清代斗拱结构研究

2019年第38期（总第657期

）

科学咨询/科技管理

本刊特稿

清代斗拱结构研究

孙乐原（郑州市第十一中学 河南郑州 450000

）

摘 要：

斗拱是中华民族传统建筑文化的精髓

。

其以简单

的木制组件精巧组合形成体系化结构，不仅很好地解决了古代

大型木建筑的结构力学问题，还兼顾了美观、抗震等功能，可

以说是中国古代建筑的伟大成就。由于古人没有形成系统工程

思想，斗拱建造多凭匠人经验，各朝代间更是鲜有造法沟通。

本文选取清代的斗拱为研究对象，仔细探讨了清代斗拱的构型 及概括性分类，对理清清代斗拱文化具有参考价值。关键词：清代；斗拱；结构斗拱是中国古建筑的特有结构，由斗、拱、翘、昂、升等 组成，是建筑物的柱与屋顶间的过渡部分叫斗拱中的拱是指立柱与横梁交接处，由柱顶探出的多层弓 形承重结构，而斗是拱与拱之间承上启下的方形木块，合称斗 拱，也作料拱、抖桃。从整体上看，斗拱造型重重叠叠，十分 幽深，结构条理分明，极具装饰性斗拱向外出挑，用于支 撑荷载梁架，挑出屋檐，体现建筑物的深远壮观之美，同时兼 能保护柱与门窗，防雨防潮。中国古典建筑最富有装饰性的 特征往往被皇帝攫为己有，故斗拱在唐朝发展成熟后便用于 宫殿、庙宇等建筑物中，规定民间不得使用，逐渐成为身份 的象征巴斗拱用于柱顶、额松和屋檐或构架间。它的产生与发展 历史悠久。从两千多年前战国时代采桑猎壶上的建筑花纹图案 以及汉代保存下来的墓阙、壁画上，我们都可以看到早期斗拱 的形象⑹。斗拱是中华古代建筑中的特有形制，是较大建筑物 的柱与屋顶间之过渡部份。其功用在于承受上部支岀的屋檐， 将其重量直接集中到柱上，或者间接先纳至额杭再转至柱上。 一般来说，只有非常重要或带纪念性的建筑物，才会安置斗拱 [61»建筑史家以斗拱作为断代依据，而不同时期的斗拱以其地 方性和浓烈的时代色彩展现着极具说服力的历史信息"I斗拱 造型幽微精巧，在美学与结构上也有独特风格。斗拱造型流传之广，影响之深远以及亘古不变的结构方 法与布置规模，为中国古建筑能够成为东方独立系统、自树一 帜，并纯粹地循序演进做出了难以衡量的巨大贡献。—、斗拱的作用斗忘种釜繁多，形制复杂。按照使用部位，其可分为内檐 斗拱、外檐斗拱和平座斗拱。外檐斗拱中，又可分为柱头科斗 拱（用于柱头位置上的斗拱）、角科斗拱（用于殿堂角上的斗拱）和 平身科头拱。斗拱在中国古建筑中具有的重要作用，主要表现 在以下三个方面。1. 斗拱位于柱与梁之间，承担传递屋面及上层构架载荷至 承重柱的作用。2. 斗拱向外出挑，可把最外层的桁檀挑出一定距离，使建 筑物出檐深远，造形优美、壮观，是很好的装饰性构件。3. 斗拱具有抗震功能。民间谚语有云：“墙倒屋不塌。” 樺卯结合是抗震的关键。中国古建筑屹立不倒，很大程度上要 归功于樺卯结构。和现代梁柱框架结构类似，樺卯构架节点不 是刚接，保证了建筑物的刚度协调。强震下，该空间结构虽会 发生位移却不致损毁，能消耗震动能量，使整个房屋的地震荷 载降低，起到抗震作用，即房屋松而不散，化解地震冲击。中 国古建筑屋顶挑檐采用斗拱形式的抗震能力明显强于没有斗拱 的，也是基于同样道理。紫禁城四座角楼（由帼烟笼子得到的启发）、上海世博会中 国馆、北京奥林匹克大道和谐阙、唐代五台山佛光寺东大殿， 均具有典型的斗拱结构。二' 斗拱的结构（—）拱立柱和横梁之间成弓形并与建筑物表面平行的承重结构称

为拱。《清式营造则例》中按位置分类为正心拱和单材拱

。正

心拱在檐柱中心线上，一面向外，一面向里，与建筑物的表面

平行，如正心瓜拱和正心万拱。宋代拱有五种，分别为华拱、

泥道拱、瓜子拱、慢拱和令拱。而清代的拱，按长短则分为瓜 拱（短）、万拱（中长）、厢拱（长）。不在檐柱中心线之上的称为

单材拱，其中在檐柱中心线之内并与建筑物表面平行的结构称

为里拽拱，如里拽瓜拱、里拽万拱、里拽厢拱

。

在檐柱中心线

之外并与建筑物表面平行的称为外拽拱，如外拽瓜拱、外拽万 拱、外拽厢拱。瓜拱指的是正出于坐斗左右的第一层横拱，因

处于斗拱中间位置而得名。其长度最短，

在宋代又称瓜子拱，

即挑头上的第一层横拱。万拱是挑头上的第二层横拱

，《

宋法

式》称之为慢拱，另称蔓拱。瓜拱在下，托万拱于正心或里外 拽上方。厢拱则常置于最上层翘昂的最外端或最里端，区别在 于里外，

并无正心单材之分。

（二） 翘

与建筑物表面成直角同时也和拱成直角的弓形木称为翘。 翘的形式和功能与拱相同，宋《营造法式》称之为华拱。翘的

长短以支出远近限定，自下层到上层

，支出逐层增加。支出层

里外两面各加一排拱，

称作踩

。踩与踩之间水平轴线距离称作

“拽架”。翘昂的长短通常取决于拽架之多少。最上层的翘或 昂上，有两层位置与之平行且大小相同的分件，在上的分件称

作撑头，在下的分件称作耍头

。撑头外端摆在里面支撑挑檐松

和井口杭，后尾刻作麻叶头之样式，而耍头前后两端暴露在外 面兼有雕饰。（三

） 昂

翘向外一端向下加长伸出的结构称为昂。其伸出部分称为 昂嘴。特别地，耍头里端成麻叶头式样，外端成蚂蚱头式样。

昂作为斗拱中的斜置构件，功用与翘相同，起杠杆作用。它利 用内部屋顶结构重量来平衡出挑部分重量，有上下之分，其中

下昂使用更为频繁。上昂只作用在室内、

平坐斗拱或斗拱里挑

之上。

唐佛光寺大殿柱头铺作中所采用的批竹昂是现知最早应

用实例。明清时期

，

具有下昂的平身科转化为锚金斗拱之做

法，斜昂自此只起装饰作用。（四

） 斗（升）

处于上下两层拱间，或者垫于松与翘或杭与昂之间的斗

形方块称为斗，又名升。处于正心瓜拱与头翘或头昂之下的斗

称坐斗，又称“大斗”，是重量的集中点，里外拽拱两端，承

托上层拱或松子的斗称作三才升，坐斗之上承重于瓜拱和头层

翘昂的十字卯口称作斗口，是大式大木各件尺寸权衡的基本单 位，即全屋大木之设计权衡在于斗口。三、斗拱的简要分类

（一）按斗拱位置分类

—

—

柱头科、

角科与平身科

在建筑物部位关系上，位于柱之上的称作柱头科斗拱

，即

位于柱头部位。明清时期，

柱头科斗拱主要用于承重。因此，

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其受力构件截面尺寸与其它斗拱同类构件相比更大，更加利于 承重。位于柱间额杭之上且置于建筑物转角部分的斗拱称为角

科斗拱。转角处的方向性使得此种构件一端面宽，另一端进

深。同时，两方向的构件要与对角线方向的斜构件相交。角科 斗拱在所有斗拱中构造最为复杂。位于屋角柱头上置于两柱之 间且均匀放置在额松和平板松上面的斗拱称作平身科斗拱。清 式建筑中，此种斗拱在大式建筑中使用最多。图1斗拱的主要构件从建筑物结构分析，柱头科垫托挑尖梁头和柱头，因此， 柱头科的头翘和头昂往往加厚（通常比平身科厚一倍左右），且 愈向上层愈厚，直到最上层直接承受由内部伸出的挑尖梁头构 件。角科以两个外面区别于普通斗拱，正面做拱转角即为昂或 翘。此特征规律在正心线和外拽各拱上同样适用。例如，搭角 闹头翘或搭角闹二翘从侧面看即是外拽瓜拱或外拽万拱。平身 科斗拱之结构功用不及柱头科和角科斗拱重要，宋代称为“补 间铺作”，而明清时期几乎成为纯粹的装饰构件，用于增添外 部轮廓之雄浑美感。（-）按斗拱昂翘数目以及出踩数目分类斗拱按昂翘数目分类，可分为单翘单昂斗拱、单翘重昂斗 拱、重翘重昂斗拱与重翘重三昂斗拱。按出踩的多少分类，可 分为单翘（三踩）品字斗拱（里外各支出一层）、五踩重翘品字斗拱 （里外各支出二层）、七踩三翘品字斗拱（里外各支出三层）与九踩 四翘品字斗拱（里外各支出四层）。翘（即华拱）或昂每向内或向外挑出一层，宋代叫作“一 挑”，清代叫作“一踩”.每升高一层，宋代叫作“一铺”。按 照宋代和清代的规定，斗拱向内或向外若各出一挑，宋叫“四 铺作”，清叫“三踩”.若出两挑，宋叫“五铺作”，清叫 “五踩”.若出三挑，宋叫“六铺作”，清叫“七踩”.若出四 挑，宋叫“七铺作”，清叫“九踩”.若出五挑，宋叫“八铺 作”，清叫“十一踩”。即宋代斗拱出挑的铺作数为岀挑数加 3,即N（铺作数）=X（出挑数） + 3（常数项）。而清代斗拱出挑的 踩数是指一攒斗拱中横拱的道数。清式斗拱中每拽架都设有横 拱，因此，每攒斗拱里外拽架数加上正心位上的正心拱杭，即 为每攒的踩数。（注：唐宋时期，里外拽斗拱上常有不设横拱的 做法,这种做法叫做“偷心造”，而里外拽上设横拱的做法叫 作“计心造”。）宋代与清代关于斗拱的表示方法不同。宋代又寸 斗拱的表示方法为“乂铺作乂抄乂昂”，如“五铺作单抄单下 昂” “七铺作双抄双下昂”等。清代对斗拱的表示方法为“ x 踩X翘X昂”，如“五踩单翘单昂” “七踩单翘重昂”等。最 简单的斗拱不出挑，有“一斗三升”等形式。四、清代一斗三升斗拱的简单受力分析一斗三升是斗拱中最简单也是最具有代表性的一种结构。 结构见图2。它是所有复杂斗拱结构的基本组成元素，因此，也 是研究斗拱的入手点。一斗三升斗拱，顾名思义，就是由一个 大斗与一个横拱组成，房屋的大梁由拱的三个支点支撑。这一

结构的好处显而易见，

大梁巨大的重量通过三个支点分担

，

每

个支点处产生的压强将大大减小，不论对于大梁

，

还是拱

，都

很有好处。从受力的角度分析，

三个支点中

，中间支点受到压

力，

并且将由于受压产生变形

；两边的支点受到压力

，且由于

这两点处于梁的两端，此时将产生弯曲变形。考虑到梁的跨度

较大，除该处斗拱外还有多个支点

，可以近似地认为梁并没有

发生变形。

因此

，该斗拱由于压力产生的变形和由于弯曲受力

产生的变形将相等。

基于这一假设

，展开下述计算。

图2 —斗三升斗拱结构简图对于受压的部分，可以利用胡克定律计算其变形。胡克定 律是力学弹性理论的最基本的定律。该定律可以表述为对固体 材料受力，材料所受到的应力与产生的应变之间成线性关系

。

而斗拱的组成材料木材是符合胡克定律的，胡克定律的表达式

如下：A/増 ⑴EA

其中，Fn是材料受力，Z是材料总长，

E是材料的杨氏模

量，A是材料的横截面积。对于近似梁弯曲的另外两个节点的计算，可以采用梁的弯

曲计算公式，如下：

EI*其中，M（

x）

表示x位置处梁受到的弯矩，而E是材料的杨

氏模量，厶是梁的几何惯性矩。

求解一斗三升受力情况时，两端受力可以近似认为是一端 固定的梁弯曲情况。因此，通过对式（2）计算，

可以获得边缘处

最大挠度为（Ff/3EI）

,

中间支点受压产生的变形为

（FJ/EA）

。

通过查找清代斗拱建造则例，还原真实的清代一斗三升

结构尺寸，拱的长宽高分别为：六寸二分、二寸、一寸二分四 厘，换算为国际制单位为0.2米、0.067米、0.041米，

槽升子

三个长宽分别为：

一寸三分

、一寸七分四厘，换算为国际制单

位为0.043米、0.058米。

通过分别计算两个位移并最后二者相