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建筑中的“榫卯”

发布于:2023-09-19 15:46:19 来自:建筑结构/结构资料库 [复制转发]

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山无棱,江水为竭

冬雷震震,夏雨雪,

天地合,乃敢与君绝

陪伴是最深情的告白

有一种地老天荒的相守

有一种生死相随的浪漫

叫——榫卯


应县木塔作为世界上最高、最古老的木结构佛塔

建于辽代清宁二年(公元1056年)

至今已历960多年

虽历经了狂风暴雨、强烈地震、炮弹轰击

(塔身上弹痕累累,可以看见嵌进去的弹头)

仍然屹立


整个建筑主体2600多吨

纯木结构、无钉无铆,不打胶

正是通过榫与卯之间巧妙的构架与咬合

使3000立方米木料浑然一体,生死不弃

那么问题来了,什么是榫卯?



什么是榫卯?


从功能角度来讲榫卯是

木质器物之间起连接作用的一种结构

多应用于建筑、家具、生产工具等方面

凸出部分叫榫(或榫头)

凹进部分叫卯(或榫眼、榫槽)


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榫与卯之间通过木材的多与少

高与低、长与短之间的巧妙组合

有效地限制木件向各个方向的扭动

起联接和固定作用

古人云:“榫卯万年牢”

正是通过榫卯这种巧妙的连接方式

使得应县木塔历经千年的风雨飘摇而屹立不倒



II 


   榫卯为何如此牢固?

我们从三个方面来说明问题


「物理性质上的避就强」


从物理性质方面来讲

木质材料由纵向纤维构成

只在纵向上具备强度和韧性,横向容易折断

榫卯通过变换其受力方式

使受力点作用于纵向,避弱就强



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△中国古代楔钉榫,图片来源于知乎答主筱顽咚



「结构上的刚柔并济」


木质材料受温度、湿度的影响比较大

榫卯同质同构的链接方式下

使得连接的两端共同收缩或舒张,整体结构更加牢固

而铁钉等金属构件与木质材料在同样的热力感应下

应膨胀系数的不同从而在连接处引起松动

影响整体的使用寿命

刚的一面,体现在凹凸面相互咬合后

不用订、绳、自然形成一个整体

提高整体的负荷能力

柔的一面,能够承受一定的变形

消耗一些能量、减少结构响应


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△在地震模拟的反应中,整个榫卯结构模型出现轻微的晃动,但没有出现实质性的破坏。


「构造上的巧夺天工」


在东亚地区特别是我国

古代的能工巧匠

以其天马行空的想象力和精湛的工艺手法

创造出了无与伦比的榫卯构造方式

将木质材料的应用推到了一个登峰造极的水平

不仅构造精奇,更是数量众多

在牢固的基础上,不同的榫卯满足于不同的应用方式

其榫卯结构样式更是多达上百种

话不多说,来几张动图感受下~



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△以上动图为以精巧著称的日式榫卯

接下来再看几组实物榫卯动图

(多为中式榫卯)


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△以上动图为传统中式榫卯,虽不似日式榫卯精巧绚丽,但更加实用牢固


这只不过是古人榫卯构造方式的冰山一角

榫卯构造在我国几千年的沉淀与发展中

适用、美观、坚固三者兼备

代表着木质材料在形式构造方面的最高典范

(我国古代不同榫卯构造的分力、应力方式将在下文详细展开)


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△《营造法式》榫卯类型:梁柱等卯口,在1000年前宋代的《营造法式》中已经有各种巧妙的榫卯结构



III


那些关于榫卯的错误认知



「榫卯起源于我国,是我国特有的吗?」


仅对欧洲而言,贯穿于整个前工业时代

在欧洲木材丰富的地区,大到教堂屋顶构架桥梁

小到山野民宿,榫卯都是最常见的构建连接手段

木材作为最原始的建筑和家具材料是全球性的

座椅也是途径西亚传入中国

在没有金属大规模生产的前工业时代

世界各地的人不可避免的都有要与土木打交道

在各地人民长期实践中自然而然的就掌握了榫卯技术


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△德国出土的古老榫卯结构


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△十九世纪六十年代马塞诸塞州温莎市三湾谷仓处的榫卯结构


应该说榫卯是在整个前工业社会是一个现象级的产物

我国文明产生较早大规模工业生产到来得太迟

我国榫卯结构的应用与发展因此有了极长的时间厚度

加之我国古代聚居地区天然石材较少、人口众多

天然亲近与榫卯的构建连接方式

使得我国古代人民对榫卯更有一种别样的感情


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△建于公元782年(唐代),距今已有1200多年的南禅寺大殿



「榫卯构造的中国古建筑不用一根钉子,

究竟是不是事实?」


钉子作为一种非常方便、实用的加固技术

古人为何要跟钉子过不去,以至于“一根不用”?

首先这从情理上是说不通的

不过就古代生产力水平而言,类似钉子这样的物件

都还需要铁匠一个一个的制作,成本极高

加之对木质材料而言

钉子还具有膨胀系数不同、容易生锈等缺点

所以在我国古代建筑、家具的主体结构中

榫卯所占比例较大

部分构筑物、家具采取榫卯与钉子相结合的组合方式


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△宋代张择端《清明上河图》中的虹桥没有桥墩,用的是一种中国古老的“榫卯”结构,就像双手十指紧扣时那样难舍难分,使桥异常牢固


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除钉子之外某些榫卯的连接处也会采用胶来加固

我国古代大多用鱼鳔胶来固定

鱼鳔胶作为榫卯结构的辅助

其遇热水可以化开,可以拆卸,可以修补



“不使用一颗钉子”这个说法偏离事实甚多

唐代文学家杜牧《阿房宫赋》记载:

“钉头磷磷,多于在庾之粟粒;

瓦缝参差,多于周身之帛缕”

表明阿房宫中所用钉子的数量之多



IV


榫卯的具体应用


对于我国而言,建筑、家具这两大类

对榫桙的应用最为显著和数量众

要明白不同榫卯在建筑和家具中起到的具体作用

我们先来简单介绍下我国建筑、家具两大构造系统


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△故宫@苏唐诗

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△开封山陕甘会馆@苏唐诗


建筑中的木构是梁柱系统、家具中的木构是框架系统

两个结构系统之间同样都靠榫卯来连接构造原理相同

建筑的梁柱系统通过柱子与横梁的交叠扣搭

以此来支撑整个屋顶的重量

梁柱之间不同的搭配

又可以形成抬梁式与穿斗式等不同的样式

在梁柱体系完成以后

再以砖、夯土、木质板材等形式做墙

古人所谓“墙倒屋不塌”就是这个道理


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@苏唐诗

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而对于家具的框架系统而言

足腿相当于建筑的柱子

枨(cheng)子跟牙子相当于建筑的梁

起固定连接作用。案面相当于建筑的屋顶

其中足腿起支撑作用

枨(cheng)子跟牙子其分解重量与固定的作用

三者通过榫卯连接形成,浑然一体


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「榫卯在家具上的应用」


唐代以前的古人多席地而坐

此时家具大多重心较低,形态偏厚重

对榫卯结构性功能要求相对较低


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△电视剧《琅琊榜》剧照(故事架空背景为南北朝时的梁朝)


唐代床、椅等高脚家具形式传入中国后

古人坐姿的改变便加大对家具的承重要求

此时榫卯结构充分地与“新式家具”相结合

经过宋元时期的发展

中国传统家具终于在明代达到了顶峰

明式家具成为为中国家具史上最高的巅峰

在世界工艺史上也成为独树一帜的存在


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△宋代绘画中的家具、上图为宋《蕉荫击球图》下图北宋宋徽宗《听琴图》

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△元代抽屉桌(图片来源于网络)

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△榫卯连接的明式家具


接下来介绍几组榫卯在家具中(框架系统)的具体应用


连接立木与横木之间的:粽角榫


在整体构架上传统家具

充分发挥木质材料在纵向上的韧性与耐力

以足腿的立木作支柱

横木的枨子、牙子作联结材,支撑案面

 在足腿与案面之间的支撑多采用粽角榫的榫卯形式


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带板粽角榫               双榫粽角榫                传统粽角榫


连接立木和横木之间的榫卯:插肩榫


插肩榫为横木与立木之间的支撑起固定作用

是我国传统家具中“牙子”的主要来源方式

其不仅仅稳定了横木与立木之间直角关系

使其不变形分散由上而下的压力

同时还有一定的美化装饰作用


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云型插肩榫                  扇形插肩榫                  夹头插肩榫


粽角榫与插肩榫的结合


高束腰抱肩榫、挂肩四面平榫

将粽角榫的支撑作用与插肩榫的固定作用充分结合

使整个家具的框架系统更为稳定


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高束腰抱肩榫

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挂肩四面平榫



在粽角榫与插肩榫的结合之后

家具下方往往再加上牙子对整个框架系统再次固定

重重固定之下使整个系统牢不可破


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加牙子无束腰腿足与案面结合

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一腿三牙结构




我国家具也多通过

粽角榫与插肩榫的结合的方式形成束腰

不仅使整个更加牢固

同样也形成了独有的美感

束腰有两种做法

一种低束腰、一种高束腰

综合来说,它们的作用都在于

使面板与腿足之间增加了一个过渡阶段

从而大大增加了装饰艺术的发挥空间


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△古代家具的束腰之美


连接枨子的榫卯


枨子的连接方式

同样是发挥木质材料在纵向上的耐性

立木足腿横木为枨子

在足腿作为整个框架系统的支撑时

枨子固定几个足腿的受力方向

将所有的受力集中在纵向上

提高整个框架系统的使用年限


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△方腿方枨的连接方式

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园方结合的连接方式



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多个枨子之间的交叉固定

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多个枨子之间的交叉固定



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椅盘边抹与椅子腿足的结构


链接两块横向木材和弯形材料的榫卯-楔钉榫


楔钉榫的作用是用来连接弯形木质材料

多见于圆形、桌圈椅等

楔钉榫通过两片榫头合掌式交搭

两片榫头各出一节小榫头

分别插入对方的榫眼

这种固定显然是只从前后、

上下或者说竖向和纵向上受力

最后还加上一个方形榫钉

直接贯穿两个榫片的交接处

这样就巧妙解决了横向的受力问题


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楔钉榫

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圈椅顶部的弯曲木材多通过楔钉榫连接


面板之间的榫卯链接-攒边打槽装板、燕尾榫


跟房屋、台座一样,我国家具的案面

大多都作四方形多见于案、桌、几

四方形的结体是可变的、不稳定的

但由于其利用榫卯使用了“攒边装板”的方式

加强了结点的刚度,迫使角度不变

将支架固定起来,消除了结体的不稳定因素

同时还能将重量负荷均匀而又合理地传递到腿足上去


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△方形攒边打槽装板

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除方形攒边打槽装板形成方形案面之外

攒边打槽装板的榫卯方式也可以形成圆形的样式

多用于园几、圆桌等


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△圆形攒边打槽

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红木双拼大圆桌

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红木镶瘿木高香几



燕尾榫


因形似燕子的尾巴而得名,相传为鲁班发明

被后世尊称为“万榫之母”

是指两块平角直角相接时

为了防止受拉力脱开

将榫头做成梯台形,形似燕尾

使两者之间相互咬合,极为牢固


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以上只是一些基础榫卯在家具中的应用

在不同的实际情况中

榫卯又会根据不同的要求从而在形式上千变万化


「建筑篇」


建筑中榫卯技术的应用

最早追溯到我国距今约7000年前的

河姆渡时期的木质建筑中

我们的祖先从巢居到干栏式的居住进化过程中

诞生了此项应用技术


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△河姆渡干栏式建筑遗址


在河姆渡干栏式建筑中形成了早期的梁柱系统

作为梁柱系统重要的连接方式——榫卯

在河姆渡遗址更是出土了上百件之多


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△河姆渡人建造干栏式房屋(雕像)

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△河姆渡遗址木构件榫卯示意图


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△夏代二里头遗址复原图


秦汉时代,随着“秦砖汉瓦”的大规模应用

产生了以阿房宫、西汉长安城为代表的一系列大规模建筑

以砖瓦为主要材质的屋顶形式

取代了之前的茅草屋顶

屋顶结构的改变增加了对梁柱系统的承重要求

其连接方式——榫卯同样也面临着新的挑战

由此在梁柱结构与屋顶系统的连接处

便有榫卯构建连接形成的斗拱等构架形式

(会在下文详细展开)


(“秦砖汉瓦”为宋代金石学对秦汉时代画像石和瓦当的统称,我国最早的“瓦”的应用可以追溯到周代)

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△根据建筑史学家杨鸿勋先生的《陕西西安汉长安城未央宫遗址前殿复原设想鸟瞰图》制作的汉未央宫模拟图。(制图/丁雨佳)

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△汉长安南郊礼制建筑中心建筑复原图。王世仁复原。

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△中国山东出土的汉代画像石拓片,浅浮雕。上面已经明显看到斗拱的存在。


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△五层彩绘陶仓楼,焦作市马作村出土


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△山东画像石墓建筑斗拱

从魏晋到唐宋时期是佛教在我国的大发展时期
佛教建筑中“塔”、“窟”等形式的传入
丰富了我国建筑样式的同时
也加大木质楼阁在建筑中的比例
木质‘塔’式结构的广泛应用
加大了对我国古代建筑行业的要求
使得我国对榫卯链接方式的探索
也到达了一种更高层次的水平

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▲ 摄影师@刘乐俊,山西应县木塔


宋代李诫在两浙工匠喻皓《木经》的基础上编成的
由北宋官方颁布的一部
建筑设计、施工的规范书——《营造法式》
是我国古代最完整的建筑技术书籍
标志着中国古代建筑已经发展到了较高阶段

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△《营造法式》(陶本)书影


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△《营造法式》(陶本)大木作制造图样之一

接下来介绍几组建筑中的榫卯

上文已经提到我国传统建筑多为梁柱系统,整个建筑结构依靠柱子支撑屋顶重量,柱子之间依靠雀替和枋来防止变形(类似于家具中的牙子跟枨子)。接下来我们就来看一下梁柱系统里榫卯在其中的具体应用。

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各种榫卯形式构建形成了传统建筑梁柱系统的主要形式图片

固定柱脚的榫卯构建—— 管脚榫、套顶榫

管脚榫,因施于腿足的下部,故名管脚榫
顾名思义就是固定柱脚的榫
用于各种落地柱的根部,防止柱脚位移

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图片来源于:木材圈

套顶榫是管脚榫的一种特殊形式
它是一种长短、径寸都远远超过管脚榫
并穿透柱顶石直接落脚于磉墩(sǎngdūn)的长榫

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△图片来源:木材圈
图2、图3为管脚榫与套顶榫的比较

较大规模的建筑,由于柱径粗大,且有栏墙维护,稳定性好,并为制作安装方便,常常不做管脚榫,图1


柱与梁之间的连接固定部件
——馒头榫、箍头榫、半榫、透榫、燕尾榫

梁柱之间的榫卯构建方式往往
根据建筑物体积、材质、用途等方面的不同
而呈现出不同的连接构建方式
我国古建筑梁柱之间多以
馒头榫、箍头榫、半榫、透榫、燕尾榫
这五种榫卯方式相互配合

(馒头榫)

 馒头榫是柱头与梁头垂直相交时所使用的榫子
与之相对应的是梁头底面的海眼
馒头榫用于各种直接与梁相交的柱头顶部
其长短径寸与管脚榫相同

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(透榫、透榫)

“透榫”和“半榫”都属于丁字型穿插的样式
多用于柱子和梁、枋之间的连接
透榫的榫头穿透榫眼
半榫的榫头不穿头榫眼
透榫构造方式更为牢固
半榫更加整洁美观


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△透榫






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半榫

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(箍头榫)

 箍头榫是两个横向木材在尽端或转角部位
相结合时采取的一种特殊结构的榫卯
"箍头"二字
顾名思义是"箍住柱头"的意思
将枋子由柱中位置向外加出一柱径长
将枋与柱头相交的部位做出榫和套椀
从而形成箍头



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梁柱之间的榫卯构建作

为整个梁柱系统重要的承重节点

馒头榫、箍头榫、半榫、透榫、燕尾榫等

构建形式往往根据实际需要

相互搭配组合产生不同的样式


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几种榫卯之间的穿插配合

屋顶与柱子、梁架之间的连接——斗拱

斗拱是柱子与梁架之间的过渡构件
主要作用就是扩大梁枋和柱头的接触面
从而加强梁架与柱头的联系
以承托中国建筑那高大厚重、出檐深远的屋顶

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其构建形式颇为复杂
通过横木与立木之间巧妙的连接
使柱子与屋顶之间的受力面达到最大的
同时使得屋顶的跨度长于立柱
形成“飞檐”的效果
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斗拱上承屋顶,下接立柱
在中国古建筑中,扮演着顶天立地的角色
正因如此,斗拱是中国古建筑抗震能力的关键所在
俗话说“榫卯万年牢”
如遇地震,在斗拱的起承转合下,建筑体松而不散
能如太极般以柔克刚,巧妙化解地震冲击


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在地震模拟的反应中

整个榫卯结构模型出现轻微的晃动

但没有出现实质性的破坏


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榫卯的具体表现除了在家具、建筑两大领域外

也表现于我国古人生活的方方面面

建筑、家具、玩具、生产工具等

处处无一不是它的身影

基本可以说:

在我国古代只要有木质材料在的地方便会有榫卯的身影


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鲁班锁(这种三维的拼插器具内部的凹凸部分(即榫卯结构)啮合,十分巧妙。在三国时期孔明把鲁班的这种发明制成了一种玩具——孔明锁。原创为木质结构,外观看是严丝合缝的十字立方体。孔明锁类玩具比较多,形状和内部的构造各不相同,一般都是易拆难装。拼装时需要仔细观察,认真思考,分析其内部结构。它有利于开发大脑,灵活手指,是一种很好的益智玩具。


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正如《营造法式》所言

榫卯“有定法而无定式”、

由今视昔往往是一叶障目,不见泰山

在如今建筑、家具等领域

多种新材料不断推陈出新的情况下

依赖于木质材料的传统榫卯形式

如何:“有定法而无定式”

重新焕发出它的生机与活力

这同样有待于你我的思考


榫卯命题过于庞大

本文仅为抛砖引玉

不足之处还请多多指教!


参考资料:

《王世襄明式家具研究》

《明式家具的榫卯结构研究》(作者黎昆)

《基于构成主义思想的榫卯结构设计研究》(作者伍冰)

《建筑概论(第二版)》(同济大学沈福煦编著)

《中国传统建筑木作知识入门》(作者汤崇平)

知乎答主筱顽咚《关于中国古建筑的一些思考》《榫卯那些事儿》

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这个家伙什么也没有留下。。。

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