中国古建筑中的科技与智慧

中国古建筑共有十六种类型、五种结构形式，唯一的共性特点是木结构。它们无论造型、结构和材料都是中国本土的，充分体现了中华民族的勤劳与智慧。

由北京市科学技术协会主办、北京科学中心承办、北京科技报社协办的首都科学讲堂之“极简科学课”，邀请北京市古代建筑研究所原所长、研究员侯兆年，讲述形态各异、多姿多彩的中国古建筑，解读其分类、外形特征、结构原理，斗拱产生的原因和作用，带领大家触摸和感受中国古建筑中的科技与智慧。

中国古建筑分类

梁思成先生认为，中国古代建筑是一种高度“有机”的结构，它完全是中国土生土长的东西，孕育并发祥于遥远的史前时代，发育于汉代，成熟于唐宋，到了明代就开始出现衰落迹象。

为什么梁思成先生认为中国古代建筑是“有机”的呢？因为中国古代建筑在结构、装修、材料等方面都是一体化的、互相联系的。中国古建筑的所有构件均由结构构件组成，去掉任何一个都不行，都可能坍塌。土生土长的中国古代建筑，几乎没有受到外来影响。

之所以会这样，首先是因为我国当时没有现成的建筑材料可供古人使用，所以古建筑使用的全部建筑材料皆出自古人的智慧。

欧洲古代建筑使用的建筑材料大多是天然的、不需要人工制作的材料，如火山灰。欧洲古建筑使用的火山灰是天然硅酸盐水泥，正因为有了天然硅酸盐水泥才有了古罗马浴池。

其次是因为中国北面的西伯利亚地区，西边的天山山脉、昆仑山脉，南边的喜马拉雅山一定程度上阻隔了外部入侵。

虽然从商代到1840年的中国古代建筑几乎没有受到外国影响，但是1840年到1949年这一阶段的中国近代建筑却深受西方影响。

中国古建筑有长城、阙、塔、桥梁、寺庙、坛庙、城郭、衙署、宅第、建筑群落、会馆祠堂、楼阁牌坊、交通水利、文教公益、商肆作坊、其他建筑等十六大类（以全国文物普查分类为依据）。

中国古建筑虽然有十六种类型，但是它的结构形式只有五种。第一种是砖结构的长城、城郭；第二种是石结构的阙；第三种是木结构或砖结构的塔；第四种是以木结构和石结构为主的水利交通、桥梁；第五种是以木柱承重抬梁架承托屋顶的中国木结构古建筑。

中国古建筑外形特征和结构原理

中国古建筑虽然有十六种类型，但是它的结构形式只有五种。第一种是砖结构的长城、城郭；第二种是石结构的阙；第三种是木结构或砖结构的塔；第四种是以木结构和石结构为主的水利工程、桥梁；第五种是以木柱承重抬梁架承托屋顶的中国木结构古建筑。

尽管中国古代建筑、构筑物的结构形式、分类多样，但却拥有一个共有性质——所有的中国古建筑艺术风格全部都是木结构风格。换句话说，中国古代建筑所有的结构形式都是以木结构为主。

山西应县木塔（侯兆年供图）

“阙”是汉代保留下来最完整的构筑物，阙多为石头建造，仿木结构建筑造型，阙身下为基座，中段为阙身，上覆四坡屋顶，檐下有斗拱。

“塔”源于印度，西汉后期同佛教传入中国，多见楼阁式塔（现存楼阁式木塔为山西应县辽佛宫寺释迦塔）、密檐塔（典型代表为北京天宁寺辽塔）和金刚宝座塔（典型代表为北京西黄寺清净化城塔、北京香山碧云寺塔）等。塔由于高台远眺、轮廓优美形成了许多新功能，如观察敌情的料敌塔、山顶的风景塔、僧人的墓塔、名人的纪念塔等，但是造型都没有脱离基本形式。

“桥梁”——中国古代建筑由于对石头的承压性质不了解，所以多处桥梁都是平板桥和小拱券桥，由于平板桥和小拱券桥跨度较小，容易被冲毁，所以隋代出现了大跨度的赵州桥，宋代出现了合理利用木头拼接的悬梁拱券桥。

河北赵州桥（侯兆年提供）

“牌坊”是古建筑围墙的大门，后来变成标志性的建筑。牌坊有两个功能，一个是作为建筑门口的一个大门，起醒目的作用；还有一个就是为了表彰功勋。

阙、塔、桥梁、牌坊这四种构筑物，除了桥有其本身的结构和艺术形式，其余都是以中国古建筑木结构形式为原型。中国古建筑的特点是网状木柱承重，承托抬梁架的屋顶，形成了几千年中国古建筑的结构形式，流传至今。

中国古建筑的两大特点是木结构、抬梁架，通俗地说就是木头柱子承托着屋顶的重量，中国古建筑的墙不承重，墙是围护结构，屋顶的重量不能放在墙上。

古建筑斗拱产生的原因和作用

中国古建筑的第三个特点是斗拱作用大，在古建筑早期的作用是承托出挑深远的屋檐，后期斗拱的斗口变成了建筑基本模数，成为了度量古建筑的一个基本单位，形成了制度。福建泉州开元寺镇国塔就是利用木头斗拱解决“出挑”的典型建筑。

优美的轮廓，屋顶、高台、屋身通透，院落一体，色彩鲜艳，是中国古代建筑的第四个特点。

石栏和牌坊用木榫结构是中国古建筑的第五个特点。

不求建筑长存是中国古建的第六个特点。

第七个特点是重规划，中国古代城市都是先规划后建设，而不像西方先建设后规划。

第八个特点是建筑技艺由师徒口口传授，不重书籍。

中国古代建筑由屋顶、屋身和台基三部分构成，且所有中国古建筑都是由这三部分组成。

中国古代建筑的大屋顶示意图（侯兆年供图）

中国古代建筑虽然分为三大部分，但是屋顶有时比屋身更大、更突出，而这正是中国古代建筑外形的一大特点——大屋顶。全世界古代建筑有三种大屋顶，即中国传统的抬梁架、古罗马的天然混凝土屋顶、欧洲的木桁架。

西方使用“木桁架”屋顶（侯兆年供图）

中国古代建筑的屋顶结构有四种，它们是庑殿顶、歇山顶、悬山顶和硬山顶。

什么是庑殿顶呢？庑殿顶是指屋顶上有四面坡、五根脊，庑殿顶是级别最高的屋顶。北京故宫级别最高的建筑使用的是重檐庑殿顶。

歇山顶顾名思义就是建筑山墙上出了一个檐子，匠人们干活间隙可在檐子上歇会儿。歇山顶的外形别致漂亮，多被颐和园这类园林使用。不过，在规格上仅次于庑殿顶的歇山顶也被故宫角楼使用。

悬山顶是指屋顶悬在山墙之外。庑殿顶、歇山顶和悬山顶均是明朝以前的古代建筑经常使用的屋顶。

明朝后期出现了硬山顶，简而言之就是房子屋顶的木头砌在墙里，使用大量烧砖和石灰的墙体既可以防水，又可以防止木头腐烂。硬山顶常见于北京民居四合院。

攒尖顶并非独立的结构形式，它实质是将庑殿顶的五根脊去掉，四角攒尖即为攒尖顶。

因为中国古代没有防水材料，常常使用石灰，但是石灰不防水，所以中国古代建筑很少使用平顶。欧洲古建筑使用的火山灰（硅酸盐）是天然水泥，防水性能优异，所以平顶建筑远多于古代中国。

中国古代建筑结构特点是：屋顶硕大、出檐深远、基本不用金属件、榫卯连接、抬梁架、整体屋架、独立结构。

前文已经较为详细地描述了我国古代建筑结构屋顶硕大这个特点，在此不再赘述。下面我们着重谈谈出檐深远、基本不用金属件以及榫卯连接。

为什么我国唐代建筑的屋檐能够伸出四五米远呢？原因就在于唐代建筑用巨大的斗拱来挑屋檐，斗拱有一个最重要构件“昂”前端挑着屋檐，后端用这根檩条压着屋檐，所以形成了唐代建筑的斗拱，也就是业内人士常说的“真斗拱”。

从唐代建筑佛光寺的复原图可以领略古代建筑出檐之远（侯兆年供图）

到了明清建筑斗拱不起作用了，所以后人称明清建筑斗拱为“假斗拱”。

我国古代建筑基本不使用金属件，大多是通过木结构互相连接的。

所有中国古代修建的房子，柱与梁的连接都不使用钉子，而是使用榫卯。柱子、梁和檩条之间的连接全是上大下小的榫卯连接，榫卯连接以后都是燕尾槽铰接受力，且可逆向拆卸。尽管中国古代建筑榫卯连接处创面损坏较大，但是却异常坚固可靠。

斗拱（侯兆年供图）

最早的斗拱用来承托伸出屋面很远的檐口。唐宋时期的寺庙，为了保证威严和防雨水，寺庙的出檐达到3—4米，屋顶加上泥被每平方米有一吨多的重量，光靠檐椽是承托不了屋檐的，所以中国古人发明了一种叫斗拱悬臂梁的构件来承托出檐深远的房檐。而斗拱的叠涩可以将屋檐的压力一级级传递、降低，然后把所有的力量传达到木柱上。

斗拱示意图（侯兆年供图）

不过到了清代后期，斗拱越来越小，并逐步演变为装饰部件了。

天津独乐寺是典型的中国古代建筑。独乐寺木斗拱为半铰接，预示着梁架之间可以活动，抗震性能优异。47米高的独乐寺大雄宝殿经受住了唐山大地震的考验，至今屹立不倒。

独乐寺大雄宝殿的斗拱（侯兆年供图）

中国古代建筑以斗拱为主的梁架结构没有刚接，全部都是铰接，梁架结构呈平行四边形，故而抗震性能优异。现存的资料和照片证明中国古代建筑的墙可能倒塌，但是结构不会坍塌。以半铰接连接的我国古代建筑梁架可以跟着地震波进行纵向和横向晃动，通过溃缩和晃动吸收、化解地震波。

（本文内容来自北京市科学技术协会主办、北京科学中心承办、北京科技报社协办的首都科学讲堂 。 文章来源：北京科学中心 ；责任编辑：杨培成。转载目的在于传播更多知识信息，若侵权敬请联删。）