中國古建筑斗拱結(jié)構(gòu)的原理是什么？

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

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

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

因為沒有機制可以防止梁在水平方向移動，所以一點風(fēng)吹草動，一點搖晃，梁可能會自己滑下來。那我該怎么辦呢？

最簡單的方法是用膠水把它們粘在一起。這確實是一個很好的方法。事實上，現(xiàn)在很多家具都這樣做了。不幸的是，當(dāng)時祖先的材料科學(xué)不發(fā)達。沒有現(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)時祖先的冶金還不發(fā)達，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。換句話說，木材實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，穿過橫梁的末端，垂直敲入柱子，將橫梁和柱子釘在一起。此時，釘子與柱子的纖維方向平行。換句話說，釘子實際上是釘在這些平行纖維之間的間隙中，沒有特別可靠的連接。這種釘子不能起到很大的作用，遠不如垂直于這些纖維方向的釘子好。

當(dāng)時沒有用膠水，用釘子效果不好。我該怎么辦？方法是在柱子上開槽，讓橫梁「坐進」這個槽里。

因為有了這個凹槽，現(xiàn)在直接跟柱子接觸的那兩根橫梁已經(jīng)嵌進了這個槽里，至少不會往兩邊滑動了，但是這兩根梁還是有可能沿著自己的軸線方向滑動，也就是沿著這個槽的方向來回滑動。

另外兩根梁像積木一樣直接堆疊。同樣，我們也可以在一個方向的橫梁上開槽，讓另一個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，因為它們已經(jīng)嵌入了相應(yīng)的槽中，兩邊都無處可去。

但這四根梁仍然可以沿著軸線滑動。你仍然可以給一根梁「抽」出來。事實上，所謂的孔明鎖或魯班鎖就是這個原則，因為槽的存在不能移動到兩側(cè)，但可以沿著長軸移動。

為了防止梁在軸線方向滑動，我們進一步在柱子的另一個方向開槽，做成一個「十字形」的槽，把兩個方向的橫梁都嵌進去。

現(xiàn)在再看一遍，下面的兩根梁都拔不出來，因為上面的梁已經(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。上面的橫梁有四個淺槽，下面另一個方向的橫梁有兩個通過的槽，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，所有的梁都不會滑動。現(xiàn)在這四根梁已經(jīng)咬合在一起了，沒有一根能直接被咬合「抽」出來了。

用專業(yè)術(shù)語來說，橫梁在水平方向上X和Y兩個方向的自由是固定的。這是最終的解決方案嗎？

還沒有。又出現(xiàn)了一個新問題，因為柱子開了一個十字形的槽，損失了很多材料。方柱中間少了一朵十字花。其實只剩下四個角上的一點材料，就是四根棍子卡在橫梁上。如果這四根棍子不夠結(jié)實，突然斷了怎么辦？

為了解決這個問題，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，剩下的四個角仍然有足夠的材料和足夠的強度。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方向是所謂的「昂」。

同樣的原理，以此類推，在拱和昂上再放一個斗，在拱和昂上再放一個斗，層層疊疊，也就是我們常見的古建筑上的斗拱。

即使在今天，許多家具仍然使用類似的原理。比如這種茶幾。

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

做家具綽綽有余，因為家具的重量很有限。做個小房子還可以，但是大樓會很難。

因為大型建筑的自重比家具大得多，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，表明我能負擔(dān)得起這樣的建筑，所以斗拱的大小已經(jīng)成為等級的象征，甚至具有裝飾性質(zhì)的斗拱。