抗震“大力士”

斗拱是中國古建筑特有的組成構件，在許多古建筑的屋檐下，都能見到它的身影。細觀斗拱，它層層疊疊，緊密排列。富有規律的縱橫之間，暗藏著什么樣的科學智慧呢？

斗拱，又稱斗栱、斗科、鋪作等，是一種屋頂和屋身的過渡構件，通常位于柱頂之上、屋檐之下。顧名思義，斗拱主要由兩部分組成，即斗與拱：斗為方形木塊，拱為弓形木構件，兩者在水平方向搭扣連接成一組，而后在垂直方向上組組疊加，形成一道道組合構件，外形猶如撐開的雨傘。

不同時期的斗拱，組成構件也略有不同。以故宮中常見的斗拱為例，其主要構件包括翹、坐斗、斗、拱等。這些斗拱的組成構件成形，與中國古建筑演變密切相關。

早期的宮殿建筑，往往采用木柱制成的斜撐來支撐寬大的屋檐。為了避免落地的斜撐受雨水侵蝕，斜撐的下支點便逐漸離開地面，向立柱上移動。隨著審美需求的發展，木柱逐漸被彎曲的木料替代，最終形成了斗拱的重要構件——翹。同時，為了增強柱頂部位支撐屋檐的強度，柱頂之上又增加了斗形木塊，這便是坐斗。為了讓屋檐更加穩固，坐斗上被放置了長方形墊木，它逐漸變成了弓形，形成了斗拱的拱。

拱為橫向，向左右延伸；翹又被稱為華拱，縱向，向前后延伸，因前后翹起而得名翹，可以說，翹也是一種拱。拱和翹位于同一層上，兩者互相垂直。層層相疊的拱翹組合之間，也由一個個斗形木塊——斗相連。坐斗位于整個斗拱最下方，是斗拱中最大的斗。在一些斗拱的中線上，還會有向前后延伸、貫通斗拱的構件——昂。

斗拱的力學智慧體現在它出色的抗震性能。大量的勘查結果表明，斗拱在地震中通常能夠保存完好。

在發生地震時，斗拱的各個構件之間互相摩擦、擠壓，并產生往復運動，猶如一個運動的機構體系。從能量守恒的角度來看，當地震波的能量傳到斗拱位置時，主要被分成了兩部分的能量：斗拱的內能與動能。內能是讓斗拱自身開裂受破壞的根本原因，也就是說，內能越大，斗拱受破壞越嚴重。斗拱的厲害之處，即它可以很好地減少內能所占的比例。其原理在于，每個斗拱由許許多多的小構件組成，它們猶如機器的零件一樣，在地震中不斷產生各種運動，將大部分地震波的能量轉化為動能，從而使得斗拱內能的比例很小，斗拱因此在地震中幾乎不會受到破壞。

斗拱的組成部分（繪圖/閆麗芹）

在對故宮太和殿斗拱抗震性能開展試驗研究后發現，無論是水平方向還是垂直方向的振動，都不會造成斗拱受破壞。斗拱是如何應對這兩種振動的呢？

面對水平方向的振動，斗拱表現出了自動恢復的功能。

斗拱的主要構件名稱（供圖/周乾）

一方面，斗拱的重心位于其下方，它就像一個又矮又胖的人，在水平振動（推拉力）作用下盡管會發生搖擺，但是不易傾覆。另一方面，坐斗的水平截面尺寸寬大，增大了斗拱與其底部的接觸面，斗拱在發生左右搖擺時，便會繞著坐斗兩側的支點進行搖擺。而在斗拱搖擺過程中，其上部屋頂的重量迫使斗拱不斷地復位，因此，斗拱就像不倒翁一樣，不斷地來回擺動，在振動結束后又恢復到了初始位置，本身難以受到損害。

水平方向的振動下斗拱搖擺示意圖（供圖/周乾）

同時，斗拱還能夠抵抗垂直方向的振動作用。

斗拱由木材制成。在受到外力作用時，木材很容易產生變形并迅速恢復原狀，猶如彈簧一樣。在垂直方向上，斗拱由一層層構件疊加起來，這就像是一層層彈簧連起來一般。發生垂直方向的振動時，斗拱整體就像彈簧一樣反復進行壓縮-復原運動，不斷地削弱振動的能量，有著“以柔克剛”的特性。從能量守恒角度講，振動的能量被斗拱彈簧一般的特性轉化成彈性勢能，這也是一種減小斗拱內能的手段。斗拱的這種彈簧特性抗震方法，也被稱為隔震。

斗拱精巧的構造及優秀的抗震性能，匯聚了中國古代工匠豐富的工程經驗，體現了中國古代建筑精妙絕倫的卓越智慧，是中華優秀傳統文化的重要組成部分。

（責任編輯 / 代竹蕊? ? 美術編輯 / 韋英章）