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联合武道馆 — 编织｜晋中地区宋金时期木构建筑中斜面梁栿成因解析

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晋中地区宋金时期木构建筑中

斜面梁栿成因解析

来源 —《建筑学报》2018.02/NO.593

作者：周淼/胡石/朱光亚

摘要：斜面梁栿是晋中地区宋金时期遗构中独有的特殊断面形态的梁栿。本文从梁栿构件端面木纹特点、构件裂纹产生机制和加工痕迹入手，试图解读斜面梁栿的成因；探讨偏心材和半心材在克服材料缺陷方面的优点；通过斜面梁栿排布规律探讨梁栿视觉效果，并可以此作为甄别原始梁栿构件的一项依据；根据实测数据，讨论斜面梁栿断面尺寸规律和特点。

关键词：斜面梁栿、晋祠圣母殿、晋中地区、解木方式。

Part 1

斜面梁栿现象

1994- 1995 年间,柴泽俊先生主持晋祠圣母殿落架大修工程,

借此机会发现了奇特的斜面梁栿现象,并在随后出版的《太原晋祠圣母殿修缮工程报告》中对斜面梁栿的形状、构造特征和排布方向做了描述,公布了部分测绘图纸和照片,但书中并未对这种梁栿现象的成因做出解答[1]67,116[1](图1、2)。笔者在调查中发现,在晋祠圣母殿所处的晋中地区,还保存有其他 3 个使用斜面梁栿的遗构— 西见子村宣承寺正殿 ( 宋构 )、清徐狐突庙后殿 ( 宋末金初 )、太谷真圣寺正殿 ( 金构 ) ;可以推测,晋祠圣母殿斜面梁栿并非特例,而是北宋到金代很长一段时间内的流行做法。

图1：晋祠圣母殿殿身前槽南次间南缝六椽通栿

图2：晋祠圣母殿殿身明间北缝屋架

斜面梁栿是晋中地区宋金时期木构建筑中具有特殊断面形态的梁栿。宋金时期晋中地区遗构全用直梁,没有见到使用月梁的遗构;梁栿一般都作矩形断面,顶面与下底平直,两侧面作微微鼓起的琴面。斜面梁栿也是直梁,两侧琴面及端部做法与直梁一致,只是上表面为斜面,造成两侧面一高一低,形成直角梯形断面。

Part 2

斜面梁栿成因解析

梁栿取材与解木方式推测

根据梁栿断面木心所在位置进行区分,晋中地区宋金时期木构建筑梁栿构件存在3种取材方式—整心材、半心材、偏心材。整心材的木心位于梁栿中部 ;半心材,沿髓心破开,使所得两根木材各有半个髓心;偏心材木心位于靠近梁栿一侧边缘的位置(图3)。

笔者对晋祠圣母殿、宣承寺正殿、狐突庙后殿的部分梁栿出头端面木纹形态做了观察、记录。经观察发现,斜面梁栿大多为偏心材,也包括一些半心材。因此,可以对偏心材斜面梁栿取材位置和解木方式做出推测,斜面梁栿是将大料从中部剖开,并不将上表面做平,而是依圆料弦向斜抹 ;截割梁栿所剩余料可以做成栱、枋构件。这种取材、解木方式有利于充分利用大料 (图4)。

判断梁栿构件是偏心材或半心材的首要依据是观察梁栿端面木纹形态,对于一些无法观察端面木纹的构件,可以依靠梁栿侧面裂纹和低侧面底部钝棱现象做出判断。

图3：三种梁栿取材示意

图4：斜面梁栿解木方式推测

梁栿侧面裂纹

木构件表面开裂是由于表层木质与内层木质脱水干缩不同步,产生拉应力,沿径向木射线开裂。木材年轮靠内的部分称为早材带,靠外的部分称为晚材带,年轮层数越多,也就是晚材带越厚,其径向干缩产生的应力越大。因此,从木材断面上看,总是从缺少晚材带的位置 (与木心最接近的木材边缘 ),沿着木射线开裂。[2]

整心材各边的晚材带完整情况不一,致使缺少晚材带的宽材面收缩较弱,在木材干燥后即在髓心两侧被拉开形成裂纹。整心材梁栿两侧面中部晚材带最少的位置常产生径向开裂,形成水平连续裂纹。晋祠圣母殿殿身明间南缝四椽栿与北次间北缝五椽栿是断面为矩形的整心材,两侧面中部都有裂纹。

然而,半心材梁栿因为消除了径向和弦向两个方向收缩的不一致,使所有木材沿年轮收缩的方向相同,可以相当有效地减少木材开裂程度。偏心材梁栿,靠近木心的一侧晚材带比较少,容易干缩开裂产生裂纹 [2]71。可观察到的偏心材斜面梁栿,高侧面中部都存在水平连续裂纹,低侧面无裂纹。圣母殿南稍间中丁栿是半心材斜面梁栿,侧面裂纹情况与偏心材梁栿一致。所以,梁栿表面裂纹情况与断面木心所在位置直接相关,可以作为推测梁栿断面木心位置的依据 (图3)。

低侧面底部钝棱

钝棱是解木时未着锯的部分原木。斜面梁栿低侧面紧靠原木边缘,在材料有限的情况下画线、下锯,容易出现钝棱 ;而高侧面位于原木中部,不可能出现钝棱。狐突庙后殿明间东四椽栿为偏心材,其低侧面底部即带有钝棱,而高侧面底部棱角清晰、笔直 ;也符合只在高侧面中部有水平连续裂纹的规律。

斜面梁栿案例

晋祠圣母殿

晋祠圣母殿建于北宋天圣年间 (1023-1032),是保存至今规模最大的北宋时期木构建筑之一。圣母殿为重檐建筑,殿身面阔五间、进深四间八架椽,副阶周匝,副阶进深一间两架椽。圣母殿为简式单槽殿堂,殿身部分的铺作层上层叠了4层梁栿,每层梁栿之间用驼峰、坐斗承托 ;最下层为前乳栿对后六椽栿,其上是前劄牵对后五椽栿,再上是四椽栿,最上是平梁 (图5)。

图5：晋祠圣母殿横剖面

受测绘条件所限，笔者对殿身梁架中的10根梁栿的端面木纹形态做了调查记录。10根梁栿中，包括1根六椽栿（为南次间南缝第二层的六椽通栿，其他三榀梁架的第二层梁栿为前劄牵对后五椽栿，这根六椽通栿的断面尺寸与其他五椽栿相近）、1根五椽栿、4根四椽栿、1根平梁、3根丁栿。通过观察横架梁栿梁头端面的木纹形态，发现木心大多位于侧边缘中间位置，且木心偏向斜面梁栿的高侧面一边，据此可作出推测，这些斜面梁栿为偏心材；三根丁栿也为斜面梁栿，可观察到端部，南稍间中丁栿木心在高侧边上，为半心材；另外两根丁栿木心都在高侧边内，为偏心材。而两根木心居中的梁栿，上表面平整不作斜抹，两侧面向外凸出的的琴面也比斜面梁栿小一些。（图6）

图6：晋祠圣母殿梁栿断面木纹

图7：晋祠圣母殿明间北缝屋架五椽栿与四椽栿高侧面长裂纹（左，以白线表示）与低侧面（右）

上述 8 根斜面梁栿的高侧面中部都有水平连续裂纹,低侧面无裂纹 ;而2根木心居中的梁栿,两侧面中部均有裂纹,符合整心材开裂规律。受调查条件所限,不能完全辨认全部梁栿端部木纹,但若以梁栿侧面裂纹情况判断,圣母殿构架中的大多数斜面梁栿都为偏心材或半心材 (图7)。

图8：晋祠圣母殿梁栿用材解木方式推测

图9：大小头梁栿解木方式示意

截割梁栿所剩的余料也可做成栱、枋构件;根据对圣母殿栱、枋构件端面木纹的统计,翼形栱用材端面的木心大多在端面角部以外,很可能是与梁栿一并截割所得。由此可以绘制出圣母殿梁栿解木方式复原图 (图8)。

圣母殿副阶前檐 4 根四椽栿也为斜面梁栿,侧面裂纹符合偏心材特征,低侧面下皮存在钝棱,说明也为偏心材。这4根四椽栿还存在大小头现象。例如,副阶南次间南缝四椽栿,后端高度比前端高一些 ;低侧面下皮有钝棱,前端钝棱大,后端钝棱逐渐减小;前端上皮斜面斜度较明显,而后端断面接近矩形 ;都说明后端是原木大头 ( 图 9)。

狐突庙后殿

清徐狐突庙后殿是面阔三间、进深三间四架椽的歇山建筑,根据形制判断,应是建于宋末金初。

狐突庙后殿2根四椽栿为斜面梁栿,摆布方式为高侧面朝向明间。观察梁栿端头变截面做的栱头,发现东缝华栱栱头端面木心在西侧 ( 高侧面一边 ) 长边中间,西缝华栱栱头端面木心在东侧 ( 高侧面一边 ) 长边内;由此可还原出,这 2 根四椽栿断面中木心在靠近高侧面的一边,为偏心材。2根四椽栿高侧面中部都存在连续水平裂纹,在低侧面没有裂纹。狐突庙后殿的多根足材华栱端面都是木心在侧边外,很可能是与四椽栿由同一根原木截得的。由此可绘制出狐突庙后殿梁栿用料解木方式复原图 (图10-12)

图10：清徐狐突庙后殿剖面图

图11：狐突庙后殿华栱端面木纹

图12：狐突庙后殿解木方式推测

宣承寺正殿

西见子村宣承寺正殿是面阔三间、进深六架椽的悬山建筑。没有采用晋中地区较为常见的通柱厅堂构架,其明间侧样形式与晋中简式单槽殿堂一致,说明这种单槽侧样在宋金时期的应用不仅限于小型歇山殿堂。这栋建筑的形制年代特征比晋祠圣母殿略早,应是北宋时期遗构 (图13)。

宣承寺正殿明间梁架的下层前乳栿和后四椽栿、中层四椽栿都为斜面梁栿 (调查未及平梁 )。与前述2例相似,斜面梁栿高侧面朝向明间,且高侧面存在中部水平裂纹,低侧面无裂纹。调查中发现明间西缝后四椽栿为偏心材,可推测其他斜面梁栿也为偏心材。

图13：西见子村宣承寺正殿剖面图

图14：宣承寺正殿

图15

图16

图17-21（左右滑动查看更多）

真圣寺正殿

太谷真圣寺正殿是面阔三间、进深五架椽的悬山建筑,根据形制判断,应是建于金代中后期 (图22)

图22 ：太谷真圣寺正殿剖面图

真圣寺正殿明间东缝四椽栿朝向明间的侧面比朝向次间的侧面略高，高侧面中部有水平连续裂纹，应为偏心材斜面梁栿。与其他几个遗构中斜面梁栿、驼峰相交节点不同，前述三例都是将驼峰底面削斜；而真圣寺正殿明间东缝四椽栿与上部驼峰底面相交处的梁背削平做成平面，驼峰底面不削斜；可以看到梁背承驼峰处，高侧面上皮明显向下凹进。（图23)斜面梁栿上皮局部削平的作法，在晋祠圣母殿梁架中也存在一处，副阶前檐南次间南缝三椽栿即是和真圣寺正殿斜面梁栿相似的处理方式。（图24）

图23：真圣寺正殿明间东缝梁槫节点

图24：真圣寺正殿明间东缝四椽栿上皮（左）、晋祠圣母殿副阶南次间南缝三椽栿上皮

材料力学角度分析

根据前文对斜面梁栿解木方式的推测,使用偏心材或半心材梁栿的初衷很可能是为了节约木材,充分利用大料。然而从材料力学的角度来看,斜面梁栿起到了避免产生裂缝的效果[3]。相比于整心材,半心材与偏心材是将大料从中部剖开,可以提高内层木质干燥速度,由于内外木质干缩不均而产生的应力便可以释放。在山西地区大量明清时期建筑用整根原木作梁栿,整料梁栿上都存在干缩产生的长裂缝,严重影响了木材抗弯、抗剪曲度,在当代修缮中常用铁箍箍紧梁栿。

从防止木材开裂的角度思考,梁栿侧面卷杀有着积极的作用。梁栿侧面上下各做卷杀,其实削掉了部分晚材带,起到减少上下边收缩的作用。侧面卷杀在展现饱满美感的背后,也许隐藏着古代工匠预防产生裂缝的意图。斜面梁栿上部斜面,相当于消除了一部分晚材带,起到减小应力、减小干缩变形的作用。

山西地区元代及以前木构建筑使用偏心材或半心材梁栿并不鲜见。南禅寺大殿明间西缝四椽栿出头作栱头,栱头端面木心在东侧边缘,说明这根四椽栿很可能是偏心材。太谷安禅寺藏经殿四椽栿出头作耍头,耍头为方形切几头,耍头端面木心在长边外,由此推测四椽栿可能是大料对开得到的半心材[4]。晋东南地区的府城村玉皇庙成汤殿明间东西两缝四椽栿为大料对开的半心材[5]。然而,目前仅在晋中地区发现偏心材或半心材做成的斜面梁栿案例。

Part 3

晋祠圣母殿斜面梁栿的排布规律与原始构件识别

斜面梁栿排布规律与视觉效果

3处小型殿宇构架较为简单,都是将斜面梁栿的高侧面朝向明间。晋祠圣母殿构架较为庞大、复杂,斜面梁栿排布表现出一定规律,下文着重分析圣母殿斜面梁栿排布规律与相关问题。

梁栿排布规律

圣母殿殿身斜面梁栿都以高侧面朝向明间,6 根丁栿的高侧面朝向前槽。副阶前廊和后廊的斜面梁栿以高侧面朝向明间,两侧廊屋架中的斜面梁栿以高侧面朝向前廊。4根副阶递角栿也是斜面梁栿,除东北递角栿外,其他3根都是高侧面朝向前后廊 (图25)[6]。

图25：晋祠圣母殿殿身部分梁栿排布

视觉效果考量

根据圣母殿斜面梁栿的排布规律,发现工匠在下料、加工梁栿时,已存在对梁栿视觉效果的考量,有意识地将斜面梁栿的高侧面呈献给观者。当观者站在前廊明间仰视殿身前槽和副阶前廊屋架时,看到的都是梁栿高侧面;站在前廊向后看去,看到的也是副阶侧廊梁栿的高侧面。圣母殿横架明间梁栿比次间、梢间梁栿明显粗大,充分体现了突出在明间观看高大梁栿的工匠意图。

识别原始构件的依据

经过以上分析,可以发现晋祠圣母殿斜面梁栿的加工方式与摆放方式都能体现出明显的工匠意图,圣母殿始建时的梁栿应全为斜面梁栿 ;斜面梁栿可作为识别原始构件的重要依据。目前圣母殿构架中保存有一些矩形断面梁栿,经过对梁栿出头作耍头、两侧琴面的样式比对,可以判断是后代修缮时更换的构件。例如,圣母殿殿身部分明间和次间的四缝梁架 ( 调查仅观察到北次间北缝平梁,未及其他平梁 )、6 根丁栿中,只有明间南缝四椽栿与北次间北缝五椽栿不是斜面梁栿,且侧面琴面凸出较少,说明这2根梁栿与其他斜面梁栿不是同一批加工的构件,可能是后代修缮时更换的。

圣母殿副阶构架中的构件年代层次较为复杂,历代修缮活动中更换了大量梁栿构件,例如,副阶明间南北两缝三椽栿为1995 年修缮时更换的,上部不作斜面,两侧琴面凸出很小 [1]298-301 ;而两次间三椽栿则是斜面梁栿原物。根据梁栿断面形状、梁头出头作耍头的样式,可以判断圣母殿副阶始建时的四椽栿、三椽、乳栿应全为斜面梁栿 ( 由于未能详细调查劄牵,关于原始劄牵是否为斜面梁栿还有待考证 )。圣母殿副阶现存乳栿中,乳栿伸出柱头斗栱作卷瓣形耍头的,且是一根完整老料的,都是斜面梁栿,可以判断为宋代原物[7]。

Part 4

斜面梁栿断面尺寸特点

由于目前尚未对几个遗构中的所有斜面梁栿进行精细测量,加之同一种梁栿也存在尺寸不统一的现象 ( 如前所述,晋祠圣母殿明间梁栿尺寸略大于次间梁栿 ),为精确还原斜面梁栿断面尺寸规律带来了困难,但仍能根据现有材料归纳出一些斜面梁栿断面尺寸的规律和特点。

高侧面广受材栔控制,低侧面广大于出头高度

由于斜面梁栿端部与斗栱、梁槫节点相交,梁栿高度也须与材栔相关。具体来说,高侧面广受材栔控制,低侧面广无固定取值,但大于与斗栱或梁槫节点相交部分的材广。例如,宣承寺正殿前乳栿高侧面广为两材,后四椽檐栿高侧面广比两材略大 ;狐突庙后殿四椽栿高侧面广为两材。[8]

另外,晋祠圣母殿副阶前檐四椽栿存在大小头现象,入内柱的后端材广比入铺作的前端材广大一些,前后梁厚一致。前端梁广约为两材一栔,说明画线、解木时以小头为基准,将梁栿下皮削平,上皮只沿着原木边缘做粗加工。

存在多种断面广厚比值

《营造法式》( 后文中简称为《法式》)造梁之制中“:凡梁之大小,各随其广为三分,以二分为厚。” [3]124 对于本研究中的斜面梁栿案例,以高侧面广与梁厚计算广厚比,可得到多种接近整数比的取值。

晋祠圣母殿梁栿规格较多,同一种梁栿的尺寸也差别明显,但也可以归纳出常见断面广厚比的整数比值 :殿身四椽栿为 5:3,殿身五椽栿为 3:2,副阶前檐四椽栿存在大小头,以前端梁广计算,断面广厚比兼有 3:2与5:3两种(表1)。

宣承寺正殿后四椽檐栿与狐突庙后殿四椽栿的高侧面与底边的广厚比均接近 5:3 ;然而,若计算梁广与最大厚度的广厚比,则可能接近 3:2。另外,宣承寺正殿前乳栿断面广厚比接近 2:1( 表 2)。

综上,存在 3:2、5:3、2:1 这 3 种梁栿断面广厚比值关系。广厚比为 5:3 的梁栿断面与 3:2 较为接近 ;在梁广相等的情况下,前者梁厚是后者梁厚的9/10;这2种断面比例梁栿的受力性能相差不大,从视觉上也很难辨识。解木时可能根据原木实际形状,选择适当的梁栿断面广厚比例 ;若材料充足,就做成 3:2 断面,若材料有限,则做成 5:3断面。

梁广小于《法式》规定的取值

斜面梁栿的断面尺寸比《法式》中规定的梁栿断面尺寸小。如圣母殿用直梁,与《法式》中规定的直梁材广比较,法式梁栿材广尺寸均大于圣母殿梁栿高侧面尺寸。省料直接关联着省功,加工低侧面耗功比高侧面小;比广厚比相同的矩形断面梁栿小一些,比加工相同等级建筑的法式直 ( 月 ) 梁耗费功更小(表3)。

Part 5

结语

本研究关注晋中地区特有的斜面梁栿现象,根据斜面梁栿断面木纹与侧面钝棱、高侧面裂纹等细节,对斜面梁栿的加工方式进行复原推测。可得到以下结论 :

1) 斜面梁栿大多为偏心材。晋中地区独特的解木加工方式,将一根原木解得梁栿用料和若干栱、枋用材,这种做法可节省木材。

2) 高侧面朝向明间或前檐,可以获得高大梁栿的视觉效果。高侧面加工比较规整,而低侧面的顶边与底边可能有钝棱,这种梁栿排布方式,可以使站在前檐明间的观者看到斜面梁栿的高侧面和平整的底面

3)斜面梁栿断面广厚比存在3:2、5:3、2:1几种,以高侧面广为设计高度。斜面梁栿的断面尺寸小于《法式》规定值,可以减省功、料 [9]。

图26：晋祠圣母殿

图27：晋祠天王像

图28：柱上盘龙之一

图29-33：晋祠雪景（左右滑动查看更多）

参考文献：

[1] 柴泽俊, 李在清, 刘秉娟, 任毅敏, 柴玉梅. 太原晋祠圣母殿修缮工程报告 [R]. 北京 : 文物出版社 , 2000.

[2]《木材学》编写组 . 木材学 [M]. 北京 : 中国林业出版社 , 1997.

[3] 梁思成 . 营造法式注释 , 梁思成全集 ( 第七卷 ) [M]. 北京 : 中国建筑工业出版社 , 2001.

图片来源：

图1,2:参考文献[1]

图5:郭黛姮.中国古代建筑史(第三卷)[M].北京: 中国建筑工业出版社 , 2001.

图26-33：周胤辰摄

其余图片均为作者拍摄、绘制

本文注释

向上滑动阅览

1)参考文献 [1] 第 67 页 :“现有梁栿断面多不是方形,梁栿上面多是斜面,与驼峰、垫墩、蜀柱、侏儒柱相触点,上下皆斜面连接。为何用此法,不详。”参考文献 [1] 第 116 页 :“拆卸圣母殿梁架时,发现该殿梁栿上沿皆系斜面,其断面为“梯形”状,斜度坡势不等,六椽栿、四椽栿、平梁斜向,多为北高南低,即南向 ;大角梁上沿斜面多为东向偏低。何故用此做法,不详。原状保存,留待识者稽考。”

2) 观察木材横截面的微观结构,从髓心向外呈放射状穿过年轮的线条,称为木射线。木射线的细胞壁很薄,质软,其与周围细胞结合力弱,木材干燥时易沿木射线开裂。

3) 本文中将木材表面较小的干缩开裂称为“裂纹”,开裂较大、对材料性能构成危害的称为“裂缝”。

4) 由于现代添加的吊顶遮挡,无法探明安禅寺藏经殿的四椽栿是否为斜面。

5) 另外,据长子县文物旅游局文物科长李书勤先生告知,下霍八里洼护国灵貺王庙正殿、崇瓦张三嵕庙正殿、崇庆寺十八罗汉殿用对开料梁栿。

6) 参考文献 [1] 第 116 页中“多为北高南低,即南向”的调查结论是存在问题的 ;在第 126页“七圣母殿纵断面设计图”和第 261 页“七圣母殿各架槫排架编号图”中,反映了斜面梁栿高侧面朝向明间的实际情况。

7) 副阶 3 号、13 号、17 号、19 号、23 号、31 号、43 号斗栱所承的乳栿应为宋代原物。根据参考文献 [1] 中的老照片,有一些副阶斗栱耍头原为麻叶云头,1995 年修缮时将麻叶云头改为宋式卷瓣形耍头,乳栿仍用老料。经过核对发现,原先出麻叶云头的梁栿都是非斜面梁栿。例如,21 号、47 号副阶斗栱所承乳栿出头原为麻叶云头,从麻叶云头样式分析,这种上皮平直的乳栿可能是明嘉靖年间修缮时更换的。晋祠圣母殿副阶斗栱编号见参考文献 [1]。

8) 依照《营造法式》称法,“广”指高度,“厚”指宽度。

9) 晋祠圣母殿虽然规模较大,但从构件样式和做法来分析,和晋中地区其他宋金时期中小型遗构属于同一谱系。

关于作者

周淼，1984年生，山西太原人。现任浙大城市学院建筑学系副教授、副系主任。东南大学建筑历史与理论专业博士。研究方向为建筑考古学理论与方法、古代木构建筑技术史。专著《唐宋建筑转型与法式化：五代宋金时期晋中地区木构建筑研究》获第十届钱学森城市学金奖。在《建筑学报》、《文物》等核心期刊上发表多篇学术论文。主持国家自然科学基金、教育部人文社科基金、浙江省虚拟仿真实验教学等多项科研项目。入选浙江省“之江青年社科学者”等人才培养计划。

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