直观梁柱：木结构改良记

前言

一位老木匠曾在酒桌上感叹自己人生的前三十年和后三十年。他说：“四十年前，我在家乡当木匠，改革开放后，我这个木匠在社会上已经没有多大价值了，现在只是用机器削木板而已。”他语气中压抑着无奈。改革开放以来，很少有人用木头盖房子了，这个社会已经没有传统木匠生存的空间，他们大多背井离乡，到大城市去给高层建筑做混凝土模板，或者做“欧式”的室内装修，他们那一技之长已经派不上用场，只能勉强糊口。千百年来，生活在木质空间、使用木质器皿、视木为人性的中国人，一夜之间颠覆了所有的生活习惯，过上了现代生活。为了过上新生活，人们选择逃离“阴暗、陈旧”的木屋。这似乎是一个合理的办法——“木结构”的失宠几乎是必然。然而，仔细想想，老旧、昏暗与木材有什么关系？只是人们喜新厌旧而已。如今经济放缓，当我拿着关于传统木结构的资料去向老木匠请教时，老木匠叹了口气：“前几年没人来找我，我也没事干。这几年，大家又回来了，说木材比水泥更环保、更绿色，都想建木屋，我忙得不可开交。”

两位大师的感悟，都是对当下现实的反思。当务之急是思考传统木结构的出路。无论出路如何，只有回到我们自己的传统中，才能找到答案和线索。

技能合一

这种改革的尝试，其实是在探索木结构所能营造的东方空间气质，在中间层面解决空间营造与空间美学的问题。换言之，是在寻求东方“技艺”与“艺术”的统一。历史上，包豪斯的教学是首次将材料工坊与设计思维相结合的尝试；海德格尔也以“艺术”寻求“技术”世界的突破（详见《关于技术的追问》）；莫里斯等人发起工艺美术运动，以抵抗工业生产对人的冲击（“工业化被视为创造的堕落和对人的奴役，只有艺术才能将人从这种奴役中拯救出来”）。这些探讨，一度被视为在物质创造过程中充分认识世界的重要途径。最终，所谓的“改良”必然既包括技艺，也包括艺术。二者的共同提升是这条道路的核心立场和目标，也是中国传统木结构建筑给予我们的重要教训。

作为一门大学课程，不可否认艺术部分比技巧部分更受青睐——我们花更多精力优先提升形象，而“技巧”更多是为了“艺术”。即便如此，也不同于通常的课程设置（A）。在课程中期，我们开始频繁接触传统木工（B）。图纸上的设计在很早的时候就结合了经验和技术的探讨。节点结构的设计不是一味的精细化，而是结合木工的施工顺序和施工条件进行灵活适度的设计。

鹤楼轩内景与外景

冯纪中设计的方塔园何楼亭，是近年被建筑师王澍“发现”并屡屡被称赞的。此亭的确不简单，兼具东方空间韵味与线性结构美学，也是近乎唯一在空间气质与结构体系上都探索创新的现代案例，做到了“技艺”与“艺”的统一。将二者相得益彰，达到一种均衡不偏，相得益彰，相得益彰。

木结构改良

让我们回到这个祠堂的具体改进过程。在过程中我们依次经历了三个步骤：第一步是在传统木结构案例中寻找与空间形象相匹配的结构来源。在建筑的整体构思中，如何获得向心力、凝聚力强的空间结构与形象是寻找结构来源的起点。最后发现传统的“叉柱结构”有这样的潜力，并在之后的解读与运用中逐渐成为祠堂设计的重要结构来源。

在我读过的传统木结构资料中，我发现了梁与柱的关系。这种大型木节点，在宋代《营造法》中被称为“叉柱构造”，是为了解决上下层连接柱的结构问题而出现的，因此经常用于楼阁、塔楼等多层木结构建筑。也就是说，“叉柱构造”方法解决了柱子需要上下拼接时梁柱交叉和结构强度的问题。古人几千年的木结构建筑经验，不仅让这种结构细节停留在简单的解决问题上，还在不断完善的过程中，逐渐让这组柱子的上下关系形成了向内划分的独特特征。在独乐寺观音阁和应县木塔的剖面图中，我们可以清晰地读到，这两座木结构的体积随着层数的增加而逐层减小。虽然一层的变化很小，但积少成多，形成上窄下宽的稳定图型，这既是木材受力的客观规律，也是古人试图用受力原理平衡结构视觉表达的智慧。

需要补充的是，“叉柱结构”是传统建筑中的技术节点，并不表达任何特定的空间形象或美学意义。换言之，所谓上窄下宽的稳定图式，更多的是一种自然发生的形式。在本案中，通过这组错位关系，使上下柱全部向心排列，获得整体结构被聚集、聚合的特性。这种向心的组织方式赋予了它特定的空间形象，并最终将其与“家族凝聚力”的空间形象联系起来。

观音阁外观与内部

观音阁部分外观及其叉形柱子

作为研究的一部分，笔者前往独乐寺，观察这种“叉柱结构”在特定空间中的表现。从建筑外部可以清晰辨认出的衔接关系，却深深地隐藏在空间内部的辅层（斗拱）和平座层（楼板）之中。没有测绘剖面的帮助，这种独特的叉柱结构是无法在空间内部看到的。至于古人为何隐藏这一细节，有人推测是为了隐藏技术秘密，保护当地独有的关键技术。换言之，掌握了“叉柱结构”，就相当于突破了多层木结构建筑的瓶颈技术。一个小小的“叉柱结构”，体现了古人对多种因素的主动适应，让这个节点最终呈现出某种中性、平衡、稳定的状态。

但作为现代木结构的空间探索，结构的表达需要还原为纯粹清晰的关系。于是就到了第二步操作，即创建一个柱头原型，即一个美学与力学原理经过提炼梳理的结构单元。木结构建筑中，梁、柱、屋架等结构交叉是无论如何都要面对的。因此，这个柱头原型的设计包含了地下基础、柱脚、柱身、柱与多向梁交叉、柱与楼板交叉、柱头与屋架交叉等多组关系，是一个完整的结构单元。

柱头原型，“叉柱结构”的改良版

作者保留了传统“跨柱结构”上下柱中心错开的特点，将其搭接三分之一柱长。横梁从搭接底部穿过（搭接底部距地面2.6m，与视觉高度形成略向上的关系）。此处的横梁作为连接柱头的重要构件，也进行了特别的改良。这期间参考了日本民居的接梁方法（民居中用几根短梁连续组成一根足够长的整梁的过程），改良为“长短梁”的拼装体系。也就是说，在拼装上下柱时，先将短梁拼装在一起扣住搭接底部，待所有独立柱就位后再依次连接长梁，形成框架。这一改进使通常设在柱内的暗榫转移到柱外，大大降低了实际施工时的定位拼装难度，也为后期的修缮更换提供了方便。依次向上，楼板在下柱顶部相交（楼板距地面4.24m），梁底部采用暗榫处理，解决了两柱搭接处的牢固性问题。最后，上部柱与屋架相交处采用平梁内外连接，同时支撑斜梁，实现屋架的坡度。水平连接梁采用高差错位，简化加工。

柱头榫眼细节和组装

柱头榫眼连接及组装

单位成立后，开始面临首都之间的组织问题，组织方式依然围绕向心力、凝聚力的空间形象展开。

柱网由转角处的4根外柱和1根内柱组成，在中点处镜像两次再与8根主梁连接。因此，这种柱网关系不再是单向复制框架结构，而是四向整体木结构。

寺庙空间的结构组织

框架由4根外柱+1根内柱组成

柱子与围墙保持分离，结构独立塑造空间气质。空间开始以线形梁柱为主，围墙由此明显成为建筑的辅助元素。中国传统木结构多为“包墙柱”，此次选择皮骨分离，除了考虑封闭问题（窗框、门框、玻璃围护等），有意识地让结构线条在空间中被清晰地解读，获得现代感。

细说皮骨分离，传统木结构从结构到围护到门窗，往往采用同一种木材（木梁柱、木墙、木门、木窗框等），从材料性质来看，它们的应变变形程度相同。但现代建筑常用的玻璃、金属板或框架材料，都是工业化加工的精密型材，其应变变形率、收缩率与木材相差甚远。5年前，水岸山居在建10m高的夯土墙时，怕夯土墙倒塌，便在混凝土楼板内做预埋件伸出，希望托住夯土墙。结果发现，夯土墙会下沉，拉杆会损坏夯土墙，最后只好把预埋件全部拆除，墙体与楼板分离。从这个意义上来说，皮与骨之间那种松散的、甚至不接触的、留有空隙的结构关系，除了空间意义和修辞意义之外，也是建构中非常重要的考量。同样，榫卯本身所达到的所谓牢固，也绝不是一种僵硬的、死板的接合，而是一种灵活的平衡状态。

上述一系列改进，将原本隐藏在楼面或斗拱层层之间的“叉柱”交汇点，全部清晰、收敛地展现在空间中，积极参与空间形象的塑造。结构与围护、光线与空间尺度的协调，创造了家与庙宇两种截然不同的空间表达。

结构的空间表达，独乐寺观音阁室内一角（上）；日常生活空间室内一角（下）

关于主梁、柱的截面尺寸，我们经过深思熟虑后，选择了大头360mm、小头220mm的纺锤形柱（顾名思义，柱子呈纺锤形，上薄下厚），主梁为160mm×360mm。主要原因是大头大于360mm、小头大于220mm的杉木，其平均长度通常为6m，经过剥皮（平均损失10mm）、整平（平均损失15mm）、截去直径不足的小头后，如果要经济地得到最大长度为4.2m的较粗柱，尺寸大致就是这样。由于要求的最大净跨度为6.4m，所以梁的截面尺寸是参考一些祠堂月梁的断跨比，结合整体效果后确定的。（以上截面尺寸仍需经过结构计算进一步深化）

苏州市恒泾木材厂

杉木

为了实现上述的柱头原型和整体框架，作业进入第三步——与木匠们一起依次解决受力、加工、施工等施工问题，并在此基础上增加机械加工的比例。毕业设计时，一共做了三次大比例的柱头模型和1：20的整体结构模型，每次都反复修改柱头形象和榫卯细节（第一次的柱头模型比例为1：2，后两次都是1：1）。技术上最难的两个部分：一是两柱重叠处因其偏心受力关系容易断裂的问题；二是两柱重叠处“内接半圆柱”的加工问题。这些特殊的榫卯设计，都曾得到过许多老木匠的悉心传授，在交谈和加工过程中，处处体现着木匠们的智慧和思维。从某种意义上说，木工思维是中国传统建筑的普遍思维方式，非常注重材料特性和施工顺序。至于如何做榫头，他们的经验是几代木匠的经验总结。我曾多次灵光乍现，以为自己想出了一种更简单、更合理的榫卯连接方法，然后与木匠沟通，但大多数情况下，我最终还是忽略了一件事而专注于另一件事，或者非常刻意。

比如第一点搭接处的张拉问题，木匠提醒过我很多次，搭接处的底部和顶部需要同样的张拉力，各需要一个榫卯。但我一开始不听他的，用金属箍绑住，以为这样可以在视觉上强调梁柱错位的示意图，帮助张拉。柱头安放一段时间后，搭接处的顶部居然在没有外力作用的情况下自然裂开了，而且裂缝越来越大。这个教训让我在第二次、第三次制作时，虚心改进搭接处的榫卯细节，让柱头所有的张拉关系都牢固、均衡。

节点几乎用金属环绑住

拆开的柱头

柱子末端的小突起成为重叠部分榫接的关键细节，解决了拉动问题。

木匠的经验其实代表着极其系统的预测能力。比如杉木制作的木桶，接触到水就会膨胀，加工时留下的缝隙，并不是因为技术不好，而是针对具体用途而做出的合理细节处理。此外，木匠还很注重“收缝”，毕竟这体现了木匠的工匠精神。比如将方榫做成台阶状，第二步倒角，将圆头与柱子连接。一般来说，消除两个方边相接处的缝隙似乎更为精确，但实际上，方边相接大大增加了施工难度。毕竟建房不是做工艺品，出现2cm以内的误差都是很正常的（更何况木材本身就有不均匀的胀缩）。这种情况下，可以提前留出施工误差的余地，将相接处处理得非常漂亮。解决办法就是提前倒角。这一道理同样体现在独乐寺观音阁墙体与柱子相接的部分，墙体利用切角的方式化解了方与圆相交的尴尬，处理得干干净净。更让人称奇的是，经验丰富的木匠，通过观察木材横截面的颜色、开裂情况，就能判断木材的潮湿程度。木匠会根据木材的潮湿程度进行预判，对榫头大小进行微调。比如木材比较潮湿，榫头要比正常开大1-2mm，如果情况理想，木材很干燥，就可以按照原来的尺寸开榫。

宁海前通木材制备

在准备阶段，必须将木材的所有硬边刨掉。这是为了防止在运输和组装过程中碰伤和划伤影响整体外观，以及防止在加工过程中锋利的边缘划伤手。

独乐寺观音阁，墙柱交接处切角

徽州地区某祠堂月梁缝如何消除

第二点是“圆柱内切半圆柱”的加工问题。笔者受到工业铣刀的启发，发现在各类铣刀刀头中，平底、圆底的刀头完全可以机械化加工这种看似复杂的榫卯结构。刀头型号从几毫米到几十厘米不等，在淘宝上都可以买到。

方底工业铣刀

圆底工业铣刀

铣刀加工凹面

车床圆角

1:20模型制作流程

施工和运输过程中的 1:1 柱资本

1:1 柱头

在1：20的整体结构模型中，为检验各梁、柱榫卯连接的空间表达及加工问题，采用铣刀挖榫、车床倒圆、梭柱盘磨等工艺，在1：20比例模型上还原1：1状态下的榫卯连接形态及加工方式。

榫头的设计不仅要考虑到省时、省力和强度，还要考虑整体的施工和装配顺序，以便于工人识别和定位，并提醒工人如何组装。在这些条件下，做到美观、简洁，语言统一。

结论

总而言之，我详细回顾了《木结构改良》中所有重要的概念、设计、加工和反复修改。它的核心目的，不仅是全面掌握一套木结构建造作为大学课程的方法体系，更是记录了对“技艺合一”境界的不懈追求。木结构改良从传统梁柱的直观语汇开始，从与木匠、真实制造的多次“交锋”经历开始。这一系列完全突破传统大学课程的经验，在我心中深深地筑起了一种直接面对真实建造和“事物”的建筑价值观和方法，必将让我受益终生。