中国古建筑的斗拱结构，究竟是什么原理？

　　斗拱，又称枓栱、斗科、欂栌、铺作等，是中国建筑特有的一种结构。在立柱顶、额枋和檐檩间或构架间，从枋上加的一层层探出成弓形的承重结构叫拱，拱与拱之间垫的方形木块叫斗，合称斗拱。斗拱的产生和发展有着非常悠久的历史。

　　斗拱这个名词相信很多人都耳熟能详，也是中国古建筑最具特色的设计之一。但是，如果我问您斗拱的原理是什么？为什么非要把木头做成这个样子？您能说出个所以然来吗？

　　设想我们用木料盖房子，最简单的，四根立柱，四根横梁，这样直接把横梁放在柱子上头的做法行不行呢？感觉不太牢靠，就像是随便搭的积木，随时都能散架。

　　因为没有任何机制能阻止横梁在水平方向的移动，所以一点风吹草动，一点点晃动，可能横梁就自己滑下来了。那怎么办呢？

　　最简单的，用胶水把它们粘在一起就解决了。这的确是个好方法，事实上现在的很多家具就是这么做的。可惜，老祖宗那时候的材料科学不发达，没有现在的胶水，做不到可靠的把木头粘接起来。

　　另一个可能的方法，用钉子把它们钉在一起。一方面，跟胶水一样，老祖宗那时候的冶金不发达，金属钉子的力学性能、抗腐蚀性能都不能令人满意。另一方面，木材是天然的各向异性材料。也就是说，一根木料其实是一捆木质纤维集合在一起组成的，就像是一捆塑料吸管绑在一起。

　　拿一根钉子，穿过横梁的端头，竖直着敲进柱子，把横梁和柱子钉在一起，这时候这根钉子是平行于柱子的纤维方向的。也就是说，钉子其实是钉在了这些互相平行的纤维之间的缝隙里，并没有特别可靠的连接。这样的钉子发挥不了太大的作用，远远比不上垂直于这些纤维方向钉进去的钉子。

　　用胶水那时候没有，用钉子效果又不好，那怎么办呢？方法就是在柱子上开槽，让横梁「坐进」这个槽里。

　　因为有了这个凹槽，现在直接跟柱子接触的那两根横梁已经嵌进了这个槽里，至少不会往两边滑动了，但是这两根梁还是有可能沿着自己的轴线方向滑动，也就是沿着这个槽的方向来回滑动。

　　另外那两根梁还是像积木一样直接摞上去的，同样的方法，我们也可以在一个方向的横梁上开槽，让另一个方向的横梁落到这些槽里。

　　现在上面的这两根横梁已经嵌进了底下的这两根横梁的槽里，底下的两根横梁已经嵌进了柱子上的槽里。这四根横梁都已经不能往两边滑动了，因为已经各自嵌进了对应的槽里，两边无处可去。

　　但是这四根横梁依然可以沿着轴线方向滑动。依然可以把一根横梁给「抽」出来。事实上，所谓的孔明锁或者叫鲁班锁就是这个原理，因为槽的存在，不能向两边移动，但是可以沿长边的轴线方向移动。

　　为了阻止横梁在轴线方向可能的滑动，我们再进一步，在柱子的另一个方向也开槽，做成一个「十字形」的槽，把两个方向的横梁都嵌进去。

　　现在再看一下，底下的这两根横梁已经抽不出来了，因为上面的横梁已经嵌进了柱子里，彻底把底下的横梁卡死在里面了。

　　上面的横梁还是可以被抽出来，这时候我们可以修改一下开槽的尺寸，做出一些榫头来，把上面的这两根横梁也卡住。上面的那个横梁开四个浅的凹槽，底下另一个方向的横梁开两个贯通的槽，这样就可以互相咬合在一起，然后一起嵌进柱子上那个十字形的槽里。这样就保证了所有的梁都不会滑动。现在这四根梁已经都咬合在一起，没有一根能够被直接「抽」出来了。

　　用专业术语说的话，就是横梁在水平方向上X和Y两个方向的自由度都被固定了。那这是不是最终的解决方案呢？

　　还不是。又来了一个新问题，因为柱子被开了个十字形的槽，损失了很多材料，方形的柱子中间少了个十字花，其实只剩下了四个角上那一点点材料，也就是那四个小棍在卡住横梁。万一这四个小棍不够结实，一下子给断了呢？

　　为了解决这个问题，我们可以局部的增加柱子端头的截面积，把柱子的端头做大做粗。这样即使去掉了中间的那个十字花，剩下的四个角依然有足够的材料，依然足够结实。这就是完成体的结构。

　　分解开来的话，是这样的：

　　不同的组件涂上了不同的颜色。最下面红色的这个带十字花的开槽的就是所谓的「斗」，中间橙色的这个横梁就是所谓的「拱」，最上面绿色的另一个方向的横梁就是所谓的「昂」。

　　同样的原理，依此类推，在拱和昂上面各自再放一个斗，上面再放各自的拱和昂，一层一层的叠上去，也就是我们常见的古建筑上的斗拱了。

　　即使是今天，很多家具依然用类似的原理。比如这种茶几。

　　一个腿和两个方向的横梁，同样是「斗」「拱」和「昂」。这样的做法在今天的家具里依然很常见。

　　这种做法做个家具绰绰有余，因为家具的重量十分有限。做个小房子也还是可以的，但是大尺寸的建筑物就会吃力了。

　　因为大尺寸的建筑物的自重比家具大得多，所以需要的承载能力也要大得多，这也就是为什么古建筑的斗拱体形都非常之大。

　　反过来，斗拱大说明我建筑物的面积大、体积大、重量大，说明我盖得起这样的建筑物，所以斗拱的尺寸也变成了等级的象征，甚至有了装饰性质占主要目的的斗拱。