斗拱是中国古建筑特有的组成构件,在许多古建筑的屋檐下,都能见到它的身影。细观斗拱,它层层叠叠,紧密排列。富有规律的纵横之间,暗藏着什么样的科学智慧呢?
斗拱,又称斗栱、斗科、铺作等,是一种屋顶和屋身的过渡构件,通常位于柱顶之上、屋檐之下。顾名思义,斗拱主要由两部分组成,即斗与拱:斗为方形木块,拱为弓形木构件,两者在水平方向搭扣连接成一组,而后在垂直方向上组组叠加,形成一道道组合构件,外形犹如撑开的雨伞。
不同时期的斗拱,组成构件也略有不同。以故宫中常见的斗拱为例,其主要构件包括翘、坐斗、斗、拱等。这些斗拱的组成构件成形,与中国古建筑演变密切相关。
早期的宫殿建筑,往往采用木柱制成的斜撑来支撑宽大的屋檐。为了避免落地的斜撑受雨水侵蚀,斜撑的下支点便逐渐离开地面,向立柱上移动。随着审美需求的发展,木柱逐渐被弯曲的木料替代,最终形成了斗拱的重要构件——翘。同时,为了增强柱顶部位支撑屋檐的强度,柱顶之上又增加了斗形木块,这便是坐斗。为了让屋檐更加稳固,坐斗上被放置了长方形垫木,它逐渐变成了弓形,形成了斗拱的拱。
斗拱的力学智慧体现在它出色的抗震性能。大量的勘查结果表明,斗拱在地震中通常能够保存完好。在发生地震时,斗拱的各个构件之间互相摩擦、挤压,并产生往复运动,犹如一个运动的机构体系。从能量守恒的角度来看,当地震波的能量传到斗拱位置时,主要被分成了两部分的能量:斗拱的内能与动能。内能是让斗拱自身开裂受破坏的根本原因,也就是说,内能越大,斗拱受破坏越严重。斗拱的厉害之处,即它可以很好地减少内能所占的比例。
其原理在于,每个斗拱由许许多多的小构件组成,它们犹如机器的零件一样,在地震中不断产生各种运动,将大部分地震波的能量转化为动能,从而使得斗拱内能的比例很小,斗拱因此在地震中几乎不会受到破坏。
斗拱精巧的构造及优秀的抗震性能,汇聚了中国古代工匠丰富的工程经验,体现了中国古代建筑精妙绝伦的卓越智慧,是中华优秀传统文化的组成部分。