傳統建築——從木頭開始說起

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上一篇,我試著以淺薄的知識論述中國產生木建築的原因,詳見下方文章。

接下來,既然要深究木建築,那就得從「木頭」開始說起。正如蓋房子的「地基」,木頭的物理特性促成了中國木建築形制的發展。別怕,我不會給你講枯燥的力學計算,因為我也早就忘記了(雖然當年上學時學得不錯)。

許多讀者估計沒有劈過柴,但或多或少看過劈柴的圖片或短影片(Shorts/Reels)。不知你是否注意到,被劈的木柴為什麼要像下圖這樣放置?

圖片來源網路

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樹木的生長需要無數根管道自葉片向下輸送營養,又需要這些管道從根系吸收水分、無機物輸送到樹冠來進行光合作用。於是,這無數的「導管」就在樹木生長方向上形成了清晰的紋路,這個紋理就叫順紋。雖然「導管」們順紋方向強度很高,但「導管」之間並不具有較高強度的連接,所以沿著順紋劈柴,省工又省力。

相對地,垂直於順紋的就是橫紋,可以看到我們熟悉的年輪。木材的橫紋處理一般就是「鋸」,而不是劈砍,伐木工一般就是用電鋸在樹的根部鋸出缺口,讓樹木受其自重的作用倒下。

圖片來自網路

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在材料學裡,材料這種橫、豎特性不一樣的特質,叫「異向性(Anisotropy)」(或稱各向異性)。相對地,像常見的混凝土、鋼材橫放豎放特性一致的材料,就是「同向性」的材料。

我們再認識幾種材料的簡單受力方式:

材料受外力作用示意圖,摘自《土木工程材料》第 5 版

材料受外力作用示意圖,摘自《土木工程材料》第 5 版

兩隊拔河,繩子受拉力;你坐在另一半的腿上,你另一半的腿受壓力;剪刀剪紙,紙受剪力;你坐在長凳的中間,長凳受壓下彎,但長凳並未折斷,這就是長凳的抗彎能力

常用土木工程材料的強度/MPa,摘自《土木工程材料》第 5 版

常用土木工程材料的強度/MPa,摘自《土木工程材料》第 5 版

我們參考上表可以得出,木材(以松木為例)順紋方向的抗壓、抗拉、抗彎能力都是極其優秀的。聰明的你對比花崗岩和松木的抗彎能力,是否就可以理解為什麼古希臘神殿顯得那麼狹窄了吧?(因為石頭自重太大,抗彎能力弱,兩柱之間的跨度不能太大)。

帕德嫩神廟,圖片來自網路

帕德嫩神廟,圖片來自網路

上面只說了順紋方向,那麼橫紋方向呢?

木材橫紋抗壓強度極限遠小於順紋抗壓強度極限。針葉樹的順紋抗壓強度極限為橫紋的 10~15 倍。闊葉樹的順紋抗壓強度極限約為橫紋的 3~7 倍。橫紋抗拉強度極小,約為順紋抗拉強度的 1/4~1/2。所以木材通常不用作承擔橫紋受拉的製品。
——《包裝設計製作工藝與檢測技術標準實用手冊》第三篇-包裝材料及容器-第二章-包裝用木材及容器-第一節-木材的構造及性能

木材作為建築材料時,針對其橫紋方向,一般只能利用其抗壓能力,畢竟木材的橫截面是個圓形,且就那麼大。

一般木結構建築主要採用松木、杉木,這些針葉樹木既能承重又有韌性,而楊木、柳木因為易斷裂,則不會用在木結構建築中。高級的木結構建築的連接件會用金絲楠木等成材年份長,韌度高的木材。
——中國工程院《謝禮立:木結構建築的抗震之謎》

張三:你囉唆了那麼多,對我要建一座木建築有個 XX 用?

黑子:別急,那我考考你?你說中國古建築的柱子應該是順紋支撐還是橫紋支撐

張三:你當我傻啊?樹都是長得細長條,而且順紋抗壓能力強,肯定要順紋支撐。

黑子:那你告訴我下圖斗拱問號處的木構件紋路應該是什麼樣?

根據《營造法式註釋》重繪

根據《營造法式註釋》重繪

張三:橫紋?

黑子:還被你猜對了。剖面看是橫紋,說明這些木構件都是在利用木材順紋的特性。

摘自梁思成《營造法式》註釋

摘自梁思成《營造法式》註釋

你再看下面這個圖,是不是更有感覺了?木材的層層疊加,將屋頂的荷載,一點點傳遞到承重的柱子上。

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在明清之前的中國古代木建築中,多數的木構件根據其使用位置、受力的不同,呈現出了千奇百怪的形狀,譬如拱、昂、雀替、月樑等等,其或是限於木材的力學特性,或是利用木材的力學特性,共同「支撐」起了中國木建築的體系。

到了明清,隨著建造技術、工藝、材料的進化,如斗拱,轉化為裝飾構件,成為了木結構受力體系中無足輕重的存在。

至於到了現代,工藝與技術更加先進,但在設計仿古建築的時候,依舊脫離不了「斗拱」這類符號式的形式,比起「念舊」我更想用「不思進取」來評價這類行為。

當然這種不思進取是受限於政治、技術慣性等多方面的,我堅信古代的建築師一定探索過其他的方式,只是沒有被傳承下來。

扯遠了!

除了木材的力學特性,其防蟲蛀、防潮能力也是使用時要著重考慮的事情。

要實現防蟲蛀,優先選取含有驅蟲化合物的木材來使用(也有人為防蟲蛀措施),同時需要綜合考慮其力學特性,杉木和金絲楠木就脫穎而出了。當然這限於規格較高的建築,平民百姓就有啥木頭用啥木頭。

但是實現防潮,就不能過度依靠木材本身的優秀特質了。俗話說「乾千年,濕萬年,不乾不濕就半年」,多好的木頭也禁不住一會兒乾一會兒濕帶來的腐蝕,而且這樣也容易被蟲蛀。

廣州車陂村浸水保護的木龍舟,作者自攝

廣州車陂村浸水保護的木龍舟,作者自攝

為了實現防潮目的,石柱礎、出簷較深的屋頂就派上了用場(後續講解)。

現在網路上經常會聽到「第一性原理」,要求看問題回歸本質。落到木建築上,深究本質即為「木」,或許,聰明的你在以後欣賞古建築時,恰巧想起來「第一性原理」的木,能夠眼前一亮,想通一個或者數個當時困惑著的問題。

當零零碎碎的知識點,通過某個共性的點聯繫到一起的時候,你是否也會為此展顏,是否也會醍醐灌頂,身體如觸電般一激靈。

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🏛️ 飛簷鬥拱下的千年歲月:中國傳統古建築解讀——探索中華文明的空間哲學與美學,我們一起穿梭於凝固了歷史的木構與磚石之間。我來寫你來評,期望聽到不同的聲音!
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