建筑学报 | 刘妍 | 挑战跨度：中国与欧洲传统木结构的建构思维 | 2022年04期
挑战跨度：中国与欧洲传统木结构的建构思维
刘妍 昆明理工大学建筑与城市规划学院
建筑结构面对的技术挑战中，跨度是一个永恒的对手。甚至，建筑技术的发展史可以依照“如何挑战跨度”的线索来叙事，而迎战跨度的主战场在桥梁与建筑屋顶。对于二者，东亚与欧洲都有成熟的木构建造传统。
在中文世界(甚至英文世界)，欧洲的木构技术研究与介绍较为有限。谈及西方建筑发展时，传统的技术史叙事往往着眼于石构。而德语学术中，针对石构教堂中的木构屋架、木构房屋以及桥梁，已经形成了一个专有的研究领域，超过一个世纪的累累成果。
在德国多年的学习与研究中，笔者密切关注不同文明的木构建造技术。诚然，东西方建筑在形式与结构体系上有着巨大的差异。倘若单纯着眼于形式或体系的比较，不免落入空洞。但若当我们将视线透过中观的结构进入微观的构造，着眼人们如何应对材料、迎对技术挑战、解决构造问题，通过结构所呈现的技术手法，潜入匠师的认知与思维，去观察不同地域与文化建构思维差异，就有可能揭示一些更深层次的文化特质。这正是笔者出版专著《榫卯与木构文明》之立足点，本文则从中选取跨度问题作为线索，一叶观秋。
1 何谓桁架
桁架(truss)是西方建筑发展史中应对跨度需求最常用的结构形式。将杆件组合、连接在一起形成刚性结构构架，桁架常以三角形布置，利用几何学上的三角稳定实现结构稳定。杆件仅在两端相接，内部受力以轴力即拉、压力为主，在理想状态下不存在受弯构件。
无论何等材种，木材的顺纹受拉承载力约为受压承载力的2~3倍，因此针对拉、压杆件进行的计算和设计，尤其是充分利用受拉杆件，可以实现结构效率的最大经济性。在各种木构形式中，桁架具有最大的跨度能力；而在同等跨度条件和承载力要求下，桁架结构消耗的木材最少。桁架的结构效率可以从模型性结构实验中略见一斑：在清华大学土木工程系主办的结构设计大赛中，手工制作的净跨1m木桁架桥模型，可以用仅约60余克的自重承受15kg的动荷载！
与这种受力特性相对的是受弯构件，亦即更常见的(结构学意义上的)梁。受弯的本质是一侧受拉、另侧受压。可以想象弯拗一块长条橡皮的状态。这令构件内部上下表面受力最大，而截面中央产生受力为零的中性轴及其两侧受力较小区域。因此梁对材料的利用率有限，结构效率远低于桁架。
受力分明的现代桁架是典型的科学产物。“理想”桁架拉、压分明的受力特征，适于简化为抽象模型进行分析计算，桁架理论是结构科学的理论基石之一。结构科学与钢铁时代的结合，高至埃菲尔铁塔，长至跨海长桥——人类文明史上很多伟大的工程杰作，都是桁架的舞台。
而早在现代科学、力学计算诞生之前，桁架就是欧洲木构建造传统中最重要的结构形式之一，至晚在古罗马时代，就已在屋架与桥梁中大展身手。这种出现在前科学时代、未经力学计算优化，但已经具有初步的受力意识、针对受力对结构布局进行设计与调整的桁架，可称为传统桁架(本文仍统称为“桁架”)，以区别结构科学意义上的桁架。
相较其他可能的结构形式，桁架优势明显：不仅跨度大、承重效果好，施工建造也很方便。无论是房屋、桥梁还是屋架，均可以在地面组装框架、整体吊装就位。此外，桁架节点加工便利：三角形边长不变则角度不改，三角形构架为桁架提供了稳定性。因此节点的加工只需保证相接，不需要限制转动变形(近乎于铰节点)，这大大降低了节点加工的精度要求和制作难度。与之相较，中国木构建筑不使用斜向构件，而矩形构架在几何关系上容易变形，为了结构稳定，就要求节点采用特殊的构造方式(譬如穿斗式透榫或抬梁构架中的榫肩)，并且制作极为紧密才能防止变形(近乎于刚节点)。换句话说，在欧洲，木桁架利用结构的几何关系解决结构刚度问题，因此可以使用铰节点。而在中国，柱梁框架不得不依赖节点刚度来保证结构刚度，这也是东亚木构建筑格外重视榫卯的原因。而桁架结构中，构件和节点的加工精度不像在中国木作那么性命攸关，建造效率也就更高。
加工便利、施工方便、承重力强、规模能力更大——桁架在西方建筑发展史中，无论普通房屋、府邸宫殿、大型桥梁还是宗教建筑，均扮演了重要角色。同时，又是传统木作通往结构科学的一条捷径，它的两个重要技术门槛分别应对了结构力学中最重要的两个概念：力学合理与结构稳定。三角形稳定性解决了桁架的整体稳定问题；有意识地使用受拉构件发挥了最大的力学效益。
2 欧洲传统屋架的发展历程
▲ 1 意大利帕埃斯图姆(Paestum)古希腊时期石制神龛三角形“人字拱”屋架
这里需要区分一组概念：同样是三角形的木构架，“斜弦+平梁”的欧洲三角构架(弦屋顶，[D]Sparendach)，与“檩+椽”的东亚构架(檩屋顶，[D]Pfettendach，图2)。弦屋顶中，承重构架是斜弦形成的人字拱。在斜弦中，压力沿轴线斜向下方传递到底部平梁。檩屋顶中，承重构架是檩和托举檩的柱或梁，而斜向椽的受力模式为简支梁，垂直传力于支托它的檩，再至檩下柱或梁。
▲ 2 欧洲弦屋顶(左)与东亚檩屋顶(右)基础构成以及传力方向
如果说力学模式分析是现代科学解构下的抽象产物，未必代表匠人的认识，那么构架中具体的构造差异，则可以真实反映出匠人对于“力”的理解和对策。
弦屋顶中，两侧斜弦互相撑扶，二者之间有稳固的节点固定；而斜弦与平梁交接处，需要卡入平梁之内，才可抵消斜向的推力。这就诞生了一种专用的称作“斜嵌”([D] Versatz)的节点(图3)。檩屋顶中，椽是搭挂在檩或其他水平构件上的，可用钉子简单固定，而左右两侧的椽甚至不需要相交。
▲ 3 木桁架屋架斜嵌节点的各种构造形式
在弦屋顶中，斜弦插入下弦梁，会向外侧推顶平梁之中、节点断面的木质材料。因此平梁要在节点外侧，保留相当长度的端木([D] Vorholz)，才能保证端部木纤维不会轻易被推力破坏。这是弦屋顶的一个构造特征。木匠手册中常会对保留端木的长度做出指导。在铁件进入屋架后，推力可能被铁质销钉受剪抵消。观察斜弦与平梁的交接关系、平梁是否具有承受斜弦的推力的构造措施，是判断一个三角形的木构架是否为桁架结构的基本因素之一。
桁架诞生的一个决定性因素是悬柱([D] Hängesäule)，即主动承拉的立柱。出于从上向下传力的直观认识，三角屋架的立柱在发展之初都是立足于下部平梁之上的。随着屋架规模增大，平梁长度增加，会因自重下沉。而匠人已经注意到，人字拱式三角屋架本身具有很强的承重能力，于是反过来用中央立柱“提”住下沉的平梁。悬柱的出现使结构中的力流改变了自然状态反道而驰，是传统桁架诞生的标志。
古罗马时代，悬柱在桁架中已得到广泛应用，有丰富而明确的证据。最典型者为罗马4世纪壁画中老圣彼得巴西利卡(Old St. Peter's Basilica)的屋架图像(图4)，三角形屋架的中柱明显处于悬吊状态。
▲ 4 罗马4世纪壁画中老圣彼得巴西利卡的屋架图像(桁架部分强调勾出)
除了悬柱，早期桁架中还会出现其他受拉构件。在人字拱作用下，下方平梁从两端被斜弦向外推顶、亦即受拉。因此在德语中，这根平梁被称作“束梁”([D]Binderbalken)，正是强调了它拉束的作用。
在德语区，不但屋架跨度规模日渐增大，哥特建筑传统下，对天际的追求催生出宏大高耸的木构屋架。三角构架愈显薄弱，在屋顶重压之下有向内弯凹的趋势。人们便在三角构架的中部或上部使用水平短梁(德语中称作“喉梁”，[D] Kehlbalken)支顶斜弦。在束梁-喉梁体系中，束梁受拉而喉梁受压；但喉梁的出现为构架提供了取消束梁的可能，喉梁的受力随之转向，代之承担主要的拉力。同时斜弦脚部也会有纵木等其他固定措施。随着规模的增加，屋架中可以出现多重喉梁，以及斜向的撑木。与喉梁相似，撑木的受力同样会随构架的几何变化以及风荷载等受力变化在拉力、压力之间转换(图5)。
▲ 5 喉梁构架屋架结构示意，弗赖堡大教堂(Freiburg Münster)
取消束梁则形成更高、更开敞的净空。因此中世纪教堂往往在完整屋架横架之间使用若干不设束梁的横架([D]binderlose Gespärre)，为耸起的石拱券提供空间。在一些不施用石拱穹的建筑中，木屋架露明，规律形式组合形成了木构架的美学效果(图6)。
▲ 6 不设束梁的露明屋架的美学效果， 挪威瓦尔内斯教堂(Værnes Church)
承受拉力的木构件，自然需要配套承受拉力的榫卯构造。用燕尾形搭掌榫与木钉的组合是喉梁与其他起撑顶或拉结作用的斜向构件最常用的节点形式。木钉以剪力的方式承担节点受力，制作木钉的材料往往最为强健坚固，“硬如铁”的橡木是最常见的选择。
最严峻的考验来自悬柱与平梁的节点。在大型屋架结构中，为了减轻构件的自重，中柱与束梁往往已经将截面尺度缩减至最小，这时如果再采用搭掌榫，势必会在节点处进一步削弱构件，普通的木钉亦难以承受这里巨大的剪力。建造教堂的匠人们，往往有专门的构造手段来强化这个关节(图7)。这个部位，亦是在建筑材料的演化中，最先被金属接管的节点。
相比木材丰富、哥特遗风之下的西北欧，位居南欧的意大利，一方面是相对干燥的气候和木材的稀缺，建筑不追求高尖的屋顶，屋架相对平缓，对木材的使用相对节俭；另一方面，作为职业建筑师与科学化材料力学研究的诞生地，木构架设计中体现了更多对材料受力的关照，并且应对受力特征，毫不吝啬铁件的使用。
文艺复兴之后，在桁架屋架的悬柱位置，金属节点已经成为通用做法(图8)，铁片箍拴，甚至将悬柱下部替换为铁杆拉结。随着铁件在屋架中比重增加，在18世纪中叶之后，伴随着工业革命的进程，在整个欧洲范围内，屋架之中铁制构件的比重逐渐增多，从节点延长到杆件，甚至逐步取代木质拉杆，作为悬柱甚至下弦大梁，为建筑进入钢铁时代铺平了道路。
▲ 8 塞巴斯蒂亚诺·塞利奥(Sebastiano Serlio)的桁架设计，金属桁架节点是意大利文艺复兴时期的标准操作
3 欧洲木构桥梁的探索
除了屋架的应用，作为最适合挑战跨度的结构，桥梁是桁架的另一个重要舞台。而它于此的实践毫不晚于屋架。目前关于木桁架桥梁最早的实例是古罗马图拉真(Trajan)皇帝在多瑙河上建造的大桥(建于约105年)，以生动的浮雕刻画在罗马的图拉真石柱上。
相对于屋架，木构桥梁在欧洲建筑的早期历史上留下的证据相对有限。原因之一，自古罗马始，石拱券技术即已相当发达。只要有条件，石拱桥才是罗马人的首选。古罗马最著名的两座木构桥梁——恺撒(Julius Caesar)莱茵河桥与图拉真多瑙河桥均为战争用途。另一个原因，桥梁作为交通要塞，往往在战争中首当其冲，即使不是人为破坏，近水环境亦不利于木桥的长存。
即使文献有限，仍然不难想象，中世纪欧洲的桁架桥一定也得到了长足的发展。一方面是民用房屋和教堂建筑中发达的桁架技术，可以直接转化到桥梁。欧洲存世较早的几座桁架桥(图9)，均采用了屋架结构常见的单柱或双柱悬柱桁架([D]Hängewerk)。另一方面，即使建造石制桥梁与教堂石拱券，也需要木制的鹰架作为脚手架，而这些木制构架，在形式上已经成为了稳固的木桁架桥梁。
▲ 9 瑞士茨温根城堡桥(Zwingen Schloßbrücke)，建于1514年，双柱桁架结构 (河道中央的桥墩为后世出于保护的目的添加)
文艺复兴时期，木构桥梁开始成为新兴的职业建筑师的研究对象，并留下了丰富的桥梁设计资料。赫赫有名的达·芬奇(Leonardo da Vinci)、阿尔伯蒂(Leon Battista Alberti)、帕拉第奥(Andrea Palladio)都曾对古罗马的木桥梁文献进行过研究。帕拉第奥更是做出了4种木桁架设计(图10)，并称其中一种为自德国案例的启发。帕拉第奥对桁架桥的研究，被后世认为开启了现代桁架的研究，因而被誉为“现代桁架桥之父”。
▲ 10 帕拉第奥的4种桁架桥设计
在森林资源丰富的德语区，孕育了数量繁多的木桁架桥，亦发展出特殊的技术特征。桁架桥的基本单元是折边拱(单柱桁架为人字拱，双柱桁架为三折边拱)。随着跨度增加，就需要结构和构造上的突破。
首先是增加既有构件尺寸，用双层甚至多层材料拼合成壮硕的柱与折拱(图9)。当桥梁跨度超过了双柱系统的能力限度，匠人便扩展基本单元，拉长折边拱的跨距，平行或交错使用多重折边拱。这种手段以近乎奢侈的姿态使用木材，在17、18世纪桥梁设计中，形成叠床架屋、错综复杂的庞大结构(图11)。
▲ 11 18世纪瑞士匠师汉斯·乌尔里希·格鲁本曼(Hans Ulrich Grubenmann)为沙夫豪森(Schaffhausen)做的桥梁设计，120m跨度桁架桥
第三种发展，在三折边拱的基础上，发展成多折边拱(图12)，最终发展成宽厚的叠木拱(图13)，用粗大的木拱作为主要承重结构，悬吊下部的桥面。这种结构成为现代层积材(laminated timber)的先驱。
▲ 13 汉斯 ·乌尔里希·格鲁本曼设计的维廷根(Wittingen)大桥，建于1766年
在这3步结构演化中，都会出现构件与体系间的叠合。匠人很快意识到使贴合的梁木协同受力，要比各自为政、分别受力效果更好，这便为一种特殊的榫卯技术——齿接梁([D] verzahnte Balken)或齿销梁([D] verdübelte Balken)的应用搭建了舞台。
齿接梁的原理是，当两根梁上下叠放在一起，如果通过构造手段使之协同变形(图14)，结构强度会远远大于二者分别自由变形时强度的叠加。两根梁如锯齿般相接，正是达到了受弯条件下协同变形的目的，体现了明确的力学认识。关于这种结构最早的记录来自于文艺复兴时期。15世纪起，达·芬奇即在战争机械的设计中绘出这种结构。在17-18世纪，这种技术在桥梁建筑中极为普遍，甚至(与木拱技术一同)反哺于屋架结构。直到19世纪，它仍频繁出现在桥梁设计指南中。
▲ 14 齿接梁(左)与齿销梁(右)构成示意
至此，我们聚焦于意大利与德语区，简要地勾勒出欧洲木构屋架与桥梁结构的发展历程。受限于篇幅，本文并不能展现历史演化的全貌，甚至不能述及技术发展的每一个重要阶段。在选取有限的片段中，不难看出，欧洲匠作中木构技术在屋顶与桥梁中的发展始终相互启发、影响。这在技术的走向与匠人的分工中都有体现：前文案例中提及的瑞士格鲁本曼(Grubenmann)匠师家族，正是以桥梁与屋架建造而闻名，他们的作品中可以清晰看到二者的技术交融。
另一方面，欧洲木构技术的发展，有两条线索。一条为匠人主导下的经验主义探索，一条为早期科学精神下，对材料力学特性的初步认识和结构探索。两种思维是兼容并立的，没有截然的分界线。但在不同地区与民族间，确又有偏重性差异。意大利的匠作传统更强表现材料集约性，也更早诞生科学化的材料认识与结构设计；德语区的进展则呈现相对奢侈的用材以及略显“笨重”的构架。但无论其中的差异，欧洲木构架整体而言体现出对于材料受力的关注，以及直观地针对受力、应对变形的结构设计。
4 “叠涩”：东亚处理跨度的手法
在以木建筑闻名的东亚却未能自主出现桁架传统。中国最早的桁架结构(如西南、西北地区的桁架桥梁、近代建筑的桁架屋顶)均是近代西方影响入传后的产物。
中国建筑历史上曾经出现过形式接近桁架雏形的三角屋架，但它们距离真正的桁架，并没有迈出关键的“悬柱”之步。中国古典建筑中，屋架中的三角构架若有中柱，都是立于大梁之上，向下传递压力，并未产生悬吊大梁的意识。这与桁架设计尚有本质差异与巨大的结构思维转变。
在中国，建筑对应跨度的方式，除了增大梁木尺寸外，主要在于悬挑。在亚洲传统木构桥梁中，伸臂梁是最为常见的桥梁形式(图15)。伸臂梁的踪迹，西至土耳其，东至日本，遍迹整个亚洲；在欧洲大陆大面积空缺，然后又出现在偏远(历史上)而欠发达的北欧。在中国，更是从东南山区到西北丘壑，在不同民族、地域广泛应用。在欧洲桥梁技术发达的区域——譬如德语区，木构桥梁偶或使用伸臂叠梁构造，但仅将这种元素作为辅助结构配合桁架使用。唯有在亚洲，伸臂梁桥在木构桥梁中占据统治性地位。在中国，伸臂梁桥(或以其为基础的混合结构)是除下文将要介绍的编木拱桥外，唯一可以达到30m以上跨度的木构桥梁类型。
▲ 15 福建省周宁县礼门乡黄旗岭村伸臂桥
这种层进相叠的形态统治着中国建筑的结构理念。斗栱，作为东亚的建筑符号，正是一种小型的伸臂桥，层层出挑支撑梁木或深远的挑檐。而官式建筑的抬梁屋顶，层层递退的水平梁架，正如一朵倒置的斗栱。通过逐层缩短梁栿，将荷载分配到梁的两端以减小梁内弯矩(图16)。
这种层层递进或递退的构造，在宋代建筑术语中称作“叠涩”。本是石作术语，指称砖石台基中，层层退入与层层出跳的装饰性构造。叠涩的繁体“疊澁”二字的字形正是这种构造的直观表达。在人类文明发展中，叠涩技术是砌筑技术发展中用来解决跨度问题的重要一步。以层层叠涩形成的拱形洞口，在结构上称为“假拱”(false arch)或叠涩拱(corbel arch)，出现在许多古代文明中，正是砖石拱结构发展的前身。
一言以概之，中国建筑木构传统对于跨度问题的解决之道，在结构思维上可以归结为正向或反向的“叠涩”。而编木拱却是一个特殊的例外。
5 编木拱：东亚的成熟木构大跨度结构技术
编木拱是一种不同寻常的桥梁形式：将平直的木材纵横交织在一起，构件之间形成互承、互锁的制约关系，形成拱形的大跨度结构。虽然形式特异，编木拱在不同历史时期，出现在不同的文明中。其中最有名的案例，包括中国宋画《清明上河图》中的汴水虹桥、意大利文艺复兴时期达·芬奇的桥梁设计，以及闽浙地区的编木拱桥。此外，笔者在日本、德国与挪威也找到了案例。这些案例大多为本土独立诞生、发展，之间没有直接的技术传播关系。编木拱桥在人类文明中的出现，呈现为“普世的独特性”。
然而，除了中国闽浙地区，所有其他编木拱桥案例，都在历史中昙花一现便消失。只有在中国东南，形成了传承有续的稳定匠作传统。闽浙山区的编木拱桥(以下简称“闽浙木拱桥”)，充分利用了编木结构的强度优势建造30m以上，甚至偶有40m以上净跨的大型桥梁，成为东亚最强的木构跨度能力。在笔者对编木拱桥的专门研究中，对这一现象做出的技术层面的解释，包括以下几点：
闽浙木拱桥的编木拱结构，由主拱与副拱两系统组成。主拱为三折边拱；副拱则具有从二段到五段多种折边拱形式，以五折边拱为成熟形式(图17)。闽浙木拱桥的结构无论如何变化，不脱离三折边拱主体。但理论上，编木拱原理存在丰富的变形、拓展可能，却没有在这一地区得到发展。换言之，闽浙木拱桥的技术探索并非体现在结构形式上。
▲ 17 闽浙木拱桥的结构构成
以三折边拱为主体和建造基础，这一选择来自于闽浙地区的营造土壤：在编木拱桥之外，这一地区的桥梁传统中，有单一三折边拱的结构形式(八字撑木桥)。闽浙编木拱的发展，直接利用了这一基础形式以及它相应的建造技术。相应，木构三折边拱可以利用简单脚手架搭建(图18)。而超出三折边，将会带来施工难度的剧增。
▲ 18 以简单脚手架吊装三折边拱技术演示
闽浙木拱桥在400余年的发展中，最重要的技术探索是节点技术和施工技术。节点技术即结构的榫卯做法。现代工程思维中，节点的形式应对于受力，譬如，燕尾榫可以承受拉力，因此抗拔；而直榫不抗拔。但木拱桥匠对榫卯形式的选择，考虑的并不是受力，而是建造施工的便利。编木拱中，所有梁木均承受弯矩与压力，对于建成的结构，无论何种节点，力学上几乎没有差异。甚至因为构件互承互锁，极端地说，哪怕将榫卯都砍断，令所有构件简单支顶在一起，结构也几乎是安全的。
但对于建造施工，纵向构件使用燕尾榫或直榫，安装方式则大有差别。燕尾榫的安放，是垂直于构件的轴线落入榫口；而直榫则是沿着构件轴线插进榫口的。在一支传统匠人的语言中，并没有类似“燕尾榫”或“直榫”这样对应于形式的名词，他们用“扣下去的”与“插进去的”来指称这两种榫卯。当匠人选用了不同的榫卯形式，事实上就选择了不同的安装方式，事关施工组织、整个团队的配合，也事关结构的比例关系设计。榫卯形式在匠人家族传承中，是非常稳定的因素。
榫卯之于编木拱，最重要的功能，在于施工过程中维护半成状态构架的稳定。编木拱桥虽然出现在世界各地，但未能在其他地区扎根，一个重要原因是结构安装的困难：构件之间相互牵制又相互支持，在完整结构建成之前，半成的结构体极不稳定。而闽浙匠人则利用榫卯构造，赋予半成的结构一定刚度和稳定性，才能以至为简单的脚手架完成结构的有序装配。
简而言之，编木拱桥仅在中国得到探索和发展，在西方世界虽有闪现却从未扎根，其中一个原因，是欧洲已经有了成熟的桁架体系，没有再发展编木拱技术来应对跨度的需要。而这一需求，在没有桁架技术可汲的中国民间则凸显了出来。编木拱最大的难度不在于结构形式的设计，而在于建造施工过程的控制。中国建筑文化最擅长利用“构造”来解决“建造”问题，这才使得编木拱桥真正“落地”。闽浙地区的编木拱桥营造技术的突破，并不仅在于对结构形式的探索，更重要的是匠人巧妙地利用构造手法解决了建造过程中的一系列困难。
6 技术史的反思
行文至此，我们可以将欧洲与中国的木构传统做出对比总结。在同样面对结构规模、跨度能力的挑战时，欧洲木构的发展历程可以表达为“以力学为导向的结构设计”，而中国木构则是“以建造为导向的构造设计”。
展开来说，欧洲匠人对构件的整体几何形式进行设计(结构设计)，并且无论在结构体的整体考虑中，还是具体的构造做法中，都对结构受力有着较为明确的认识和应对意识。发展历程中数次结构形式的关键突破，均伴随以对结构受力方式的处理和改变。
而结构体中主要构件几何关系的可能性，并不是中国匠人的设计考虑。匠人的探索更多在于利用构造细节来化解多重建造问题，其中最重要的是施工便利。
这种分野，扎根于两种建筑文明的底色中。在西方世界，与皇权、神权相关的宏大建筑是石构的主战场。木结构在这个战场上亦得到训练与发展，但作为石构的附属：要么作为屋架隐藏在石穹顶的后面，要么作为脚手架出场于石构完成之前，木构的形式较少地受到意识形态和审美的制约，直奔主题解决建筑规模带来的力学挑战。
在中国的建筑文化中，皇权与神权以木构营造殿宇。结构的形式决定于更高一层意识形态。在森严的建筑制度以及观念习俗之下，匠人手中并没有去探索结构体系可能性的权力，我们今天所谓的“结构理性”并没有太大的发挥空间。
与明确的受力意识相关，欧洲的木框架结构，具有明确的“构件”与“节点”意识，二者界线分明、分工明确。结构整体受力的问题和稳定性问题，通过对构件间的几何布局来解决。构件用来引导力流，节点用来连接构件(英文作joint，德文作Verbindung)，并根据它所承受的力来选择材料和形式。
欧洲传统木构架的这种特性，亦与后来的结构科学原理相通。结构科学对框架结构进行力学分析的一个基本手段，就是对“杆件”(bar)与“节点”(node)进行明确的形式划分和力学分工。因此，今天欧洲遗产保护领域对历史建筑木构架做力学计算，普遍使用结构科学的通用计算工具与计算模型。但这类计算方法，在中国木构建筑的应用上却有诸多困难与问题。
中国木构架，并不像欧洲那样形成截然分明的“构件主体”与“节点部位”。这种含糊，既表现在外形上，又体现在构造任务中。譬如斗栱可以视作一组结构体，亦可视为一朵巨大的节点；而构件交结的部位，除了负责“连结”和传力，还要承担建造过程中方方面面的职责，尤其是施工过程中的操作性和稳定性，以及建成结构的刚度。
关于“节点”身份的模糊性，不妨再举一个例子：榫卯的“肩膀”。对于中国屋宇和殿宇的抬梁结构，如果我们以“杆件+节点”的方式来认识梁木和它入柱的榫头，那么“节点”部位只是榫头自身。为了不对柱子造成过度削弱，入柱的榫头往往尺度较小，而中国建筑往往使用粗大的梁木——远远超过力学计算所需的截面尺度。这种“肥梁胖柱”传统，在过去的研究者眼中，往往视作结构上的“不经济”，从文化美学或炫耀材力、财力的角度进行解释。这种认识，正是把构件拆分为“杆件+节点”的认识(“杆件”用料过度，超过力学所需)。但事实上，粗壮的梁身，在端部切割榫头之后，剩余的断面即“榫肩”(图19)对于结构亦有重要作用。正像人体的肩膀拥有强大的扛顶能力，榫卯的“肩膀”正可支顶于柱身，从而限制梁柱之间的转度，增强节点刚度，亦即增强结构的稳定性。“肥梁胖柱”除了制度、身份和审美上的意义，是具有实用的结构意义的。榫肩的结构意义，在编木拱桥的匠作技术中更为突出：桥身之中，最粗壮的构件，并不是桥匠观念中受力最大的构件，而是之于稳定性最为攸关的构件，因为它们会提供最大面积的“肩膀”(图20)。榫卯构造身负多重任务，包括构件的连接、刚度与稳定性、施工中的稳定性，这些任务之间亦是交融结合的。但这种复杂的建构意义，若套用西方传统或结构科学的“解题思路”，很容易被忽视。
▲ 20 木拱桥结构中对于结构刚度与稳定性起重要意义的“肩膀”
中国建筑学科诞生以来，中国历史建筑的结构理解与现代结构科学之间的互译就成为一种显学。一方面，我们认识到用结构科学来解读中国建筑的局限，却不能走出这种思维定式的影响；另一方面，我们将两种思维的冲突视为匠作和科学间的差异，但却又不免疑问：那么欧洲的匠作呢？
以本文的分析来看，欧洲历史匠作传统，是更接近结构科学的认知模型的，换句话说，在结构科学的诞生地，传统匠作正是孕育其生长的土壤。这样看来，结构科学与中国建筑之间的矛盾，并不完全是“科学”与“非科学”之间的矛盾，而是不同“分析模型”之间的矛盾，是不同的建构思维之间的差异。欧洲木构的认识模型，即使是在科学之前的匠作、经验时代，也是以几何与力学为构架的；而中国建筑的认识模型中，建造与构造则拥有更重的地位。对中国建筑更“科学”的认识，也需要基于建构规律自身的特性。
<对东西方建构思维的对比、定性，受益于与Tom Peters教授、Klaus Zwerger教授及唐聪博士的讨论。>
（正文完。原文刊载于《建筑学报》2022年04期，总第641期，更多详细内容请见纸刊。扫码即刻购买本期杂志。）
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