图 57原理馆
韩屋:木构架如何拼合,温突如何供暖
韩屋构架通过雕切的木节点相互锁合,温暖房间下方,一小堆火产生的烟流经石砌烟道,通往烟囱。
这台设备无法显示 3D 模型。下面的讲解步骤可以直接阅读文字。
1 / 8 一间房与一间 maru一座小韩屋,左侧是一间供暖房间,右侧是一间木地板开间,上方是三檩构架的悬山屋顶。尺寸均在住宅记录的范围内。拖动可环视。
拖动可旋转,滚轮或双指缩放。
模型展示什么
韩屋木构架的主要构件在节点处相互咬合,温突 ondol 则让热烟气流经石地板下方,为房间供暖。架高的木地板 maru 不供暖,空气可以从下面流通。屋檐在夏天为墙面遮阳,同时让冬天较低的阳光照进来。
1 月走进一座韩国老屋,就会看到两种地板并排相邻。房间里的地板暖得可以让人坐上一整天。一步之外的木地板 maru 却和室外空气一样冷。两者同处于沉重的瓦屋顶下,由经过切削、拼合而非钉合的木构架支撑。本页将这座房屋逐件拆开。
模型是一座小韩屋,有一间供暖房间和一间 maru 木地板开间,每间均为 2.4 m 见方,上方是以三根檩条构成骨架的悬山屋顶(3-ryang-ga,最简单的韩国屋顶构架)。石台基将房屋抬高 45 cm,六根圆柱立在基石上,屋檐伸出柱外 1.3 m。房屋旁的石台上摆着三种两倍实物大小的柱头节点。你可以用「拆开节点」滑块将其拆开,改变日期和太阳时,让太阳在首尔上空移动,改变出檐深度,还可以点燃房间下面的火。右侧导览按顺序介绍八个视角。
尺寸选自韩国国立民俗博物馆百科全书和韩国国家遗产厅文章所记录的住宅尺寸范围。它们并不是某一座具体建筑的测量值。凡这些资料说明某个细节因地区和时代而异,本文也会作同样说明。
不用胶或螺栓的构架如何站稳
韩屋构架由竖直的柱、水平的梁和檩,以及倾斜的椽组成。各构件在木匠称为 gyeolgu 的节点处相接。其中区分为两类。ieum 将两根构件首尾相接,使木材延长。matchum 将直角或斜向相交的构件连接起来,例如梁与柱的相接。两类接法中,都由一个构件带有称为 jangbu 的凸出榫头,另一个带有对应的榫眼。韩国学中央研究院的百科全书将基本的 matchum 列为嵌入接合、半搭接、榫卯接合、燕尾榫(jumeokjang)、斜接,以及柱头的 sagae 接合。
常见的说法是韩屋完全不用钉子。韩国国家遗产厅一篇由大木匠撰写的文章纠正了这一点。椽用椽钉固定在檐檩上,椽端的檐板用钉固定,山墙板钉在檩上,有些节点还用铁箍加固。不过,将主构架维系在一起的是节点的形状和压在其上的重量。屋顶很重,而切削准确的节点承受的荷载越大,构件相互抵压就越紧。
柱顶的 sagae 接合
展台上的第一种节点是 sagae-machum。柱顶切出十字槽,留下四个向上突出的齿,像盒子的四角。两根水平构件从相互垂直的方向伸来。在槽内交叉的位置,每根构件都削去一半高度,因此一根叠在另一根上,两根合起来恰好填满槽的全高。模型中先放入下方构件,再将上方构件叠上。向侧面拉时,每根构件都会被齿挡住。向上抬时,上方构件先脱离,之后才能取出下方构件,这与组装顺序相反。
同一百科全书指出,细节会随柱的位置而变化。在中间柱上,交叉构件既半搭接,又以燕尾形相互咬合;在角柱上,槽的切法使门楣能在其中半搭接。模型展示的是简单形式。
只能向上取出的燕尾榫
将「节点」设到第二个位置。这里,檐檩下面的一根扁木 jangyeo,端部做成拳头形,端部宽而颈部窄。柱顶有同形的榫槽。组装时,梁从上方落入。一旦落到底,向侧面拉就会使宽端顶住榫槽的窄口。
韩国国家遗产厅的文章解释了为什么要先装这根轻构件,再装重构件。jangyeo 已将柱顶连在一起后,体积大得多的主梁和檩就更容易吊起安放。木匠还会把燕尾榫上端做得比下端宽约一 pun(大约 3 mm),使其越往下打越紧。
第三种节点是普通榫卯,在这里穿过柱中的通槽。单靠自身很容易拔出,因此要横向打入一根称为 sanji 的硬木销。模型先展示木销抽出,然后榫头滑出。
屋顶重量如何传到地面
打开「传力路径」。橙色线条沿东侧构架追踪屋顶重量向下传递的路线。瓦及其下面的黏土垫层压在望板和椽上。椽跨在檩之间,并把荷载传给檩:在这座三檩房屋中,传给两排柱上方的檐檩,以及顶部的脊檩。韩国国立民俗博物馆的檩条条目描述的正是这一作用,即汇集多根椽的荷载并传给梁。
檐檩就在柱的正上方,因此它分担的荷载几乎竖直通过梁端和柱向下传递。脊檩坐在梁中央的板状脊柱上,因此它分担的荷载传到梁中央,梁再通过受弯将其传到两根柱上。荷载从每根柱传入基石,百科全书将基石描述为把建筑重量交给地面的石头,之后再经台基传入土中。蓝色箭头标出地面向上的反力。
屋檐为什么伸出约 1.3 米
屋顶本可以止于墙面。它没有这样做,因为挑出的部分让雨水避开土墙和木材,也为墙和门遮阳。韩国国立民俗博物馆由 Kim Wang-jik 撰写的屋檐条目,给出了现存建筑调查的数据。从柱脚向檐端画一条线,这条线与柱之间的夹角为 28° 至 33°,平均约 30°。平均出檐约 2 m,住宅约 1.3 m,宫殿殿堂约 2.5 m。越往南、时代越晚,屋檐往往越深,而寒冷干燥地区的屋檐较短。韩国国家遗产厅一篇由 Hwang Ui-su 撰写的文章指出,中部地区出檐约 4 ja(约 1.2 m),南部稍长,咸镜道约 3 ja。
模型采用 1.3 m。柱脚离地 0.65 m,椽端离地 2.93 m,算出的夹角为 29.7°,在调查范围内。移动「出檐深度」滑块,读数就会重新计算角度:0.6 m 对应 12.9°,2.0 m 对应 46.0°,远超实际建筑的范围。这一限制既来自结构,也来自气候。椽向建筑内部延伸的长度至少要等于向外挑出的长度,而单根椽的长度终究有限。
首尔纬度下的夏季遮阳与冬季日照
正午太阳高度等于 90° 减去纬度,再加太阳赤纬。首尔位于北纬 37.57°。6 月至日的赤纬为 +23.44°,因此正午太阳高度为 75.9°。12 月至日的赤纬为 −23.44°,正午太阳高度仅为 29.0°。这些数值与屋檐条目给出的中部地区 76° 和 29° 相符。
本页追踪一条擦过檐端、向下照到 maru 地板的光线。6 月正午,光线落在柱前 0.68 m 的台基上,整个 maru 都在阴影中。12 月正午,同一条光线横穿整块 2.4 m 地板,在离地板 3 cm 处照到后墙。3 月和 9 月的分点前后,正午太阳接近 52°,日照带向内延伸约 0.3 m。读数会给出任何日期以及 7:00 至 17:00 之间任何太阳时的数值。初夏清晨太阳从东北升起,位于房屋后方,因此完全照不到 maru。
调查表明,出檐深度与这些角度相符。但调查并不表明建造者根据这些角度进行了计算,资料把深度描述为结构、降雨和日照共同作用的结果。屋顶坡度也起作用:檐椽的坡度仅为每 10 chi 的水平距离升高 4 至 5 chi(21.8° 至 26.6°),部分原因是避免深檐使屋内变暗。
烟在温突 ondol 房间下面流向哪里
打开「点火」和「查看内部」。房间的地板本身就是加热器。韩国国家遗产厅一篇由全北国立大学 Nam Hae-gyeong 撰写的温突 ondol 文化文章,按顺序列出了各部分:灶口(agungi)、地板石(gudeuljang)、buneomgi、烟道(gorae)、gaejari、烟气隧道和烟囱。
火在西侧的灶口燃烧。热量聚集在称为 hamsil 的火膛中,然后越过称为 buneomgi 的低槛。低槛把热量分配到所有烟道,并阻止灰烬被一同带走。越过低槛后,火焰和烟穿行在四条平行通道中,通道之间是黏土和石头砌成的矮墙。通道底部朝远端升高,因此用百科全书的话说,火焰会从房间的暖端继续流向冷端。在远端,烟气落入 gaejari,这是一条挖得比烟道更深的沟,烟炱和灰烬在其中沉降,便于清理。接着,一条隧道把烟带到房屋后方的烟囱。
铺在烟道墙上的平石构成地板。石头形状不规则,缝隙用小石和黏土填实,使烟不能漏进房间。火膛上方的石板 hamsil-jang 更大也更厚,因为那里热量最强。热量通过传导到达坐在地板上的人。温暖的石头也向房间辐射热量,其上方的空气开始循环。
为什么房间一端更暖
石头的颜色来自一个简单模型,而不是测量。模型假定火膛处烟气为 400 °C,沿烟道随距离增加而冷却,并让每块石头趋向室外 5 °C 气温加上烟气超出室外气温部分的五分之一。火燃烧一段时间后,最近的石头达到约 62 °C,靠近 gaejari 的石头约 23 °C。实际数值取决于燃料、石材、黏土厚度和燃烧时长,并且因房屋而异。但结果的分布形态不变:靠近火的房间一端 araetmok 是暖端,远端 witmok 较凉。
为什么 maru 下面没有火
maru 立在短柱上,下面有空气流通。它采用 umul-maru 式地板,将短木板嵌在厚重的木框之间,韩国国立民俗博物馆将其描述为仅见于韩国建筑的一种铺地方法。这里没有天花板,因此能看到椽,前面向院子敞开。大厅 daecheong 是家人夏季生活和举行祭祖仪式的地方。冬天,生活转入温突 ondol 房间。模型中,旁边房间变暖时,maru 仍保持室外空气的 5 °C。
模型在哪些方面比真实韩屋简单
真实屋檐在转角处上翘,在平面上向中部内收,歇山屋顶还会增加围绕角梁扇形排列的角椽。模型的悬山屋顶是直的。椽均匀排列,未显示椽钉,黏土垫层画成一整块。火直接燃入火膛,如 hamsil 式灶口,前面没有厨房和烹饪灶。烟道笔直,百科全书还记录了扇形、相向、弯折和回返的布局。节点只展示在展台的一根柱上,而不是构架的每一个连接处。
算一算屋顶荷载:瓦、黏土和一根柱
打开「传力路径」,橙色线条就会显示屋顶重量传到哪里。本节为它加上数值。为韩国国立灾难安全研究院汇编的一份韩国木构建筑文献调查,按每平方米重量列出了屋顶的各层。普通韩屋的瓦为 150 kgf/m²,灰土层为 160,黏土垫层为 160,其下的填充木材(jeoksim)为 50,椽上的望板为 15,合计 535 kgf/m²。每层黏土按厚 10 cm、容重 1,600 kgf/m³ 计算。列出的垫层、填充层和望板在铺瓦前总厚度为 33 cm。模型采用简化的 30 cm 层。这里调查值是用于说明的假定值,不是这个模型的实测荷载,也不是设计建议。
以模型屋顶为例。沿屋脊方向,两端山墙柱之间长 4.8 m,两端各加 0.6 m 出挑,总长 6.0 m。横跨房屋方向,每个坡面的水平长度为到柱列的 1.2 m 加上 1.3 m 出檐,共 2.5 m。椽的坡度为水平距离每增加 10 个单位,高度增加 5 个单位,因此斜长为 2.5 m ÷ cos 26.6° = 2.80 m。两个坡面给出 6.0 × 2 × 2.80 = 33.5 m² 的屋顶面积。按 535 kgf/m² 计算,约为 17,900 kgf,即 176 kN,大约 18 吨,压在六根柱上。椽、檩和梁还有额外重量,本估算未计入。
现在将其分配。屋顶一半传到前柱列,一半传到后柱列。每列的三根柱,各自承接的屋顶条带宽度等于其两侧到相邻中点的距离。每根端柱承接 0.6 m 出挑加半个开间,占 6.0 m 中的 1.8 m,即 30%。中柱承接 2.4 m,即 40%。因此中柱承受 0.4 × 8,970 kgf = 3,590 kgf(35 kN),每根端柱承受 2,690 kgf(26 kN)。直径 24 cm 的柱截面积为 452 cm²,因此中柱的压应力为 3,590 ÷ 452 = 7.9 kgf/cm²,即 0.78 MPa。同一报告说,传统建筑的柱和梁足够粗大,可以承受屋顶荷载。老建筑的问题始于节点,切槽移除了木材,使应力集中在剩余部分。
报告的表格还显示,宫殿屋顶的差异有多大。景福宫勤政殿的平均值为 956.5 kgf/m²,范围为 750 至 1,163,而德寿宫大汉门为 735,兴国寺主殿为 575。若在模型上盖上勤政殿那样的屋顶,同样六根柱便要承受 33.5 × 956.5 = 32,000 kgf,是原来的 1.8 倍。报告还对屋檐提出警告。屋顶较重时,椽端荷载会形成杠杆作用,可能把檩另一侧相接的构件抬起并劈裂。
以上全部建立在 535 kgf/m² 这个值之上。真实房屋可能有更薄的黏土、重新铺过的屋顶,或积雪。
出檐能有多深:按太阳位置求解
「出檐深度」滑块同时改变两件事。屋檐越长,伸出越远,而由于椽向下倾斜,端头也会降低。模型中,椽端离地高度为 3.58 − 0.5 × d 米,d 是以米计的出檐深度。d = 1.3 m 时,高度为 2.93 m。maru 地板高 0.85 m,因此端头高出地板 2.73 − 0.5 × d,默认值下为 2.08 m。
一条刚好越过檐端的阳光,在到达地板前水平前进的距离为(端头高出地板的高度)÷ tan(太阳高度角)。6 月至日正午高度角为 75.9°,tan = 3.99,因此光线向内前进 2.08 ÷ 3.99 = 0.52 m,在地板高度处落于前柱列外 1.3 − 0.52 = 0.78 m。地板处于阴影中。12 月至日高度角为 29.0°,tan = 0.554,因此光线向内前进 2.08 ÷ 0.554 = 3.75 m,即柱列内 2.45 m。地板进深为 2.4 m,所以光线照到后墙。
现在问哪些深度能同时完成这两项任务。夏季正午遮阳需要 d ≥ (2.73 − 0.5d) ÷ 3.99,得到 d ≥ 0.61 m。冬季阳光照到后墙需要 (2.73 − 0.5d) ÷ 0.554 ≥ d + 2.4,得到 d ≤ 1.33 m。模型中,至日正午的可用区间为 0.61 至 1.33 m,默认的 1.3 m 靠近上限。读数与此一致:
| 出檐深度 | 6 月正午 | 12 月正午 | 3 月正午 |
|---|---|---|---|
| 0.6 m | 阳光向内 0.01 m | 后墙 | 向内 1.27 m |
| 0.9 m | 边界向外 0.33 m | 后墙 | 向内 0.86 m |
| 1.3 m | 边界向外 0.78 m | 后墙(向内 2.45 m) | 向内 0.30 m |
| 1.6 m | 边界向外 1.11 m | 向内 1.88 m | 边界向外 0.11 m |
| 2.0 m | 边界向外 1.56 m | 向内 1.12 m | 边界向外 0.67 m |
每个数值都从地板高度的前柱列量起。「边界向外」表示阴影边界在柱列外这么远,因此整个地板都在阴影中。2.0 m 的屋檐远超住宅调查的 1.3 m,冬季正午只能让阳光进入 1.12 m。这是由模型的高度和笔直的悬山屋顶得出的结果。它并不表明建造者解过这个方程,资料将出檐深度描述为结构、雨和太阳共同作用的结果。但它确实说明,在首尔纬度下,以这样的比例,接近 1.3 m 的深度为什么有效。
一块石地板能储存多少热量
火燃烧几个小时,房间却能保暖更久,因为石地板储存了热量。这里用假定值粗算一下。假设地板石厚 8 cm(假定值),密度为 2,600 kg/m³,比热容为 0.8 kJ/(kg·K),这些是花岗岩类石材的典型值。2.4 m 乘 2.4 m 的房间面积为 5.76 m²,因此石头重量为 5.76 × 0.08 × 2,600 = 1,200 kg。
模型中石头的目标温度为 5 °C + 0.2 ×(烟气温度 − 5 °C),烟气沿距火膛的路径 s 按 5 °C + 395 °C × e^(−s ÷ 1.6 m) 冷却。这给出靠近火处 s = 0.22 m 时目标为 74 °C,1 m 处为 47 °C,2 m 处为 28 °C,gaejari 旁 2.26 m 处为 24 °C。在整个房间内取平均(s 从 0.22 至 2.62 m),目标温度约为 41 °C。这些是石头趋向的温度。前面引用的 62 °C 和 23 °C,是模型默认燃烧后石头已达到的温度,因此靠近火的石头仍未达到其 74 °C 的目标。
假设地板平均为 41 °C,之后冷却到 25 °C。它便放出 1,200 kg × 0.8 kJ/(kg·K) × 16 K = 15 MJ,即 4.2 kWh。分摊到八小时,约为 520 W,接近一台小型电暖器。这个计算说明了地板厚度为什么重要:石头减半,同样的火储存的热量也减半。真实地板在石头上方还有黏土和纸,它们增加质量,储存更多热量,而房间还会经墙和门散热,其速率本页未给出。这个数值说明石头如何储热,并不是对某座房屋的预测。韩国国家遗产厅的温突 ondol 文化文章,将传导、辐射和对流列为温暖到达人体的方式,火焰熄灭后,储存的热量仍维持着这三种过程。
带木销的节点在地震中会怎样
从木材中切出、用木销固定的节点,既不是刚接,也不是铰接。The Scientific World Journal 中一篇关于东大门(兴仁之门,列为韩国第 1 号宝物)的论文说,其柱梁连接既非刚接也非铰接,因为构件用木销固定的榫卯拼合,这使整座建筑的刚度难以估算。因此,构架的行为取决于节点及其承受的重量。
给出屋顶荷载的调查还列出了 16 座历史木构建筑的振动测量,采用能捕捉地面和建筑微小运动的微动传感器。固有频率从 1.15 Hz 到 3.66 Hz,因此建筑摆动一次约需 0.3 至 0.9 s。表中阻尼约为临界阻尼的 1.5% 至 4.2%。这是阻尼比,不是每次摆动损失的能量百分比。节点处的摩擦和滑移能耗散能量,但测量并未将这一贡献从各建筑的其余部分中分离出来。一项关于日本带木销节点的研究描述了类似机制,该节点与这些韩国节点有关,但并不相同。日本一项针对带木销的柱与贯穿式系梁节点的循环加载试验,发现了木节点特有的滑移型滞回:节点摩擦时略微退让,之后构件相互抵压,又重新变硬。
重量为什么有帮助?调查直接给出了答案。随着屋顶荷载增大,其下节点和连接的刚度也增大,但超过一定荷载,建筑会变形并开裂。在给定加速度下,地震惯性力随质量增加,而屋顶占这些木构建筑质量的很大一部分。风压则取决于风速、迎风面积和空气动力外形,并不与建筑质量成正比。一个粗略数值可以说明量级。若模型的 176 kN 屋顶随地面刚性运动,而地面加速度为 0.1 g,水平力便为 0.1 × 176 = 17.6 kN。这个力作用在基底上方很高的位置,即檩所在的约 3.5 m 高处,因此柱及柱头、柱脚的节点必须抵抗摇摆。
三座真实建筑的比较
2010 年调查和韩国国家遗产厅提供了足够数据,可以将三座建筑与模型并列比较。
**浮石寺无量寿殿(第 18 号国宝)。**韩国国家遗产门户网站说,现存殿堂于 1376 年重建,1916 年落架维修。它面阔五间、进深三间,为 jusimpo 柱心包斗拱样式,采用歇山屋顶。调查给出的重量为 1,380 kN,两个水平方向的固有频率为 2.00 Hz 和 2.39 Hz,阻尼为 1.5% 和 1.8%。同一报告还展示了其梁和斗拱上的铁件加固与锚栓。
**首尔崇礼门(南大门)。**调查给出重量为 1,049 kN,2004 年测得频率为 2.12 Hz 和 1.56 Hz,阻尼为 1.7% 和 1.8%。报告说,1960 年代落架维修时,在木构件上发现了铁箍,该门于 2008 年被烧毁。
景福宫勤政殿。 这里比较的是屋顶。平均 956.5 kgf/m² 约为普通韩屋 535 的 1.8 倍,调查将该殿列入通过在损坏构件上添补木块进行维修的建筑。
与模型相比,真实殿堂重得多。无量寿殿的 1,380 kN 约为模型屋顶本身重量的八倍。几座较大殿堂的频率在 1 至 3 Hz 之间,但完整调查的上限为 3.66 Hz。这些观察描述的是被调查建筑,并不是适用于所有木构架的频率规律。
常见误解
「韩屋仅靠节点连接在一起。」 重量同样重要。在工作台上看起来松动的节点,会被上方屋顶压紧。韩国国家遗产厅的文章补充说,有些部位使用椽钉和铁箍。
「出檐越深越好。」 上表表明并非如此。2.0 m 时,冬季阳光只能向地板内照进 1.12 m,调查还警告,檐端荷载会对屋顶产生杠杆作用。
「温突 ondol 用热空气加热房间。」 房间主要通过石头供暖,经传导把热量传到接触地板的物体,并由温暖表面辐射,其上方还有对流。烟不会进入房间。
「屋顶越重,房子越结实。」 更重的屋顶在一定限度内有助于节点相互抵压。超过限度,构架就会变形,而在地震中,质量也是力的来源。
「屏幕上的温度是测量值。」 它们来自一个简单公式,本页已在多处说明。真实地板会随燃料、石材和黏土而不同。
观看房屋建起
页面打开时,房屋会在你面前组装起来。韩国国家韩屋中心列出了韩屋工程的顺序:选择并整理场地,安放基石,加工木材,然后组装构架。先立柱,再铺设梁和檩,随后是椽和屋面板。升起脊檩时要举行名为 sangnyang 的上梁仪式,因为这标志着主体结构完成。接着是黏土和瓦、墙骨架和土墙,最后是收尾工作:温突 ondol、maru 地板、栏杆和门。
模型用大约六秒播放这个顺序:台基和基石、柱、梁、檩、椽、黏土和瓦、墙和门、maru,最后是温突 ondol。每一阶段就位时,都有字幕标出名称。手机较慢,或系统要求减少动态效果时,房屋会直接以完整状态出现。「控制」标签中的 重新建造 会再次播放这个过程,点击模型则直接跳到结尾。
墙在屋顶之后施工,因为它们不承重。由柱、梁、檩组成的构架承受屋顶全部重量,黏土只填充柱间的空隙。
一座房屋的一年
舞台顶部的栏(手机上在底部)可在春、夏、雨季、秋、冬之间切换。每个按钮还会设置日期,使太阳随之移动:3 月 21 日、6 月 21 日、7 月 15 日、9 月 23 日和 12 月 21 日。移动 日期 滑块也会改变季节。模型将 3 月至 5 月算作春季,6 月至 8 月为夏季,9 月至 11 月为秋季,12 月至 2 月为冬季。在夏季之内,模型将 6 月 25 日至 7 月 26 日标为雨季;这是韩国气象厅根据 1991 至 2020 年资料得出的中部地区雨季平均起止日期,期间平均降雨约 378 mm。
舞台上会改变的内容:
- 天空、光照和院子的颜色(冬天积雪,雨季地面湿润);
- 房屋旁的柿子树,开花、枝叶茂盛、秋天变红,冬天落叶后枝上留着几个果实;
- 冬天屋顶积雪和飘雪,雨季的雨和檐滴,秋天的落叶;
- 门:夏季和雨季敞开,其他季节关闭;
- 一个 1.7 m 高、没有面部特征的人形模型,站在人们该季节活动的地方:夏季在 maru,春秋在院子里,冬季在灶口旁。
天气和颜色只是视觉表现。太阳、屋檐数值和滴水线则通过计算得出。
雨季的雨落在哪里
雨水顺着瓦沟流下,沿整个屋顶从檐口滴成一条线。雨季时,读数给出这条线落地的位置,从石台基边缘量起。台基伸出柱列 0.9 m,模型的瓦伸出椽端 6 cm,因此出檐只要长于约 0.85 m,水就会滴到石头之外。默认 1.3 m 时,滴水落在边缘外 0.46 m,这与韩国国家遗产厅屋檐文章所述目的相符:檐滴落在台基之外,远离柱脚。
你的纬度与屋檐
「控制」标签中的 你的纬度与屋檐 区域,可将房屋移到另一纬度。选择城市、拖动纬度,或使用 使用我的位置(浏览器会先询问;本页只使用纬度,不保存任何信息)。舞台上的太阳会立即随之变化。
对于任何纬度,面板都会计算这座模型房屋在至日太阳正午时的两个界限。让 6 月阳光照不到 maru 的最短出檐为 d = 2.73 ÷(6 月正午高度角的 tan + 0.5)。仍让 12 月阳光照到后墙的最长出檐为 d = (2.73 − 2.4 × t) ÷ (t + 0.5),其中 t 是 12 月正午高度角的正切值。建议出檐取较长界限,向下舍入到滑块步长,因为这样的屋檐也能挡住最多雨水。
| 地点 | 纬度 | 6 月正午 | 12 月正午 | 6 月遮阳最短出檐 | 冬季日照最长出檐 | 建议值 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 新加坡 | 1.4° | 67.9°(北) | 65.2° | 不需要 | 无 | 0.60 m |
| 河内 | 21.0° | 87.6°(北) | 45.5° | 不需要 | 0.19 m | 0.60 m |
| 釜山 | 35.2° | 78.3° | 31.4° | 0.51 m | 1.14 m | 1.10 m |
| 首尔 | 37.6° | 75.9° | 29.0° | 0.61 m | 1.33 m | 1.30 m |
| 北京 | 39.9° | 73.5° | 26.7° | 0.70 m | 1.52 m | 1.50 m |
| 乌兰巴托 | 47.9° | 65.5° | 18.6° | 1.01 m | 2.29 m | 2.00 m |
| 奥斯陆 | 59.9° | 53.5° | 6.7° | 1.47 m | 3.97 m | 2.00 m |
这些是模型数值:这座房屋的高度、26.6° 的直椽坡度、2.4 m 深的地板,以及正午时太阳的位置。赤道附近,6 月正午太阳位于天顶以北,因此南檐不需要为夏季遮阳,而冬季太阳过高,不论出檐如何,都照不到 2.4 m 房间的后墙。向北很远处,两界限之间的区间变宽,滑块的 2.0 m 成为限制。赤道以南的房屋朝北迎向太阳,因此面板将同样的数值镜像使用。
手动添柴
灶口位于台基西端,朝向院子。点击它(或轻触)即可放入一批木柴;舞台栏上的 灶口 按钮会将视角转向它。每批增加满火的 40%,并在约 45 秒模型时间内烧尽,因此不继续添柴,地板就会再次冷却。点火 会维持满火,如同有人一直守在灶口旁。开启 查看内部 后,最靠近火的石头先暖,远端随后升温。这些热量数值与上面石板一节采用的假定值相同。
页面打开时,房屋建成后已经点着一小堆火,因此烟会从房后低矮的烟囱中升起。开场时的这堆火不计入任何挑战。
为夏季打开房屋
点击模型上的门,或按 开门。房间前方的两扇纸门绕铰链向外打开。房间与 maru 之间称为 bunhapmun 的四扇折叠门,向上翻到 maru 的椽边。韩国国立民俗博物馆将这种门称为 deureoyeolgae:夏季把所有门吊起时,房间与大厅 daecheong 就连成一个敞开、凉爽的空间。《韩国民族文化大百科全书》说,大厅 daecheong 的门在夏季会折起,绑到称为 deulsoe 的钩子上。模型将每扇门整片抬起;真实的门通常先两扇成对折叠。
图录、挑战与隐藏发现
「控制」标签末尾的图录列有 46 个条目,每条都附有来源:13 种节点与接长方式、14 种屋瓦、11 座从宫殿到村居的韩国建筑,以及其他地方的 8 类传统住宅,从白川乡的合掌造农舍,到北京四合院、福建夯土土楼、蒙古包、阿尔贝罗贝洛的特鲁洛石屋、希巴姆的塔楼住宅、奎德林堡的木框架房屋,以及亚兹德的土屋。点击节点或瓦,会打开它在模型上的对应位置。点击建筑会设置纬度,使出檐界限变为该地的数值。
共有 13 项挑战,例如手动装配 sagae 节点、在 6 月用 1.0 m 或更短的屋檐为 maru 遮阳,以及将地板加热到 40 °C。它们只在你亲自操作后计数,不在开场、导览或自动播放时计数,并保存在此浏览器中。模型达到某些状态时,会开启十个隐藏发现。
在屏幕上试一试
- 将 日期 设为 6 月 21 日,太阳时 设为 12:00,再把 出檐深度 从 0.6 拖到 2.0。对照上表比较阴影边界。0.6 m 时,光线刚好到达前柱列。
- 将 日期 设为 12 月 21 日,找到光线仍可照到后墙的最大 出檐深度。它应接近 1.33 m,因此 1.35 应照不到。
- 将 日期 设为 3 月 21 日,将 出檐深度 增到 1.6。读数应显示正午地板完全被遮蔽。
- 将 节点 设为 0,向上拉动 拆开节点。上方构件先于下方构件取出。然后将 节点 设为 1,比较燕尾榫如何脱离。
- 打开 传力路径,沿橙色线条从屋脊追踪到基石。找到把屋脊荷载传到梁中央的脊柱。
- 打开 查看内部 和 点火,观察哪些石头先变色。对照热量一节的目标值,比较近端和远端。
- 按 雨季,将檐端的红色旋钮向房屋拖动。找到滴水线从院子移到台基上的深度。
- 按 灶口,点击灶口三次。打开 查看内部,看暖端升到 40 °C 以上。
- 在纬度区域选择 奥斯陆,再选择 新加坡,对照上表比较建议出檐。
- 选择 sagae 节点,将上方梁向上拖出柱头,再向下推回,直到锁住。
温突 ondol 与 maru 的简史
据韩国国立民俗博物馆,在韩国发现的最古老的 L 形烟道,位于水原西屯洞一处早期铁器时代的半地穴住宅遗址。主流观点认为,覆盖整个房间的供暖地板在高丽晚期已发展完成,但长期以来,在大宅中仍只有限使用。它在 17 世纪遍及各地和各阶层,当时冬季严寒、旱灾频发。将架高的木地板与温突 ondol 地板结合于同一屋顶下,被认为始于高丽末期前后。温突 ondol 文化于 2018 年 4 月 30 日被指定为国家非物质文化遗产。
常见问题
韩屋真的不用钉子吗?
并非完全如此。主构架由节点和屋顶重量维系,但椽钉在檐檩上,一些木板和加固箍也使用铁件。韩国国家遗产厅一篇由大木匠撰写的文章列出了这些位置。
什么是 sagae 节点?
它是柱顶两根水平构件交叉处的节点。柱顶开有十字槽,两根各削去一半高度的构件在槽内相互咬合。
屋檐为什么伸出这么远?
为让雨水避开土墙和木材,并在夏季为墙遮阳。调查建筑显示,从柱脚到檐端的连线偏离竖直方向 28° 至 33°。
首尔正午太阳有多高?
6 月至日约 75.9°,12 月至日约 29.0°,分点约 52°,由 90° 减去 37.57° 再加赤纬得出。
buneomgi 有什么作用?
它是火膛与烟道之间的一道低槛。热量越过它进入所有通道,灰烬则留在槛后。
gaejari 有什么用?
它是烟道远端的一条沟,比烟道本身挖得更深。烟炱和灰烬落入其中,它还帮助在烟进入烟囱隧道前维持抽力。
温突 ondol 房间为什么一端更暖?
烟气刚离开火膛时最热,沿地板下方流动时逐渐冷却,因此靠近火的石头比 gaejari 旁的石头获得更多热量。
maru 为什么不供暖?
它是夏季生活和举行仪式的空间,用柱架高,使空气从下面流通。敞开的前方和木地板使其保持凉爽。
韩屋屋顶有多重?
一份韩国木构建筑调查给出的普通韩屋屋顶约为 535 kgf/m²。模型 33.5 m² 的屋顶因而重约 18 吨。勤政殿这样的宫殿屋顶平均为 956.5 kgf/m²。
首尔最合适的出檐深度是多少?
没有唯一最佳值。模型中,至日正午遮阳至少需要 0.61 m,冬季阳光照到后墙至多允许 1.33 m,因此默认的 1.3 m 位于这一区间较深的一端。
温突 ondol 地板储存多少热量?
采用假定值(8 cm 石材、2,600 kg/m³、0.8 kJ/(kg·K)),一块 2.4 m 见方的地板从 41 °C 冷却到 25 °C,释放约 15 MJ,即 4.2 kWh。真实地板取决于石材、黏土和火。
木节点在地震中有帮助吗?
它们既不表现为刚接,也不表现为铰接。历史韩国木构建筑测得的阻尼约为临界阻尼的 1.5% 至 4.2%。测量涵盖整座建筑,不只是节点摩擦。屋顶重量将节点压紧,但它也是地震力作用的质量。
韩屋按什么顺序建造?
整理场地、安放基石后,竖起构架:先柱,后梁和檩,再椽。升脊檩时举行 sangnyang 仪式。随后是黏土和瓦,再是墙,最后是温突 ondol、地板和门。页面打开时,模型会播放这个顺序。
我居住的地方应有多深的屋檐?
对于这座模型房屋,可以使用纬度区域。在首尔,6 月正午遮阳至少需要 0.61 m,12 月正午阳光在出檐不超过 1.33 m 时能照到后墙。北纬 60° 时,6 月遮阳所需的最短出檐增至约 1.5 m。真实屋檐还取决于雨、雪和房屋大小。
术语
- 韩屋 Hanok:以木构架、土墙和瓦顶或茅草顶建成的韩国传统房屋。
- Gyeolgu:木构架的节点;ieum 将构件首尾接长,matchum 将其按角度连接。
- Jangbu:节点凸出的榫头;对应的孔称为 jangbu 榫眼。
- Sagae-machum:带十字槽、容纳两根交叉构件的柱头节点。
- Jumeokjang:端部比颈部宽的燕尾榫。
- Sanji:打穿节点以将其锁住的硬木销。
- Dori:檩,承托椽的水平构件。
- Seokkarae:椽。
- Cheoma:檐,屋顶超出外墙的部分。
- Agungi:温突 ondol 的灶口。
- Buneomgi:火膛与烟道之间的槛。
- Gorae:地板石下的烟道。
- Gaejari:烟道远端的深沟。
- Gudeuljang:烟道上方的平整地板石。
- Maru:架高的木地板;daecheong 是主要的 maru 大厅。
参考资料
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- National Folk Museum of Korea, Encyclopedia of Korean Folk Culture, 아궁이 (Agungi)(hamsil 式灶口与炊事灶口,每开间一或两个灶口)。 https://folkency.nfm.go.kr/topic/detail/8432 (核查于 2026 年 10 月 16 日)
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- UNESCO World Heritage Centre, Historic Villages of Korea: Hahoe and Yangdong(2010;124 和 149 座房屋)。 https://whc.unesco.org/en/list/1324/ (核查于 2026 年 10 月 27 日)
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- UNESCO World Heritage Centre, Fujian Tulou(2008,46 座建筑,每座最多 800 人)。 https://whc.unesco.org/en/list/1113/ (核查于 2026 年 10 月 27 日)
- UNESCO Intangible Cultural Heritage, Traditional craftsmanship of the Mongol Ger and its associated customs(2013)。 https://ich.unesco.org/en/RL/traditional-craftsmanship-of-the-mongol-ger-and-its-associated-customs-00872 (核查于 2026 年 10 月 27 日)
- Italian Ministry of Culture, UNESCO sites, The Trulli of Alberobello(1996;干砌石、引雨入蓄水池的屋檐)。 https://unesco.cultura.gov.it/en/projects/i-trulli-di-alberobello/ (核查于 2026 年 10 月 27 日)
- UNESCO World Heritage Centre, Old Walled City of Shibam(最高七层的土坯塔楼住宅)。 https://whc.unesco.org/en/list/192/ (核查于 2026 年 10 月 27 日)
- UNESCO World Heritage Centre, Collegiate Church, Castle and Old Town of Quedlinburg(木框架房屋,1620 至 1720)。 https://whc.unesco.org/en/list/535/ (核查于 2026 年 10 月 27 日)
- UNESCO World Heritage Centre, Historic City of Yazd(2017;土墙、捕风塔、坎儿井)。 https://whc.unesco.org/en/list/1544/ (核查于 2026 年 10 月 27 日)
- Beijing Municipal Government, Beijing 杂志 2024,四合院专题(主厅位于院子北侧)。 https://english.beijing.gov.cn/specials/beijingmagazine/list/202403/P020240325495049463407.pdf (核查于 2026 年 10 月 27 日)
- 本页计算:正午高度角 = 90° − 37.57° + 赤纬;赤纬由年内日序的标准傅里叶级数计算;屋檐角度 = atan(出檐深度 ÷(檐端高度 − 柱脚高度));日照进深 =(檐端高度 − 地板)÷ tan(高度角)× cos(方位角 − 180°)− 出檐深度;石板温度 = 5 °C + 0.2 ×(烟气 − 5 °C),其中烟气 = 5 °C + 395 °C × e^(−s ÷ 1.6 m)。屋顶荷载、遮阳区间和储热量,在上文各节中根据调查表和模型的数值计算。
解说文章与模拟采用 CC BY-NC-SA 4.0 许可,另有说明的除外。
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