中國(guó)古建筑斗拱結(jié)構(gòu)的原理是什么？

斗拱，又稱(chēng)斗拱、斗科、塔、鋪裝等，是中國(guó)建筑的一種獨(dú)特結(jié)構(gòu)。在柱頂、前額和屋檐檁條之間或框架之間，結(jié)構(gòu)被稱(chēng)為拱，拱與拱之間的方形木塊被稱(chēng)為斗拱。斗拱的產(chǎn)生和發(fā)展歷史悠久。

斗拱這個(gè)詞相信很多人都很熟悉，也是中國(guó)古代建筑最具特色的設(shè)計(jì)之一。但是，如果我問(wèn)你斗拱的原理是什么呢？你為什么要這樣做？你能說(shuō)出為什么嗎？

想象一下，我們用木頭蓋房子，最簡(jiǎn)單的，四根柱子，四根梁，所以直接把梁放在柱子的頂部嗎？感覺(jué)不是很可靠，就像隨意的積木，可以隨時(shí)分散。

因?yàn)闆](méi)有機(jī)制可以防止梁在水平方向移動(dòng)，所以一點(diǎn)風(fēng)吹草動(dòng)，一點(diǎn)搖晃，梁可能會(huì)自己滑下來(lái)。那我該怎么辦呢？

最簡(jiǎn)單的方法是用膠水把它們粘在一起。這確實(shí)是一個(gè)很好的方法。事實(shí)上，現(xiàn)在很多家具都這樣做了。不幸的是，當(dāng)時(shí)祖先的材料科學(xué)不發(fā)達(dá)。沒(méi)有現(xiàn)在的膠水，他們就不能可靠地粘合木材。

另一種可能的方法是用釘子把它們釘在一起。一方面，就像膠水一樣，當(dāng)時(shí)祖先的冶金還不發(fā)達(dá)，金屬釘?shù)牧W(xué)性能和耐腐蝕性也不盡如人意。另一方面，木材是一種天然的異性材料。換句話(huà)說(shuō)，木材實(shí)際上是由一捆木纖維組成的，就像一捆塑料吸管。

拿一根釘子，穿過(guò)橫梁的末端，垂直敲入柱子，將橫梁和柱子釘在一起。此時(shí)，釘子與柱子的纖維方向平行。換句話(huà)說(shuō)，釘子實(shí)際上是釘在這些平行纖維之間的間隙中，沒(méi)有特別可靠的連接。這種釘子不能起到很大的作用，遠(yuǎn)不如垂直于這些纖維方向的釘子好。

當(dāng)時(shí)沒(méi)有用膠水，用釘子效果不好。我該怎么辦？方法是在柱子上開(kāi)槽，讓橫梁「坐進(jìn)」這個(gè)槽里。

因?yàn)橛辛诉@個(gè)凹槽，現(xiàn)在直接跟柱子接觸的那兩根橫梁已經(jīng)嵌進(jìn)了這個(gè)槽里，至少不會(huì)往兩邊滑動(dòng)了，但是這兩根梁還是有可能沿著自己的軸線(xiàn)方向滑動(dòng)，也就是沿著這個(gè)槽的方向來(lái)回滑動(dòng)。

另外兩根梁像積木一樣直接堆疊。同樣，我們也可以在一個(gè)方向的橫梁上開(kāi)槽，讓另一個(gè)方向的橫梁落入這些槽中。

現(xiàn)在上面的兩根梁已經(jīng)嵌入了下面兩根梁的槽中，下面的兩根梁已經(jīng)嵌入了柱子上的槽中。這四根梁不能再滑到兩邊，因?yàn)樗鼈円呀?jīng)嵌入了相應(yīng)的槽中，兩邊都無(wú)處可去。

但這四根梁仍然可以沿著軸線(xiàn)滑動(dòng)。你仍然可以給一根梁「抽」出來(lái)。事實(shí)上，所謂的孔明鎖或魯班鎖就是這個(gè)原則，因?yàn)椴鄣拇嬖诓荒芤苿?dòng)到兩側(cè)，但可以沿著長(zhǎng)軸移動(dòng)。

為了防止梁在軸線(xiàn)方向滑動(dòng)，我們進(jìn)一步在柱子的另一個(gè)方向開(kāi)槽，做成一個(gè)「十字形」的槽，把兩個(gè)方向的橫梁都嵌進(jìn)去。

現(xiàn)在再看一遍，下面的兩根梁都拔不出來(lái)，因?yàn)樯厦娴牧阂呀?jīng)嵌在柱子里了，完全卡住了下面的梁。

上梁仍然可以拔出，此時(shí)我們可以修改槽的大小，做一些榫頭，上面的兩根梁也卡住了。上面的橫梁有四個(gè)淺槽，下面另一個(gè)方向的橫梁有兩個(gè)通過(guò)的槽，這樣它們就可以互相咬合，然后嵌入柱子上的十字形槽中。這樣，所有的梁都不會(huì)滑動(dòng)?，F(xiàn)在這四根梁已經(jīng)咬合在一起了，沒(méi)有一根能直接被咬合「抽」出來(lái)了。

用專(zhuān)業(yè)術(shù)語(yǔ)來(lái)說(shuō)，橫梁在水平方向上X和Y兩個(gè)方向的自由是固定的。這是最終的解決方案嗎？

還沒(méi)有。又出現(xiàn)了一個(gè)新問(wèn)題，因?yàn)橹娱_(kāi)了一個(gè)十字形的槽，損失了很多材料。方柱中間少了一朵十字花。其實(shí)只剩下四個(gè)角上的一點(diǎn)材料，就是四根棍子卡在橫梁上。如果這四根棍子不夠結(jié)實(shí)，突然斷了怎么辦？

為了解決這個(gè)問(wèn)題，我們可以局部增加柱端部的截面積，使柱端部更大、更厚。這樣，即使中間的十字花被移除，剩下的四個(gè)角仍然有足夠的材料和足夠的強(qiáng)度。這就是完成體的結(jié)構(gòu)。

如果分解了，是這樣的:

不同的組件涂上不同的顏色。底部的紅色帶十字花的開(kāi)槽就是所謂的「斗」，中間橙色的橫梁叫做「拱」，頂部綠色橫梁的另一個(gè)方向是所謂的「昂」。

同樣的原理，以此類(lèi)推，在拱和昂上再放一個(gè)斗，在拱和昂上再放一個(gè)斗，層層疊疊，也就是我們常見(jiàn)的古建筑上的斗拱。

即使在今天，許多家具仍然使用類(lèi)似的原理。比如這種茶幾。

一個(gè)腿和兩個(gè)方向的橫梁，同樣是「斗」「拱」和「昂」。這種做法在今天的家具中仍然很常見(jiàn)。

做家具綽綽有余，因?yàn)榧揖叩闹亓亢苡邢?。做個(gè)小房子還可以，但是大樓會(huì)很難。

因?yàn)榇笮徒ㄖ淖灾乇燃揖叽蟮枚?，所以承載能力要大得多，這就是為什么古建筑的斗拱形狀很大。

另一方面，斗拱表明我的建筑面積大、體積大、重量大，表明我能負(fù)擔(dān)得起這樣的建筑，所以斗拱的大小已經(jīng)成為等級(jí)的象征，甚至具有裝飾性質(zhì)的斗拱。