第 9 章

斗拱群的分工

木塔暗层里的斜撑,两端都收束在斗拱的咬合面中。第8章停在那个密集节点之前。现在,问题进入节点内部:斜撑把力传给斗拱,斗拱再把力分散到柱梁。

这一传递能否成立,取决于斗拱在节点处是否按照局部受力被精确配置。全塔斗拱类型计数到五十四时,单个构件的形制差异便不能再被看作风格变化。这五十四种类型分布在外檐、内槽、转角与补间各个位置,每一种的位置都对应着不同的受力任务。

可以把斗拱的基本秩序先还原到一个简单的判断上。在单层木构里,斗拱处在柱头与梁架之间,是传力的中介。

柱身向上,梁枋水平伸展,二者交会处若直接搭接,接触面狭小,局部压强极高,木材容易被压裂。斗拱用层层叠叠的斗与拱扩大承压面,把梁架传来的荷载分散到柱头。

这一职能在应县木塔中并未消失,但它被多层结构的复杂性进一步细分。塔身平面呈八角形,直径三十点二七米,外观看五层,内部包含四个暗层,形成“明五暗四”的九层结构。内外两圈柱网构成双套筒骨架,内槽与外檐之间以乳栿、丁栿相连。

这一空间格局决定了不同位置的斗拱面对的不是同一种受力环境。先看内槽柱头铺作。内槽正中立有高约十米的释迦造像,佛像重量通过佛坛、梁架与上层结构逐级传递下来。内槽柱圈直径远小于外檐柱圈,柱距更近,柱头荷载却更为集中。内槽柱头铺作的首要任务不是悬挑,而是承压与过渡。它们需要把上层梁架的端头稳妥地落在柱头上,同时为梁架与柱网之间提供一个可调节的过渡层。

现存内槽柱头铺作的形制显示出清晰的应对方式。它们的出挑距离普遍较短,铺作层数相对较少,昂的数量与形态也较为简省。这一处理常被参观者误读为内槽在结构上不重要。

实际情况恰好相反。内槽不需要承担深远出檐带来的悬挑弯矩,其传力路径以垂直向下为主,水平分力较小。因此,构件断面与出挑长度都按照这一需求被压缩到合理范围。内槽斗拱大量使用较短的华拱与横拱,构件之间的接触面被处理得更为紧密,以减少竖向压缩变形。在荷载高度集中的环境中,压缩变形越小,梁架与柱网之间的高程关系就越稳定。

外檐柱头铺作面对的是另一类问题。塔身自下而上略有收分,每层屋檐都向外挑出,形成一个连续的遮蔽层。

屋檐重量并不直接压在柱头上,而是通过檐椽、撩檐枋传递给斗拱的外端。斗拱必须把这部分悬挑荷载逐层向内传递,最终压回柱头。这一过程中,每一跳华拱或昂都构成一个悬臂。悬臂根部的弯矩随出挑距离的增加而急剧增大,因此外檐柱头铺作的出挑距离明显大于内槽,铺作层数更多,昂的形态也更为复杂。

昂在这里并非单纯的装饰。它实际上参与受力,将檐部荷载斜向导入柱头,在一定程度上减小了水平悬挑带来的弯矩峰值。

辽代匠作对外檐斗拱的处理,显示出对悬挑传力路径的清醒判断:出挑越远,需要越多层次的构件来分担弯矩;每一层次的断面尺寸与出挑长度,又必须保持在一定比例之内。如果出挑过远而断面不足,木材的横纹抗弯强度将被突破;如果断面过大而出挑不足,则檐部遮蔽范围受限。外檐柱头铺作正是在这两者之间取得平衡的产物。外檐补间铺作的情况又有不同。

补间铺作位于两根柱头之间的阑额上,不直接对应柱身。在单层建筑中,补间铺作往往更多承担装饰与分格功能,因为阑额自身的抗弯能力有限,补间铺作若受力过大,反而会加剧阑额的挠曲。

但在应县木塔中,外檐补间铺作并非可有可无的附加物。它们的存在首先是为了缩短檐檩与撩檐枋的跨度。八角形平面中,每面檐柱之间的距离较大。若仅靠柱头铺作承托檐部,檐檩在柱间将产生较大的弯曲变形。补间铺作在柱间增加了一个中间支点,使檐檩的跨度减半,从而显著降低了檐檩的截面需求。

其次,补间铺作与柱头铺作共同构成外檐斗拱层,在水平方向上形成一道连续的构件带。这道构件带在遭遇水平风力时,能够把外檐所受的水平力分散传递到柱网,而不是集中在少数几个柱头节点上。因此,外檐补间铺作的出挑距离通常小于柱头铺作,铺作层数也相应减少,但它们在水平联系上的作用不可替代。

转角铺作则面对最为复杂的受力状态。塔身平面为八角形,每两个相邻面在角部相交,形成较大的内角。

转角处的檐部同时向两个方向悬挑,斗拱必须同时承担来自两个面的荷载。在非转角位置,斗拱的受力基本在一个平面内展开;而在转角位置,力流需要在一个空间节点中完成转向。

转角铺作因此不能是普通柱头铺作的简单复制。它的构件需要在两个方向上同时出挑,并在角部形成双向悬臂。这意味着转角铺作的构件数量更多,构件之间的咬合关系更为复杂。

现存转角铺作的形制显示,其斜向构件往往比正身构件更为粗壮,出挑长度也更大。这一处理的力学原因在于,斜向悬挑的力臂更长,弯矩更大,需要更大的断面来抵抗。

此外,转角铺作还必须应对来自两个面的风荷载的合成作用。当风向与塔身某一面成一定角度时,两面檐部所受的风力会在角部叠加,形成一个斜向合力。转角铺作正是这一斜向合力的主要承载体。

它的构件布置呈现出明显的空间对称性,以适应各个方向可能传来的力流。这四类斗拱之间的差异,并非风格上的随意变化。

出挑距离、铺作层数、昂的形态与数量,这些看似属于建筑审美范畴的变量,实际上都对应着力学上的明确需求。外檐柱头铺作出挑远、层数多,因为悬挑荷载大;内槽柱头铺作出挑短、层数少,因为垂直荷载集中而悬挑需求小;补间铺作规模适中,因为其主要职能是缩短檐檩跨度并加强水平联系;转角铺作最为复杂,因为双向悬挑与斜向受力要求构件在空间中完成力流的转向与合成。

这一分工逻辑与木塔分层刚度的需求紧密相关。第8章已经揭示,暗层斜撑形成水平刚性箍,约束明层侧向变形,实现分层耗能与荷载重分配。

但暗层斜撑的效力并非孤立存在。斜撑两端与柱、梁、斗拱的咬合方式,决定了斜撑能否把侧向力有效传递到柱网。如果节点处理潦草,斜撑再密集也难以发挥作用。

斗拱群在这一节点体系中扮演着关键角色。在暗层中,斗拱与斜撑的交接处往往形成多构件交汇的复杂节点。这些节点中的斗拱不仅要传递竖向荷载,还要参与水平力的传递与分解。暗层斗拱的形制因此与明层斗拱有所不同。

暗层斗拱更强调抗侧刚度,构件之间的咬合更为紧密,可动余地更小。明层斗拱在竖向荷载下保持一定的弹性,允许构件之间发生微小的转动与滑移。

这种明暗层之间的差异,不是简单的构造繁简之别,而是对刚度需求的空间响应。当木塔受到水平力作用时,明层斗拱层的微小转动和滑移能够吸收部分能量,从而降低主体构件的脆性破坏风险。

木材本身具有一定的弹性变形能力,但若变形超过一定限度,纤维将发生不可逆的断裂。斗拱层中大量构件之间的接触面,在水平力作用下发生摩擦与错动。这种摩擦与错动消耗了外力输入的能量,使主体梁柱承受的峰值应力得以降低。这一机制的前提,是斗拱层中的构件之间必须保留适度的可动空间。如果所有节点都被加固到完全刚性,外力将直接作用于梁柱构件,木材的脆性破坏风险反而上升。

辽代匠作显然在长期经验中把握了这一原理。他们没有把斗拱层做成完全刚性的整体,而是保留了构件之间微小的活动余地。这种活动余地不是施工误差,而是一种有意识的变形调节机制。

五十四种斗拱类型的存在,正是这种变形调节机制在空间上的精细化配置。每一种类型都对应着特定位置上的特定受力状态与变形需求。

外檐柱头铺作需要较大的出挑与较强的悬挑能力,其构件之间的咬合关系被设计为在水平力下仍能保持整体性,同时允许有限的转动。内槽柱头铺作则更强调垂直荷载的稳定传递,其构件之间的接触面被处理得更为紧密,以减少竖向压缩变形。补间铺作在水平联系中发挥作用,其构件之间的可动余地介于柱头铺作与内槽铺作之间。转角铺作由于需要应对多向受力,其构件之间的咬合关系最为复杂,可动余地的分布也最为精细。

这种差异化的配置,使木塔在受到水平力时,不同位置的斗拱层能够按照各自的受力特点进行变形调节,而不是在同一刚性水平上共同响应。

暗层斗拱与明层斗拱的形制差异,也正是在这一逻辑下被确定。暗层需要更小的可动余地以维持刚性,明层需要更大的可动余地以吸收能量。斗拱群的分工,正是对这一刚度差异的构件化表达。

从工程实践的角度看,这种分工还带来了另一个重要后果:它为后世修缮者提供了可识别的构件替换单元。应县木塔自辽清宁二年始建以来,历经金、元、明、清多次修葺。

每一次修缮都面临同样的问题:哪些构件需要更换?更换时应当遵循什么标准?如果全塔斗拱形制完全统一,修缮者只需按照原样复制即可。

但五十四种类型的存在,意味着修缮者必须首先识别每一处斗拱所属的类型,理解其所在位置与受力职能,然后才能决定更换方案。这种识别过程本身就是对原始设计逻辑的解读。一个熟悉木构的匠师,看到外檐柱头铺作的出挑距离与昂的形态,就能判断其承担的悬挑荷载大小;看到内槽柱头铺作的简省形制,就能理解其承压职能。斗拱类型因此成为一种可读的构件语言,使后世修缮者能够在没有完整图纸的情况下,依据构件形制反推其结构职能。

这种可维护性并非偶然。辽代匠作在设计斗拱群时,已经按照位置与职能对构件进行了分类。每一类构件都有相对固定的形制参数,这些参数通过材分尺度制度被标准化。

材分制度将构件断面尺寸与建筑等级、跨度需求联系起来,使不同位置的斗拱在断面尺寸上保持一定的比例关系。这种比例关系使得构件替换成为可能:修缮者可以根据现存构件的材分等级,推算出替换构件应有的断面尺寸与出挑长度。五十四种类型虽然繁多,但每一种类型内部的构件尺寸是相对统一的。这种统一性为后世的局部修缮提供了操作基础。当某一朵斗拱中的某一构件因腐朽或开裂需要更换时,修缮者可以参照同类型其他斗拱中的对应构件进行复制,而不必重新计算整个节点的受力状态。

斗拱群的分工因此不仅体现了辽代匠作对力学行为的经验性把握,更将木塔的原始设计从静态完成品转化为一套具有功能分区的可操作体系。这套体系允许局部损坏被识别、被替换,而不必牵动整体结构。一座木塔在近千年的使用中,不可能所有构件都保持完好。木材的腐朽、虫蛀、开裂与变形,是持续发生的过程。如果原始设计没有为局部替换留下可识别的单元,那么每一次修缮都将面临巨大的不确定性。

斗拱群的分工,恰好为这种不确定性提供了一个技术上的锚点。但这种可维护性并非没有边界。

1974年国家文物局展开抢险加固工程时,全塔五十四种斗拱类型的复杂性已经使维修方案陷入长期争议。自1970年代起,关于应县木塔的维护方案逐渐分化为落架、斜戗支撑加固和顶层抬升后二层落架三种意见。

每一种方案都试图在保护与干预之间找到平衡,但每一种方案也都面临同一个难题:斗拱群的分工越精细,落架重装的难度就越大。五十四种类型意味着,一旦将塔身拆解,每一种构件都必须被准确编号、记录、归位。任何一个环节的失误,都可能导致构件错位,进而破坏原有的受力分工。这种风险使落架方案长期无法获得共识。1991年,国家文物局批准成立“山西省应县木塔维修工程领导组”,但维修方案的确定仍然经历了漫长的过程。

直到2013年,相关方案才得以最终确定。这一漫长的时间跨度,从另一个侧面说明了斗拱群分工的复杂性:它既是木塔结构效率的来源,也是后世干预的难题。

第3章建立起来的,是斗拱作为构件之间传力中介的基本秩序。柱头之上,梁架端部压下来,斗拱把这一集中压力拆散,沿垂直于柱轴的多个方向传递出去。

单层木构中的这一秩序,到了应县木塔里并未消失,却被多层结构的复杂环境重新组织。塔身内外两圈柱网形成的双套筒骨架,使得荷载不再只在单一柱头与梁架之间垂直传递,而是要在内外槽之间、明层与暗层之间、檐部与柱网之间反复转接。

斗拱因此不可能再以一种标准模件贯穿全塔。五十四种类型的出现,不是形式上的繁复,而是节点位置迫使斗拱在承压、悬挑、水平联系与空间转向之间作出选择。这些选择一旦被固定为不同的铺作层数、出挑距离、昂的形态与断面尺度,斗拱就从单纯的传力中介变成一套带有明确功能分区的构件语言。

理解这种分工,可以从内槽柱头铺作与第3章基本秩序的差异入手。内槽柱圈直径远小于外檐,柱距更近,佛像和上层梁架施加的荷载沿竖向集中到柱头。

这里不存在深远出檐,也就没有大悬挑需要平衡。若把外檐那样多层出挑的铺作搬进内槽,新增的悬挑构件会在柱头上方形成额外偏心,使柱身承担本不必要的弯矩。内槽铺作出挑短、层数少、昂的使用简省,并非因为内槽在结构上不重要,而是因为它的局部传力任务以垂直承压为主。

更短的出挑意味着更小的力臂,更少的层数意味着更少的接触面,构件之间的竖向压缩变形因此被控制在较窄范围。对于承托高约十米佛像的内槽柱网来说,竖向变形一旦积累,上层梁架与佛坛的高程关系就会发生不可逆变化。斗拱在这里通过“收缩”自身的悬挑功能,把传力路径锁定在柱头与梁架之间的垂直方向。这种“不做”某些功能的选择,本身已经是分工的结果。

外檐柱头铺作则必须面对完全相反的任务。塔身自下而上收分,每一层屋檐都向外挑出,形成连续的遮蔽面。出檐的首要目的,是把雨水远远送离木构表面,降低柱脚、墙体和斗拱层的湿度。可是出檐越远,悬挑荷载越大。檐椽、撩檐枋把屋面重量和风压压到斗拱外端,斗拱必须把这一悬臂力逐层向内传递。

每一跳华拱或昂都是一根悬臂梁,弯矩随出挑距离快速增长。辽代匠师的应对方式,是通过增加出挑层数来分解弯矩,而非简单加大单一构件断面。昂在这一过程中的作用尤其关键。它是斜置构件,把檐部向下的重力转化为沿昂身斜向内的压力,使一部分力不再以纯水平悬挑的方式作用于柱头。

斜向传力路线减少了最大弯矩值,也使得外檐铺作可以有更远的出挑而无需无限增大木材断面。如果出挑过远而断面不足,木材横纹抗弯能力会先被突破;如果断面过大而出挑不足,则遮蔽范围受限。外檐柱头铺作的多层出挑和复杂昂形,正是在这两者之间寻找平衡的产物。

补间铺作的设置,则需要放在外檐斗拱层整体水平作用中理解。八角形平面中,每面檐柱之间的距离较大。仅靠柱头铺作承载檐檩,柱间的檐檩会产生较大挠曲。补间铺作在柱间增加一个中间支点,使檐檩跨度减半。

但这还不是它的全部职能。当阵风吹过塔身,迎风面的外檐斗拱层承受水平压力。若只有柱头铺作,水平风力会集中在少数柱头节点,形成较高的局部应力。补间铺作与柱头铺作共同构成一道接近连续的斗拱带,使水平力能够沿外檐分布开,经由多个节点传入柱网。补间铺作出挑距离通常小于柱头铺作,铺作层数也相应减少,但它在水平联系上的作用不可替代。可以说,补间铺作是外檐斗拱层从一个个孤立的悬挑节点走向连续抗风构件带的关键。

转角铺作则集中体现了分层分工中最复杂的空间受力状态。塔身平面为八角形,相邻两面的檐檩在角部延长线相交,但并不共线。来自两个面的檐部荷载在角部汇合后,其合力方向不与任何一个正身构件重合。如果转角铺作只沿用柱头铺作的正交出挑,这个斜向合力将落在构件之间的空隙中,迫使某些构件承受木材不擅长的横纹受拉。

因此转角铺作需要设置斜向构件,专门承接合成后的斜向压力。斜向悬挑的力臂通常比正身悬挑更长,弯矩也更大,所以转角铺作的斜向构件往往比正身构件更粗壮。当风向与塔身某一面成一定角度时,两个迎风面的风荷载会在角部叠加,形成更大的斜向合力。转角铺作的空间对称性,使其在多个风向下都能保持传力路径不中断。它不是简单地把两朵柱头铺作拼在一起,而是把正身和斜向构件重新组合,使一个空间节点能够完成力流的汇合与转向。

这些差异如果不与第8章建立的暗层斜撑逻辑放在一起,就还只是局部受力解释。暗层斜撑形成水平刚性箍,约束明层侧向变形。

但斜撑两端是否有效,取决于它与柱、梁、斗拱的连接方式。斜撑传来的轴向压力,需要经由斗拱层分解为水平与竖向分力,再传入柱网。如果节点中的斗拱没有按照抗侧刚度需求调整形制,斜撑的刚性就无法到达柱身。

木塔的处理方式,是在暗层中让斗拱构件之间的咬合更紧密,可动余地更小;而在明层中保留相对较大的微小转动和滑移余地。这种明暗层之间的刚度差异,不是构造繁简之别,而是对水平力下不同楼层所需变形模式的空间响应。明层斗拱层在水平风荷载或地震力下,构件接触面两侧的木纤维交替压紧与松弛,发生摩擦和微小错动。

外力输入的能量在这个过程中被分散消耗,主体梁柱承受的峰值应力得以降低。如果所有节点都被加固到完全刚性,外力会直接冲击梁柱构件,木材出现脆性断裂的风险反而升高。

辽代匠师没有现代结构力学的计算工具,他们依靠的是一套长期实践中形成的比例语言。材分制度把构件断面尺寸与建筑等级、跨度需求联系起来,为不同位置的斗拱提供了可重复的尺度基准。匠师在放线时,只需依照材分等级确定构件断面,再根据出挑层数和昂形调整局部尺寸,就能获得稳定的节点性能。应县木塔中的五十四种斗拱类型虽然外表繁复,但每一类构件都服从于同一套材分比例关系。这种比例化设计使复杂结构不必逐点计算,也能保持整体协调。

对后世修缮者来说,这是一笔极为重要的技术遗产。当某一朵外檐柱头铺作的下昂出现顺纹开裂时,修缮者不必推演全塔受力,只需找到同层同型的另一朵铺作,取出对应构件作为样本,按原材分尺寸复制。安装时,新构件与相邻斗、拱之间的接触面会自然嵌入原有位置,因为材分比例一致。

然而,这种局部替换的前提是原有分工逻辑没有被破坏。自1970年代抢险加固工程启动以来,围绕应县木塔维修方案的分歧,在很大程度上正是对这一前提的不同理解。落架方案意味着全塔构件必须逐一拆解、编号、归位,但长期受压形成的接触面与木纤维蠕变状态无法通过编号复原。

即使构件全部回到原位,节点中经过数百年变形协调后形成的可动余地也可能被扰动。斜戗支撑加固试图在不拆解斗拱的情况下增加外侧支撑,却可能使某些原本承压的斗拱构件转而受拉,而木材横纹受拉能力极低,反而引入新的开裂风险。

顶层抬升后二层落架的方案只对上部结构进行干预,但塔身整体刚度分布是连续的,拆去部分暗层之后,剩余斗拱层的变形调节能力是否仍能统合全塔,很难在事前作出确定判断。这些争议表面上是施工技术选择,实质是对斗拱分工逻辑不同理解方式的冲突。五十四种类型既是结构效率的来源,也是后世干预时必须穿越的复杂性迷宫。

站在塔下抬头看,外檐斗拱层层出挑,在屋檐下形成一道连续的阴影带。每一组斗拱都按照它在这一环中的位置被赋予了不同任务。这种可识别的功能分区,使木塔不是一块密实而不可分的整体,而是一套由众多可替换单元组成的系统。一个熟悉木构的匠师,可以依据出挑长度、昂的斜置角度和铺作层数,判断眼前这朵斗拱是在承压、悬挑,还是在为整面檐口提供水平联系。这个判断本身,就是阅读原始设计者留下的一套结构语言。

地上结构的可维护与可调节,正建立在这种语言的可读性之上。可是,当修缮者把一根新复制的下昂放回外檐柱头,用木槌轻轻归位时,从柱脚下方传来的轻微震动,提醒他所有可替换单元都站在同一条边界上。斗拱群在地面以上形成的精细分工,最终不能离开柱脚与基础那片不可见的支撑。若那里发生不均匀沉降,或潮气侵入使柱脚失去稳定,地面上任何一朵斗拱的传力路径都会被重新改写。

回到木塔本身的受力路径,从暗层斜撑到斗拱分工,结构逻辑逐渐清晰。暗层提供水平刚性约束,明层提供弹性变形调节,斗拱群在不同位置以不同形制实现这一刚度差异。外檐斗拱悬挑深远,内槽斗拱承压集中,补间斗拱联系水平,转角斗拱应对多向受力。每一种类型都是对局部受力状态的精确回应,而不是装饰上的任意变化。这种精细化的构件配置,使木塔在水平力下能够通过斗拱层的微小转动和滑移吸收能量,降低主体构件的脆性破坏风险。

同时,这种分工也为后世修缮提供了可识别的替换单元,使局部维护成为可能。这两重后果——结构效率与可维护性——共同构成了斗拱群分工的历史意义。它们说明,辽代匠作对木塔的设计不是一次性完成的静态方案,而是一套具有明确功能分区的可操作体系。每一类斗拱都在整体结构中占据一个可以被识别、被理解、被替换的位置。

但所有这些精妙的地上木构,都依赖于一个不可见的基础。木塔的全部重量,无论经过多少层斗拱的传递与分散,最终都要落在柱脚之上。

柱脚埋入地下,与土壤和潮气直接对抗。如果柱脚发生不均匀沉降,如果基础在潮气侵蚀下失去承载能力,那么地上部分再精妙的构件分工也将失去意义。斗拱群分工的长期有效性,被这个埋在地下的前提所限定。