讀書 | 被收入今年高考試卷閱讀材料的故宮“偷樑換柱”,究竟是怎麼一回事?

2024年高考全國甲卷的實用類文本閱讀材料選自故宮博物院研究館員周乾的專著《故宮建築細探》。從根號二的數字密碼到精密設計的排水系統,從倦勤齋的通景畫到太和殿的鎮殿靈符,周乾以紮實的專業知識、詳實的文獻資料,真實再現故宮建造過程,細緻拆解古建結構與佈局,探究建築背後的歷史與文化,輔以235張高清彩圖,全面呈現故宮之精妙與華美。

《故宮建築細探》,

周 乾 著,世紀文景|上海人民出版社出版

>>內文選讀:

偷樑換柱

"偷樑換柱"是一個與古建築相關的成語,後來該詞多指以假代真,用欺騙的手段改變事物的性質。然而,在以故宮爲代表的古建築工程領域,"偷樑換柱"卻屬於一種科學實用的修繕加固方法。

樑、柱

故宮古建築中,樑是截面形狀爲長方形的木料,且木料的長度尺寸遠大於截面尺寸。樑爲水平向放置,兩端的底部有支撐構件。樑主要用於承擔建築上部構件及屋頂的全部重量,並把這些重量向下傳給支撐構件。

柱子即爲樑兩端的支撐構件。柱子截面形狀一般爲圓形,長度尺寸遠大於截面直徑。柱子爲豎向放置,主要用於承擔上部樑傳來的重量,並向下傳遞給下部的樑或直接傳至地面。

樑與柱採用榫卯形式連接,形成穩固的大木結構體系。位於屋架內的若干樑在豎向被層層往上"擡",上下樑之間由短柱支撐,最底部的樑由立於地面的立柱支撐。樑、柱均爲中國木結構古建築的核心受力、傳力構件,缺一不可。

"偷樑換柱"的科學原理

對於古建築而言,位於地面之上的立柱,或因長期承受上部結構傳來的重量而產生開裂殘損,或因柱底部位長期受到地面潮氣影響而出現糟朽殘損,使得木柱強度下降,無法正常支撐樑。在上述情況下,可採用"偷樑換柱"的加固方法。

中國古建築大木構架橫剖面示意圖:從傳力順序看,屋頂重量由上層樑傳給短柱,然後由短柱傳遞給下層樑,再由樑往下傳遞給柱子,依次層層往下傳遞,最終由底部的立柱傳至地面。

"偷"是"託"的諧音,"偷樑換柱"實際就是"託樑換柱"。其基本做法爲:首先將"假柱"(即臨時的豎向支撐構件)安裝在樑底部、原柱(原有立柱)旁邊;再抽去原柱,使得樑傳來的重量由"假柱"承擔, 且"假柱"將該重量向下傳給地基;然後安裝新柱,新柱的材料、尺寸及安裝位置與原有立柱相同;最後將"假柱"移去。

古建築領域中,完善的"偷樑換柱"加固方法具有科學性,可有效地用於殘損木柱加固,其原理主要包括以下三個方面:

柱架——柱與(樑)枋的連接

其一,從樑的角度而言,其爲水平受力構件,並在兩端把外力向下傳給立柱。樑只有保持水平穩定狀態,才能保證整個大木結構的穩定。在加固古建築時,"偷樑" 實際爲"託樑",即由原柱、假柱、新柱分別支託樑,整個過程中樑始終受到支託, 因而能始終保持水平穩定狀態。

其二,從柱的角度而言,其爲豎向支撐構件,並最終把上部構件的重量傳給地基。立柱只有充足的承載力,且與樑有可靠連接時,纔能有效承擔樑傳來的作用力。"換柱"加固過程中,技術人員雖然將原柱抽去,但是預先將"假柱"設立於原柱附近,讓"假柱"代替原柱發揮支撐作用,因而"換柱"過程對結構整體的穩定基本無影響。"換柱"完成後,新柱與原柱有着同樣的材料、尺寸,且與樑有着相同的可靠連接方式,完全能夠代替原柱發揮支撐作用, 因而可以將"假柱"移去。

其三,從樑、柱整體結構角度而言, "偷樑換柱"方法對整體結構擾動小,且能達到良好的加固效果:原柱被新柱原位替換,新柱不僅有很好的支撐作用,而且與樑仍有可靠連接;"假柱"僅用於加固過程的臨時支撐,且在原柱被撤去後,能夠與樑組成臨時穩定的結構體系。因此,在"偷樑換柱"過程中,樑、柱結構整體始終處於穩定狀態。

中國古代兵法三十六計之第二十五計爲"偷樑換柱",古人把軍陣中的"天衡"比作樑, "地軸"比作柱,站立在"樑""柱"上的兵力均爲主力。在戰場上,把對方的主要軍力引開,頻繁地更換對方軍隊陣容,即"偷樑換柱",等對方力量變弱時,再乘機進攻並戰勝之。

"偷樑換柱"與《史記》卷三之《殷本紀第三》內容密切相關。原文載有,"紂倒曳九牛,撫梁易柱也",意思就是紂王力大無窮, 可以拽着九頭牛,手託着樑換柱子。

工程實例

"偷樑換柱"的加固技術在中國古建築保護維修中得到了充分運用,其典型工程實例即爲故宮太和殿某立柱的加固。2004 年工程技術人員在對太和殿進行勘查時, 發現有一根立柱的下部出現了糟朽問題, 該立柱與樑的連接方式類似於上頁示意圖的虛線框部分。施工技術人員採取了"偷樑換柱"方法對該立柱進行了加固,具體過程如下:①揭露→②偷樑→③抽柱→④換柱。

揭露

① 揭露

使出現問題的立柱"暴露"出來,以利於下一步加固工序的操作。這根立柱位於太和殿西北角,且被砌築在牆體內。立柱的直徑約爲1 米,由若干木料包鑲在一起,再用鐵箍約束成一個整體。建築施工人員揭去表皮磚層後,發現立柱下部1 / 3 的位置出現了嚴重糟朽,且原有約束立柱的鐵箍也產生了嚴重鏽蝕。

偷樑

② 偷樑

即"託樑",採用假柱托住原柱上部的樑。假柱爲完好的木料,被安裝在原有立柱附近,用於臨時支撐樑。原有立柱支撐了兩根樑,因而施工人員採用了兩根"假柱"進行支託。這樣一來,即使原柱被移去,上部的樑架也不會因此受到明顯的影響。其主要的機制在於,樑及其上部構架的重量,已由假柱承擔,並通過假柱把該重量向下傳至地基。另假柱頂面與樑底接觸位置增設了一塊麪積較大的木板,以把樑的重量均勻地傳至木柱頂面。

抽柱

③ 抽柱

把柱子底部糟朽部分抽去,以便於用新柱代替。原柱糟朽部分去掉後,剩餘的部分做成巴掌形:底部伸出柱子直徑1 / 2 的截面、柱子直徑1 . 5 倍的長度,與新柱搭接。抽柱後,原柱處於架空狀態,無法發揮作用,但是這並不影響上部結構的安全。

換柱

④ 換柱

用新柱替換原柱的糟朽部分。新柱與被抽去的糟朽部分同材料、同形狀、同尺寸,且頂部亦做成巴掌榫形狀。這樣一來, 新柱與原柱的剩餘部分搭接後,不僅僅在外觀形成一個整體的立柱,而且在豎向形成一定長度的搭接面。隨後,施工人員在搭接長度範圍內用鐵箍箍牢立柱,有利於新柱、原柱之間相互擠緊,協同發揮支撐作用。換柱後,再把"假柱"拆除,即完成了原有立柱的加固。

在清代官員平步青(1832-1896)撰寫的《霞外攟屑》卷四之《夫栘山館戢聞》部分, 有"偷樑換柱"的記載,他說當房屋的某根原柱產生損壞需要更換時,爲節省工料,並不會對原柱進行原位替換,而是在原柱旁邊設一根新柱,再撤去原柱,這種加固方式俗稱"偷樑換柱"。儘管該文獻記載的立柱加固措施並不完善(新柱並非原位替換原柱), 但可以說明在古代的房屋修繕工程中,有"偷樑換柱"的做法。

作者:周乾

文:周乾 編輯:蔣楚婷 責任編輯:朱自奮