每年的暑假时期，去故宫参观的游人如织。作为我国优秀传统建筑文化的代表，紫禁城古建筑有着诸多的吸引国内外游客的魅力，而其中的典型特色之一，就是斗拱。斗拱是我国特有的古建筑组成部分，是位于柱顶之上、屋檐之下的由斗形、弓形的木构件在纵横方向搭扣连接，而后在竖向又层层叠加起来的组合木构件，其外形犹如撑开的伞状，见图1。我国古建筑学家梁思成先生曾经说过：“斗拱在中国建筑上的地位，犹柱饰之于希腊罗马建筑；斗拱之变化，谓为中国建筑之变化，亦未尝不可，犹柱饰之影响欧洲建筑，至为重大”。我国古建筑斗拱起源的主要原因，是为了满足高大宫殿屋顶出檐深远的要求。早期的宫殿建筑中，往往采用斜撑的木柱来支撑宽大的屋檐，斜撑分别设于屋檐的前后方。而为了避免落地的斜撑受雨水侵蚀，其下支点便离开了地面，称为短斜撑，并随着审美需求逐渐被弯曲的木料替代，形成了今天斗拱的横向重要构件——翘。同时，为了增强柱顶部位支撑屋檐的强度，柱顶之上又增加了斗形木块，木块上方沿着屋檐方向叠加长方形的垫木，这些长方形的垫木因审美需要逐渐变成弓形，形成了今天斗拱纵向的重要构件——拱。斗拱的主要构件名称见图2。紫禁城古建筑的斗拱类型很丰富，如位于两根立柱之间的斗拱称为平身科斗拱，位于柱顶之上的斗拱为柱头科斗拱，位于建筑四个转角部位的斗拱称为角科斗拱等。斗拱的初始功能是支撑屋檐，并把屋顶的重量往下传递给柱子。其历史发展过程是由构造简单到复杂，功能由纯粹的支撑到集建筑力学、美学于一体。
图1 柱顶之上的斗拱
图2 斗拱的主要构件名称
紫禁城古建筑的斗拱体现了造型之美。斗拱在屋檐之下，整体排列有序，并表现为富有节奏和韵律的变化，表现为不同类型的斗拱在同一高度范围排列规则有序，由下至上尺寸统一逐渐增大，各斗拱出踩尺寸相同，斗拱外形的曲线整齐划一、弧度优美，给人以极强的艺术感和节奏感，见图3。斗拱的造型之美还体现在均匀对称性，即指斗拱的各个构件高度、宽度基本相同，仅在长度及外型上根据整体需要而有不同差别：一方面斗拱的正立面，其左右两侧的构件种类和数量对称布置，见图4；另一方面，斗拱侧立面，以正心枋为中心，斗拱向内外出挑的踩数相同，见图5。上述均匀、对称的布置形式给人以舒适、愉悦的感觉。不仅如此，斗拱在造型上还有统一协调之美。紫禁城古建筑的斗拱的统一性，表现为各构件截面形状统一，均为方形或者矩形；侧立面外形统一，均犹如倒立的三角形；斗拱位置统一，均位于柱顶之上、屋檐之下，这种统一性在视觉上给人以抽象的整体之美。斗拱的协调性表现为，斗拱整体与上部倾斜的屋檐、下部垂直的柱子形成完美过渡，既能反映屋架简洁明确的特征，又可体现斗拱自身优美的造型，见图6。
图3 太和殿斗拱外立面侧视
图4 太和殿二层平身科斗拱正立面
图5 太和殿二层平身科斗拱模型侧立面
图6 斗拱与立柱、屋檐的关系
不仅具有建筑之美，紫禁城斗拱运用的另一个重要特征，即其中蕴含了丰富的力学智慧。斗拱由很多小尺寸的木构件在水平和竖向拼插、叠加而成。尽管这些木构件尺寸很小，但是当它们组成一个斗拱整体时，就会产生巨大的力量。在一般情况下，斗拱位于屋檐的下方，承担整个屋顶的重量，并把该重量向下传递给额枋、柱子。紫禁城古建筑屋顶有着厚厚的泥背层，非常厚重，但是能够被斗拱轻松承担，且斗拱不会产生破坏，可反映斗拱有很好的竖向承载能力。分析认为，这种良好竖向承载能力的主要原因包括两个方面：一方面，尽管紫禁城古建筑屋顶重量很大，但是这个重量由多个斗拱承担，每个斗拱实际上承担的屋顶重量较小，这相当于对屋顶重量进行了分解；另一方面，尽管斗拱由大量的小截面尺寸木构件组成，但是它们数量众多，且每个构件均可分担屋顶重量，这样一来，传到斗拱上的屋顶重量进行了第二次分解，此时传到斗拱构件单体上的作用力已经很小了，因而斗拱构件单体不会产生破坏。
斗拱的力学智慧精华在于它的抗震性能。无论是水平向还是竖向的地震波，都不会造成斗拱破坏。发生地震时，斗拱的各个构件之间互相摩擦、挤压，并产生往复运动，犹如一个运动的机构体系。从能量守恒角度讲，地震波的能量传到斗拱位置时，主要分成了2个部分的能量：斗拱的内能及斗拱的动能，斗拱内能即自身产生开裂破坏的根本原因，内能越大，斗拱破坏越严重。然而斗拱能量的另一个组成部分即动能占的比例远大于自身的内能，其原因在于每个斗拱由上百个小构件组成，它们犹如机器的零件一样，在地震作用是不断产生各种运动，耗散了大量的地震能量，从而使得斗拱内能的比例很小，因而斗拱在地震作用下几乎不会产生破坏。事实上，大量的古建震害勘查结果表明，斗拱在地震作用下一般保存完好。
不仅如此，地震作用下，斗拱还能产生自动恢复功能，犹如不倒翁一样，其原因在于斗拱特殊的构造特征。斗拱整体构造特点是上部体积大但构件单体截面尺寸小、下部体积小但构件单体截面尺寸大，其中截面尺寸最大的为方形的坐斗，位于斗拱的最底层。这种构造特征使得：一方面斗拱的重心位于斗拱的下方，斗拱犹如一个矮胖的人，在水平地震力（推拉力）作用下尽管产生摇摆，但是不易倾覆；另一方面坐斗的截面尺寸宽大，这无疑增大了斗拱与其底部的接触面，斗拱在水平地震作用下产生摇摆时，分别绕着坐斗两侧的支点进行摇摆，见图7所示。而在斗拱摇摆过程中，其上部屋顶的重量迫使斗拱不断地复位，因而斗拱像不倒翁一样，不断地来回摆动，。地震波结束后，斗拱又恢复到了初始位置，本身并未受到损害。
图7水平地震作用下斗拱摇摆示意图
可以认为，紫禁城古建筑斗拱的运用体现了我国古建筑的力与美，亦是我国古代工匠汗水与智慧的结晶。
