家)与精神(庙)合一的可能性,即中国的“家”型问题,塑造的是一个完整的人、完整的生活应具备的品质。【家庙营造三部曲】进入最后一篇“木结构改良记”希望从“技、艺合一”的角度探讨传统木构的营造逻辑和改良出路



曾有一位老木匠在酒桌上感慨自己人生的前三十年和后三十年。他说:“四十年前,我在家乡做木工,改革开放以后,我这个木匠在社会上已经没有多少价值了。现在就是用机器裁一裁木板嘛”语气里强忍着无奈。改革开放以来,很少有人再用木头盖房子了,这个社会没有再给传统木匠生存的位子,他们中的多数背井离乡奔赴大城市,为高楼大厦做混凝土模板,或者改做“欧式”的室内家装,老手艺是派不上用场了,只能混口饭吃。曾上千年生活在木质的空间里、使用木作器具、视木性如人性的中国人,一夜之间颠覆掉所有生活习惯,过上了现代化的生活。为了过上新的生活,人们选择从“昏暗陈旧”的木房子逃离出来,这看似是合乎情理的办法——“木结构”因此失宠也几乎是一个必然。然而仔细想想,陈旧和昏暗,和木头有丝毫关系?只是人们喜新厌旧罢了。如今经济放缓,当我拿着传统木构的资料向老师傅讨教的时候,老木匠又感慨:“前几年没人来找我,没事情干,这些年大家又回来了,说木头比水泥环保绿色,都要盖木头房子,给我忙的够呛。”两位师傅的感慨都是当下现实,当务之急是我们要思考传统木构的出路,不管方式是什么,答案和线索只能回到自己的传统里去找。(曾有大量前辈,前赴后继西学东渐之尝试,均停留于认清事实,而未能结合中国现实如愿向前推进这条道路。在此,我们决定放弃所有对西方意识和方法能救中国问题的幻想,坚持在中国历史智慧中寻找答案。当然,那些人类高度的思考,是人类共同之命运与出路的思考,我们应毫无保留地吸收和借鉴。)



  技艺合一  


这场改良的尝试,实是探寻木构所能创造的东方的空间气质,解决中观层的空间营造和空间审美问题。换句话说,是寻求东方式的“技”与“艺”的合一。历史上如包豪斯的教学首次尝试将物作工房与设计思考相结合;另有海德格尔对“技术”世界用以“艺术”的方式寻求突破(详见《对技术的追问》);莫里斯等人发起工艺美术运动以抵抗工业生产带来对人的冲击(“将工业化视为对造物的降格和对人的奴役,而只有艺术能够将人从此种奴役之中解救出来”)。都曾被视为在物质创造过程中,获得完整世界认知的重要途径。最终,所谓“改良”一定包含技与艺两面,两者的共同改良才是这条道路的核心立场和目标,也是中国的传统木构给予我们的重要教诲。

作为院校课程,不可否认在技与艺之间偏袒了艺的部分——我们花费更多精力优先解决形象的改良,而“技”更多是为“艺”服务的。即便如此,也与通常的课程设置(甲)有所区别,我们在课程中段就开始繁接触传统木匠(乙:上一篇中提到的“在野建筑学”与“学院建筑学”的联动教学模式),图面上的设计在很初期就与经验技术的讨论相结合节点构造的设计也不是一味精细化,而是结合木作的施工顺序、施工条件灵活适度的设计。在此过程中,分别得到徽州的胡木匠、傅木匠、苏州的翁木匠、中国美院的朱师傅、前童的葛师傅等多位经验丰富、技艺精湛的传统木匠的指教,在此一并拜谢。

何陋轩内、外景


冯继忠先生设计的方塔园何陋轩,近年被王澍老师“挖”出来以后,经常被拿出来说好话,这座亭子的确不简单,兼具东方空间的气韵与线性结构美学,也几乎是唯一一个同时在空间气质与结构体系两方面共同探索创新,做到“技”与“艺”合一的现代案例其在两者之间举重若轻,做到均衡不偏颇又相互匹配共同呈现,自认为是中国现代建筑的指路明灯。



  木构改良  


让我们回到这座家庙中具体的改良经过。在课程中依次经历了三个步骤:首先第一步是在传统木构案例中寻找与空间意象相匹配的结构来源。在建筑整体的构思中,如何获得向心、内聚的空间结构和意象是寻找结构来源的出发点。而“叉柱造”的结构特点已经具有这样的潜力,最终成为了家庙设计重要的结构来源。



在翻阅的传统木构资料中,发现了一种梁柱关系。这个在宋《营造法式》中被称为“叉柱造”的大木作节点,为解决上下层之间柱子续接的结构难题而出现,因此多运用在楼阁、塔等多层木构建筑中。意思是说,“叉柱造”做法,解决了柱子需要上下拼接的情况下的梁柱交接问题和结构牢度问题。古人上千年的木作经验,使这个结构细部不仅停留在单纯的解决问题,还在不断改良的过程中,逐渐让这组柱与柱的上下关系形成向内收分的独特特征。我们可以在独乐寺观音阁以及应县木塔的剖面图中清晰的阅读到,这两座木构建筑随着层数增加,体量逐层缩小,虽然一层的变化很小,但积少成多,最终形成一个上窄下宽的稳定图示。这既是一种木材受力的客观规律,也是古人在结构的视觉表现与受力原理之间尝试平衡的智慧。


需要补充的是,传统“叉柱造”主要是解决多层木构中,上下层柱交接问题而出现的独立构造,本身并不表达任何特定的空间意象或美学含义,也就是说所谓上窄下宽的稳定图示,更多是基于客观上结构稳定的需求而自然出现的形态结果。此案中,利用这组错位关系,将其发挥至所有上下层柱都向心错位,获得整体结构收拢聚合的特征,这个特殊的组织方式,才使其具有了特定的空间意象,才最终与“家族凝聚”的观念发生关联。


观音阁“叉柱造”外观与内观

观音阁“叉柱造”外观局部


作为调研的一部分,我亲自拜访了独乐寺,在具体的空间中观察这个“叉柱造”构造的表现。从建筑外观上可以清晰识别到的内聚关系,却在空间内部深深的藏在辅佐层(斗拱)和平座层(楼板)中,如果不借助测绘剖面图,我们在空间内部是看不到这个独特的叉柱构造的(如上图)。具体古人为什么会把这个细节藏起来,有人猜测说是为了隐藏技术机密,保护区域独有的关键技术。也就是说掌握了“叉柱造”,等于突破了多层木构建筑的瓶颈技术。一个小小的“叉柱造”,反映出人面对多方因素的积极调适,让这个节点最终呈现出某种中立、均衡、稳定的状态

然而,作为一个现代木构的空间探索,结构的表达需要还原到一个纯粹、清晰的关系中。这里进入操作的第二步,塑造一个柱头原型——即美学和力学原理经过提炼和梳理的结构单元。在木构建筑中,梁、柱、屋架三者的结构交接是无论如何需要面对的,因此这个柱头原型的设计,包含了地下基础、柱础、柱身、柱与多向梁的交接、柱与楼板的交接、柱头与屋架的交接等多组关系,是一个完整的结构单元。


柱头原型

改良版“叉柱造”


我保留了传统“叉柱造”上下柱心错位的特点,将其交叠柱长的三分之一。横梁穿过交叠处的底部(交叠底部距地2.6m,与视高形成微仰视的关系)。这里的横梁,作为连接柱头的重要构件,也进行了特殊的改良。其间,我参考了日本民居中续接梁的做法(民居中用几根短梁续借成一根足够长的整梁的工艺做法),将其改良成“长短梁”装配的体系。也就是说,在组装上下两根柱子的时候,短梁被一起组装起来,扣住交叠底部,而长梁待所有的独立柱子就位以后再依次开榫连接,形成框架。这一改进,使得通常在柱子内部的暗榫被转移到柱子外部,大大降低了实际搭建时的定位、装配难度,也为后期修理更换提供便利。依次向上,楼板交于下层柱顶部(楼板距地4.24m),梁底做暗榫处理,解决两柱交叠的牢度。最后,上层柱与屋架的交接,通过平梁联系内外,同时托起一根斜向梁,实现屋架关系,横向的联系梁错开高度,简化处理。


柱头榫卯细部和装配

柱头榫卯和装配


单元建立后,开始处理柱头之间的组织问题,组织方式仍然围绕向心、内聚的空间意象。

平面柱网由每个角部4根外柱+1根内柱组成的框架,经中点两次镜像,再连接八根主梁构成。因此这个柱网关系,已不是单向复制的榀架结构,而是一个四向的整体木结构。

庙堂空间的结构组织


4根外柱+1根内柱组成的框架


柱子与围合墙体保持分离,结构独立地塑造空间气质,空间开始由线性的梁柱主导,围合墙体也由此清晰地成为建筑的附属要素。中国的传统木结构建筑中,绝大多数是“墙包柱”做法,而这一次选择皮与骨的分离,除了考虑到封闭问题(窗框、门框、玻璃围合等),还有意识地让结构线条,可在空间中被清晰地阅读。


细说这个皮与骨的分离,传统木构从结构到围合到门窗,很多时候一律使用同种木材(木梁柱、木板壁、木门、木窗框等),从材料特性的角度说,他们的劳损变形程度是一致的。然而现代空间中经常使用的(也是家庙围合部分主要使用的材料)玻璃、金属板材或框材等都是工业化加工的精确型材,其劳损变形率和缩胀率与木材大相径庭。五年前,水岸山居在施工10m高的夯土墙时,怕夯土墙倒,就在混凝土楼板里做了预埋件伸出来,想拉住夯土墙,结果发现夯土墙会沉降,有接触的拉结反而会破坏夯土墙,最后只好把预埋件全部打掉,墙和楼板是脱开的。在这个意义上,皮与骨之间采用松弛的,甚至是不接触的留出缝隙的构造关系(半封闭)是空间与修辞意义之外非常实际且重要的考量。(同理,榫卯本身达到的所谓牢固,绝不是刚性的,死的交接,而是一种柔性平衡状态。)

上述一系列改进,直接将所有原本隐藏在楼板或斗拱层中的“叉柱”交接关系清晰、收敛地展现在空间中,积极地参与到空间意象的塑造。结构与围合、光线、空间尺度的配合,塑造了家与庙两种截然不同的空间表现。

结构的空间表现

上:独乐寺观音阁室内一角

下:日常起居空间室内一角


关于主要梁柱的截面尺寸,经过推敲选用了大头360mm、小头220mm的梭柱(顾名思义,柱子形状呈上细下粗的梭形)和160mm*360mm的主梁。主要原因是通常大头大于360mm、小头大于220mm的杉木料平均长度在6m,而经过去皮(平均损耗10mm)、整平(平均损耗15mm)、截掉直径不够的小头,又想比较经济的获得最长4.2m中更粗壮的柱子,那么尺寸会大抵如此。而梁的截面尺寸,由于最大需要净跨6.4m,在参考一部分祠堂月梁的截面与跨度比后,结合整体效果决定。(上述截面尺寸仍需更进一步的结构计算后深化)

苏州横泾木料厂

杉木料


为了实现上述的柱头原型和整体框架,操作进入第三步——与木匠协作依次解决受力、加工、施工等方面的建造问题,在此基础上提高可机械加工的比例。在毕设期间,一共先后三次制作了大比例柱头模型以及1:20的整体结构模型,每一次都经历柱头形象和榫卯细节的反复修改(柱头模型比例分别是第一次1:2和后两次1:1原大小)。在工艺上难度最大的两处:一是因其偏心的受力关系,导致的两柱交叠处容易掰裂的问题;二是两柱交叠处“内切半个圆柱”的加工问题。这些特殊的榫卯设计得到诸多老木匠悉心教导,在交谈和加工过程中,处处体现出木匠的智慧和思维方式。木作的思维在一定意义上正是中国传统营造共通的思维方式,其非常注重材料特性和施工顺序。对于榫头的开法,他们掌握的经验,是多代木匠经验的总和,我曾多次灵感突现,以为想到了更简单更合理的榫卯开法拿去与木匠交流,但绝大多数情况是顾此失彼或非常刻意。

比如第一点交叠处的拉结问题,木匠多次提醒我交叠处的底部和顶部需要同等的拉接力,需要各做一个榫卯。然而在最初我并没有听取,改用金属箍件拉结,以为在视觉上强调了梁柱错位的图示,并且帮助了拉结。柱头摆放一段时间,交叠顶部竟然在没有外力的情况下自然掰开,而且裂缝越来越大,这一教训让我在第二次和第三次制作中虚心改善了交叠顶部的榫卯细节,才让柱头所有拉结关系达到牢固和平衡

用金属箍件勉强拉结的节点

拆解的柱头

柱子端头小小的凸起,成为交叠部分暗榫的关键细节,解决了拉结问题


木匠的经验,实际上代表极其系统的预判力。比如用杉木制成的木桶遇水会膨胀,加工时留出的缝隙并不是技艺不精,而是预判具体使用做出的合理的细部处理。另外,木匠在“灭缝”方面仍然非常在意,毕竟这体现了木匠的手艺精湛与否。比如方榫做出一个阶梯状,第二阶倒角,用圆润的端头和柱子交接。通常来看,两个方边相碰做到灭缝看似更有精确感,但在实际情况中,方边交接大大增加了施工难度,毕竟盖房子不是做工艺品,出现2cm以内的误差是正常的(更何况木材本身有伸缩不均的情况),在这种情况下,既能事先为施工的误差留有余地,又能非常美观的处理这个交接,这个办法就是提前做倒角。在独乐寺观音阁的墙柱相碰的局部也体现了这个道理,墙体用一个切角化解了方圆交接的尴尬,处理的干净利索。更惊艳的是,一个经验丰富的木匠,能通过观察木料截面的颜色、开裂状况等判断木料干湿程度。木匠会根据木料干湿状况作出预判,微调开榫的尺寸。比如木材比较湿,榫口要开的比正常大1-2mm,如果情况理想木材非常干燥,则可按照原先大小开榫。

宁海前童 木材备料

所有木料在备料阶段一定要把方硬的棱角刨掉,一是为了搬运组装过程中让磕碰的痕迹不容易影响整体美观,二是为了加工过程中锋利方硬的棱边不容易划到手。

独乐寺观音阁

墙柱交接切角做法

某徽州地区祠堂月梁的灭缝做法


第二点,“圆柱内切半个圆柱”的加工问题,我受到工业铣刀的启发,发现在各型号铣刀刀头中,一种平底和圆底刀头能够将这个看似复杂的榫卯,完全的机械化加工。其刀头型号,从几毫米至几十厘米,都可在淘宝网上购得。


方底工业铣刀

圆底工业铣刀

铣刀加工内凹截面

铣刀加工内凹截面



在1:20的整体结构模型中,为了试验每一处梁柱榫卯的空间表现和加工问题,铣刀挖榫、车床刨圆、圆盘打磨梭柱等工艺均在1:20尺度的模型中依次还原了1:1状态中的榫卯形态和加工方式。

车床刨圆

1:20模型制作过程


搭建和搬运中的1:1柱头


搭建起来的1:1柱头

榫头的设计不仅要考虑到省时省工、强度,还要考量整体施工组装顺序的情况下,易于让工人辨认和定位,提示工人组装方式。在这些满足的情况下使其美观、简洁,语言上整体统一。



  本篇结语  


零零总总,事无巨细地回顾了“木构改良”中所有重要的构思、设计、加工和反复修正的过程。其核心目的,既是作为院校课程,完整地掌握一个木构建筑营造的方法体系,更是为达到“技艺合一”的境界而不懈追求的真实记录。木构改良,从直观传统梁柱的语汇开始,中间经历和木匠的多次“交锋”,真实的制造,这一系列完全突破传统院校课程的经历,在我内心深刻地构建起一种和真实的建造、和“物”直接打交道的建筑学价值和方法,必将终身受用。


 【三部曲】结语  


本篇为止,【家庙营造三部曲】经历“祭祖修谱”、“家与庙”、“直观传统”再到“木构改良”。在我心中,这是一条从自身精神源流启程的重塑中国人的精神气质、中国的“家”型再到中国传统营造、工艺智慧的救赎之路,一以贯之。这组阶段的总结,如能得到不限于学术群体而更广大的社会群体的支持,并带来任何启示或是信心,那将是这家庙营造经历的最大福报。








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【家庙营造三部曲】往期回顾:


1、祭祖:精神上的源与流

2、家庙合一





由作者|穆清|图文供稿

九樟学社编辑部

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