木结构古建筑的结构与构造之构件连接法及斗

清代翘昂出踩斗栱
5 斗栱
5 .4出踩、出跳
出跳
“出跳”是指以栌科心为 轴，向进深方向或面阔方 向挑出之意，一栱（或一 昂）各向两边挑出一个距 离时，均称为一跳。 《营造法式》卷四述“凡 铺作自柱头上栌科口内， 出一栱或一昂，皆谓之一 跳，传至五跳止。出一跳 谓之四铺作、出两跳谓之 五铺作、出三跳谓之六铺 作、出四跳谓之七铺作、 出五跳谓之八铺作”
用半榫（巴掌榫）拼接柱子
3 构件连接法——柱的拼接
（2）柱径太粗，而缺乏大直径圆木时，可用合柱鼓卯拼接而成。
按《营造法式》合柱 鼓卯图样中有二段合， 三段合，四段合几种， 也就是，由两根、三 根或四根原木拼成一 个完整的柱身。鼓卯 有明有暗，明鼓卯用 作柱面或柱底，暗鼓 卯用在柱心，鼓卯底 广面狭，另一段作榫 则面广底狭，因为相 合。凸榫可以做成银 锭状叫做鞠，也可以 做成长方形形状叫做 暗楔。
四川牧马崖墓出土的东汉明器
5 斗栱
5 .1 斗栱的发展及演变
汉 代
汉代斗栱的形制有了 很大的发展，并已走向 成熟，但当时角柱顶部 斗栱的做法还是采用双 柱。 汉代斗栱起始比较笨拙， 也比较简单;后来变得 层层出跳，层数越来越 多。除了大的护斗外， 护斗上叠置多层栱，每 层又出现小斗(后称为 “升”)，并且从一斗 二升发展为一斗三升， 成为斗栱的标准单元。
正心瓜栱（宋称泥道栱）
位于斗栱左右中线上的 瓜栱，也在檐柱中心线 上这样的瓜栱叫做“正 心瓜栱”。
5 斗栱
翘（宋称华栱/抄栱）
“翘”是清式名称，也是斗栱的构件之一。“翘”的形象与栱 相同，但方向与栱不同。清式斗栱中的栱是横向的、向左右延 伸的矩形短木，而翘是纵向的、向前后伸出并翘起的短木，因 前后翘起而得名“翘”。其实，“翘”在宋代时也是一种栱， 名为“华栱”，也叫“抄栱”。
4. 试验结果分析
透榫柱架
8
透榫构件1
4
0
-4
-8 -200 -100 0 100 200
/mm
8 透榫构件2
4
0
-4
-8 -200 -100 0 100 200
/mm
P/kN P/kN P/k N
8 透榫构件3
4
0
-4
-8 -200 -100 0 100 200
/mm
燕尾榫柱架
P/kN P/kN P/kN
文物建筑的结构与构造
木结构古建筑的结构与构造 ——构件连接法及斗栱
报告人： 张锡成
二O一三年十月三十 日
1 构件连接法——榫卯连接
1 .1 榫卯连接发展概述
河 姆 渡 文 化
河姆渡遗址木构件榫卯
最早的榫卯雏形
1 构件连接法——榫卯连接
1 .1 榫卯连接发展概述
周 代
周代出土棺椁中的榫卯形式
1 构件连接法——榫卯连接
4 榫卯连接的力学性能
4 .2 燕尾榫
1. 传力分析
燕尾榫传力分析
4 榫卯连接的力学性能
4 .2 燕尾榫
2. 破坏形态
①榫颈弯断 ②榫角剪断 ③卯口剪裂 ④榫角压缩 ⑤卯口胀裂 ⑥榫头剪断 ⑦卯口劈裂
榫角剪断 卯口劈裂
榫角压缩 榫角压缩伴随卯口劈裂
4 榫卯连接的力学性能
4 .3 直榫、燕尾榫节点柱架拟静力试验
5 斗栱
5 .6 斗栱的力学特性
传力机理
（1）斗栱构件受力分析
斗受力分析
5 斗栱
5 .6 斗栱的力学特性
传力机理
（1）斗栱构件受力分析
短跳华栱受力分析
慢栱受力分析
5 斗栱
5 .6 斗栱的力学特性
传力机理
（1）斗栱构件受力分析
昂计算简图
下昂受力状态
5 斗栱
（2）斗栱整受力分析
溜金斗栱构造及受力示意图
铺作与出跳的关系
5 斗栱
5 .5 斗栱的偷心、计心
“计心”造：每一跳的 华拱或昂头上，放置横 拱的一种斗拱的结构方 法。 “偷心”造：指一朵斗 栱中只有出跳的栱、昂， 跳头上不安横栱的作法。 横栱的设置少于斗栱出 踩。
5 斗栱
5 .6 斗栱的结构作用
（1）装饰作用 。 （2）伸挑出檐。 （3）传递梁架、屋盖荷载。 （4）减小梁枋跨度，因而大大减小了梁枋中的弯曲应力。 （5）隔震、减震耗能。
4. 试验结果分析 刚度退化曲线
透榫柱架
燕尾榫柱架
5 斗栱
5 .1 斗栱的发展及演变
商 代
斗栱的雏形
商代由擎檐柱到插栱的演变
5 斗栱
5 .1 斗栱的发展及演变 斗栱的雏形
周 代 建 筑
令簋中形象明显的栌斗
古建筑中常见的栌斗立体图
5 斗栱
5 .1 斗栱的发展及演变
周 代
河南荥阳汉墓出土的汉代明器
1. 构件尺寸
透榫柱架
燕尾榫柱架
4 榫卯连接的力学性能
4 .3 直榫、燕尾榫节点柱架拟静力试验
2. 试验装置
4 榫卯连接的力学性能
4 .3 直榫、燕尾榫节点柱架拟静力试验
3. 试验现象
透榫柱架
榫头拔出 卯口破坏
榫头破坏
燕尾榫柱架
榫头拔出
4 榫卯连接的力学性能
4 .3 直榫、燕尾榫节点柱架拟静力试验
（3）管脚榫
管脚榫及套顶榫的使用 便于安装定位； 提供一定的抵抗倾覆弯矩能力； 一定程度上维持木构架水平方向的稳定性； 限制了柱架在水平荷载的滑移，是一种“滑移限位装置” 。
1 构件连接法——榫卯连接
1 .2 榫卯连接的类型
（4）搭扣榫 又称扣榫
箍头榫
十字卡腰榫及十字刻半榫
1 构件连接法——榫卯连接
万栱（宋称慢栱）
在瓜栱上面承托正心枯或拽枯的栱， 叫做“万栱“。万栱是栱中最长者。
厢栱（宋称令栱）
斗栱中最外一踩承托挑檐枯，或是 最里一踩承托天花枋的栱，叫做 “厢栱”。厢栱置于最上层的昂或 翘上面。
5 斗栱
栱
瓜栱（瓜子栱）
栱构件中最短的栱，也是处于 最下层的栱;一般来说，瓜栱和 万栱多相叠并用，瓜栱托着万 栱。
5 斗栱
5 .7 斗栱的破坏形式
（1）斗受压劈裂破坏
各类斗均为受压 破坏，其中栌斗 承担全部上部荷 重，随着荷载增 加，受压区木材 在横纹受压和横 纹剪切应力作用 下断裂，以至栌 斗构件劈裂破坏。
栌斗劈裂破坏
5 斗栱
（2）长跳华栱压弯劈裂破坏
长跳华栱压弯受力分析
试验破坏形态
5 斗栱
（3）泥道栱槽口撕裂 泥道栱开槽坐于栌斗下卡短跳华栱，相当于断面减小后的悬臂梁，很 容易从开槽处撕裂。 （4）短跳华栱弯剪破坏 短跳华栱是受弯构件，荷载较小时，具有良好的弹性和韧性，随着 荷载的增加，栱的弯曲变形增加，最后栱承受较大的弯矩和剪力达到承载 力的极限而发生弯剪破坏。
5 斗栱
5 .1 斗栱的发展及演变
唐代国运兴盛，土术建筑一也得到迅速发展。建筑的斗栱也已臻成熟
唐 代
5 斗栱
5 .1 斗栱的发展及演变
唐 代
唐代斗栱（转角铺作）及日本飞鸟式建筑
5 斗栱
5 .1 斗栱的发展及演变
唐 代
佛光寺大殿建筑中的斗栱
5 斗栱
5 .1 斗栱的发展及演变
宋代的斗栱已完全成熟并高度规范化，并有了一些明显改进和演变。
1 .2 榫卯连接的类型
（5）柱头榫 又称馒头榫
2 构件连接法——销连接
2.1 栽销
在古建大木中，销 子多用于额枋与平 枋之间、老角梁与 他角梁之间以及迭 落在一起的梁与随 梁之间、角背、隔 架雀替与梁架相迭 处等，古时也有在 檩子，垫板、枋子 之间使用销子以防 止檩、垫、枋走形 错动的．现在已很 少采取．另外，在 坐斗与平板枋之间、 斗栱各层构件之间， 也都用栽销的方法 稳固。
5 斗栱
5 .1 斗栱的发展及演变
清代斗栱形制与宋《营造法式》基本相同，做法制度一也大体相
似，但受元、明影响，一也发生了一些变化。根据清工部《工程
清
做法则例》中的有关规定，发生的变化有：，
代
斗栱总高与柱高的比例下降，由隋唐时期的1：2降为1：5。
补间铺作的攒数增多。
清代斗栱结构功能明显减退，更具装饰性。
5 斗栱ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
昂
位于栱前后中 线，且向前后 纵向伸出贯通 斗栱的里外跳， 前端有尖斜向 下，尾则向上 伸至屋内。
下昂
在角科45°斜线上，与耍头齐平的昂
由昂
5 斗栱
耍头
在斗栱的前后中线的翘或昂 上，有两层与翘或昂平 行的构件，其中下面的一根 构件叫“耍头”。耍头出 现于隋唐时期，式样比较多， 有的没有雕饰，有的加以雕 饰。
2 构件连接法——销连接
2.2 穿销
穿销与栽销的方法类似，不同这处 是，栽销法销子不穿透构件；面穿 销法则要穿透二层乃至多层构 件．用于两层或两层以上构件的叠 合连接。
穿销
2 构件连接法——销连接
2.2 穿销
3 构件连接法——钉连接
在转角大木中，角梁与檩条的连结， 除去依靠角梁下皮挖出桁碗，还要 使用铁钉把角梁固定在檩条上，以 防止下滑。从十二世纪到封建社会 末期，角梁由戗一直使用铁钉，钉 断面一寸见方，一般为角梁厚度的 七分之一，钉直径不可过大，以免 角梁木料开裂。 大部分铁钉用在椽子和板材的连结 上。
图3.55 短跳华栱弯剪破坏
5 斗栱
5 .1 斗栱的发展及演变
中国历代斗栱的演变状况
5 斗栱
5 .1 斗栱的发展及演变
中国历代斗栱的演变状况
5 斗栱
5 .2 斗栱的组成
5 斗栱
5 .2 斗栱的组成
斗栱主要由水平放置的斗、升和矩形的栱、翘及斜放的昂等构件组成。 斗——坐斗（宋称栌斗）
角栌斗
圆栌斗
方栌斗
讹角栌斗
图3.12 斗口
宋 代
补间铺作渐趋复杂
5 斗栱
5 .1 斗栱的发展及演变
宋代的斗栱已完全成熟并高度规范化，并有了一些明显改进和演变。
宋 代
斜华栱的使用
5 斗栱
5 .1 斗栱的发展及演变
元代建筑上 承宋金，下
元 启明清，总 代 的讲来，建
筑风格多粗 犷、豪放。 斗栱用材尺 寸降低，斗 栱更具装饰 性，补间铺 作增多。
汉 代
汉代出土棺椁中的榫卯形式
1 构件连接法——榫卯连接
宋 代
宋代常见的榫卯连接
榫卯构造已臻完善
1 构件连接法——榫卯连接
1 .2 榫卯连接的类型
（1）直榫
透榫 又称大进小出榫
半榫
1 构件连接法——榫卯连接
1 .2 榫卯连接的类型
（2）燕尾榫 又称大头榫、银锭榫
1 构件连接法——榫卯连接
1 .2 榫卯连接的类型
燕尾榫柱架1 4 2 0 -2 -4 -200 -100 0 100 200
/mm
燕尾榫柱架2 4 2 0 -2 -4 -200 -100 0 100 200
/mm
4
燕尾榫柱架3
2
0
-2
-4
-200 -100 0 100 200 /mm
4 榫卯连接的力学性能
4 .3 直榫、燕尾榫节点柱架拟静力试验
合柱鼓卯
4 榫卯连接的力学性能
4 .1 直榫
1. 传力分析
水平荷载作用下
直榫传力分析
4 榫卯连接的力学性能
4 .1 直榫
1. 传力分析
竖向荷载作用下
直榫传力分析
4 榫卯连接的力学性能
4 .1 直榫
2. 破坏形态
由上述分析可以看出，直榫在承受弯矩作用时，将会产生一定的弯曲应力和 剪应力，榫颈截面达到极限弯矩后木材纤维会拉断，榫颈发生弯曲破坏和剪 切破坏。这在古建筑维修中，如西安东门城楼，常可以见到这种破坏形式— —榫头在沿垂直面内出现断裂。
历代建筑中的耍头演变图
5 斗栱
斗栱各构件的位置、名称
5 斗栱
5 .3 科、铺作
清代：
角科
宋代：
平身科
柱头科
不同位置一朵/攒斗栱的称谓
5 斗栱
5 .4出踩、出跳
出踩
“出踩”是清制斗栱对挑 出的称呼，挑出的距离称 为“拽架”。在进深方向， 以一翘（或一昂），里外 各挑出一拽架称为“二 踩”，加中间一个支点， 共称为“三踩”。也就是 说，清制斗栱以栱中心点 为一踩，每叠加一翘（或 一昂），就增添二踩。
5 斗栱
标准栌斗的构造
5 斗栱
斗——平盘斗（宋称交互斗）
平盘斗是斗的一种，多用在角科斗栱中，一般没有斗耳，用来承托两 个方向的栱或宝瓶。
5 斗栱
升——十八斗（宋称交互斗）
5 斗栱
升——三才升（宋称散斗）
在单材栱的两端上面承托上一层栱或枋的升。
5 斗栱
栱
栱是矩 形断面 的短枯 木，外 形略似 弓，有 万栱、 厢栱、 瓜栱等 之别。
5 斗栱
5 .1 斗栱的发展及演变
汉 代
此时的斗栱出跳均不大，因此承担屋檐时，常采用伸出梁头，其端头放置斗栱。在屋 角部分，则两个方向均伸出梁头，分别放置斗栱，后来才有伸出45°斜梁的做法。
栱身的变化，由早期的平直短术，渐变为折线或弯曲如花草状的多样形式。就栱身性 质而言可有半栱、全栱、交手栱和折尺形栱，可谓斗栱类型已经很多。
3 构件连接法——柱的拼接
高大的建筑物中，在柱身过长或柱 径过粗时，一根原木往往不敷应用，需 要两根以上的原木拼接。
（1）木料不够长时，拼接法采用半 榫或名巴掌榫。使用铁箍钉连结。
河北正定隆兴寺慈氏阁 有一根后金柱，圆柱径 为650mm，总长 16500mm，由三根圆 木拼接而成，有两处接 口，分别位于构件高度 的约三分点处。