试谈刚柔相济的应县木塔

“刚柔相济”是山西应县木塔历经千年的结构特征。它那卓越的稳固性把应县木塔推进了世界文化遗产的行列，成为21世纪地球上的四大奇塔之一，与法国的埃菲尔铁塔，埃及的金字塔，意大利的比萨斜塔齐名。

在结构力学中，刚性连接处是不能转动的。应县木塔所采用的是两个内外相套的八角形框架。平面可分为内槽和外槽两个部分，内外槽之间靠各种木料纵横连接，构成了一个刚性很强的双层套筒式结构，投影面像一个圆内接八边形和圆外切八边形。木塔内上下层之间（立体式三维空间）采用叉柱造方法，上层柱底部的十字开口，插入下层柱的斗栱之间，而且上层柱向内缩进半个柱径，从而造成了框架间的逐层内收效果，进一步增加了框架间的稳固性。木塔的这种刚性连接，来自于辽代民间。当时正处于公元九、十世纪，战乱频仍，中原地区满目疮痍，民不聊生。不少人不得不拖儿带女颠沛流离，逃亡到了当时相对稳定的北方地区。这样不仅加快了我国民族大融合的脚步，其中，不少的能工巧匠也将中原地区的先进文化和科学技术带进了当时还处于奴隶制度下的辽王朝。于是当时民间生活中常用的箍水桶技术、蒸馒头及其他熟食用的制作笼屉技术、藻井技术等汇集到了为辽王朝服务的大型纯松木结构建筑应县木塔上来，组合成了木框架高层结构的刚性连接方式。

木塔木结构中斗栱和卯榫之间的连接，则是结构力学中的铰接，接合处易转动，同时也容易受损，它的咬合面积会由于材料的干缩湿涨在长时间的行走中发生变化。当咬接处在遇到大风，地震等外力的作用时，构件之间就会产生一定的位移和摩擦，同时也吸收和消耗部分能量来调整组合结构变形的效果，这种表现就是纯松木结构框架中的柔韧性。木塔的这种斗栱和卯榫咬合，它们的接触部分在最初组装靠近时，面积最大，所产生的能量转变成一种力，经过接触点的连接，互为传递，像我们生活中的手牵手一样，生生不息，形成了一种以圆为轨道似的循环，这就成为木塔所固有的循环力，抵御着自然力和人为力的袭击。

应县木塔这种固有的循环力，在不超过一定的极限内，就表现出纯松木框架结构的刚柔相济，造就了应县木塔历经千年卓越的稳固性。循环力，就是应县木塔纯松木框架的凝聚力。应县木塔中凝聚力（循环力）的变化，同样也影响到了整个木塔结构的变动。如今的应县木塔，历经千年有了骨病，整体倾斜5度，要使它祛病延年，我认为最根本的就是要恢复木塔中固有的循环力。也就是对应县木塔中52种卯榫和64种斗栱在咬合处的接触面积的恢复。这可以采用预应力技术来帮助。