古建筑结构设计

    古代工匠有自己的力学逻辑与设计方法，不同流派可能都不相同。质疑工匠是否有足够的力学逻辑与力学认识。如果力学设计不能做到定量，很难说有力学分析。为了证明这个想法就去查阅了一下力学史的资料，比如《中国力学史》、《中国材料力学史》。书里面大部分内容都是引用古籍来说明当时人有力学认识。书中引用了大量《墨经》。大意就是说木头受到荷载而不产生明显形变，证明木头这个材料强度高。这个认识就像书中很多例子一样，大部分是生活常识，而常识后的深思与探讨有多少就不得而知，都是非常碎片化的知识。

    高平开化寺大殿，晋城青莲寺大殿，平顺龙门寺大殿。三个建筑两两相隔不到一百公里，建造时间也都是11世纪，也就是北宋年间。三个建筑外观体量基本相同，我们看下斗拱。左边是三个建筑的柱头铺作照片，右边是三维点云模型。先从宏观来看三个斗拱基本相同，点云模型揭示了他们的区别。首先我们可以明显看到在第二个斗拱蚂蚱头与昂之间有个类似楔子的支撑构件，第一个与第三个则没有，学过力学的都可以看出第二个结构类型应该好于其他两种，那为什么不都采用第二种呢？除此之外，我们可以看出第一个斗拱的头跳距离大于第二跳，第三个则相反，第二个基本相同。三个斗拱的下昂斜度也不相同。刘畅老师在文章中提出了三种猜想，但他认为最可能的是这三种结构意味着三波不同的匠人，三种不同的流派。

    如果是三种不同的流派，三种不同的设计思路，三种不同的构造方法都保证了建筑本身的稳定性，那是否意味着当时匠人们已经有了各自的力学分析方法与力学认识。他们可能在当时就已经知道什么结构可以改变，什么结构可以省去，上图的差别构造可能只是他们对各自建筑思想与美学的阐释呢？

    明清时期的溜金斗拱。拿钦安殿来说吧，下层檐的斗拱就是溜金斗拱，其昂的设置很有可能是由之前真昂演变而来，但区别是外侧昂为平出，到了正心部分起折，直至下金坊。单独就昂这个构件来分析，后尾收到向下压力，外侧是平出，在起折部分很容易因剪力与弯矩而发生断裂。但从目前的修缮状况来看，这种病害并不是很多。这是否说明当时的匠人已经能够分析到昂尾的受力不会损坏其自身。这是个很有意思的事情，如果真是这样，当时工匠的力学分析能力与力学逻辑可能已经很成体系。

    体仁阁修缮时发现整体木料都不是很好，还有拼接材料，而九架梁下的柱子也就是支撑部分用的是整根楠木。后来跟朴老师聊天得知乾隆花园禊赏亭，他们测量时发现支撑二层四角亭的四个抹角梁高度尺寸不一样，其中一个低于另外三个。经过树种检测，发现高度尺寸低的那根抹角梁所用材料强度高于其他三个。这两个案例说明当时工匠不光对木材材料性质有很多认识，也反应了他们知道这些材料该怎么用，用完之后那些结构可以发生什么变化。

    综上所述，古代建筑设计工匠，至少在11世纪以前很可能已经有了力学逻辑与分析设计方法。但是这个方法不是绝对的，不同流派工匠有不同的认识。《营造法式》与《营造则例》只是代表当时时期某一派的设计思路与分析方法。现存实例中我们可以看到很多不同的做法与结构，可能他们的体量都相差无几。这是个很有意思的事情与问题，可能不同流派工匠在大的原则与结构设计分析上没有很大差别，但是涉及到细小的部分，他们需要表达自己流派对结构的理解，对美学的认识，就会引用不同的分析方法。这个问题要想得到答案，我们需要站到匠人角度上，去了解不同的流派规矩，了解他们现存实例，其各自的力学逻辑与力学分析方法，实质上是他们自身流派的“规矩”，而不是定量的数字。