敦煌莫高窟九層樓屋頂結構探析

李江 楊菁

內容摘要：九層樓是敦煌莫高窟最具標志性的傳統(tǒng)建筑，與其它窟檐建筑相比，它的尺度規(guī)模和結構的復雜程度都超越同類。九層樓的屋頂結構具有河西建筑中脊步高聳、椽扣掛椽、弧腹角梁的一般特征，同時，在使用木桁架支撐、尖銳翼角、形似盔頂等方面又獨具特色。通過對這些建造特征的深入分析，可以從支撐方式、椽望做法和屋面形式等突出展現莫高窟九層樓屋頂結構的建造成就。

關鍵詞：莫高窟；九層樓；屋頂結構；支撐方式

中圖分類號：K879.1 文獻標識碼：A 文章編號：1000-4106（2016）03-0124-08

Abstract： The Nine-Storied Temple is the most iconic piece of traditional architecture at the Dunhuang Mogao Grottoes-compared to the eaves of the other caves， its huge size and complicated structure far surpass those of the other buildings. The roof structure maintains the general characteristics of architecture from Hexi， such as high ridges， hanging rafters， and arced ventral horn beams， but it is also unique in the use of wood trusses， sharp eave wings， and a helmet-shaped roof. By analyzing these features in depth， this paper highlights the architectural achievements of the Nine-Storied Temple in various areas of structural support， use of rafters， roof shape， and other features of construction.

Keywords： Mogao Grottoes； Nine-Storied Temple； roof Structure； structural support

九層樓作為敦煌莫高窟第96窟的窟檐建筑，因其高聳的形體和巨大的體量而成為莫高窟最具標志性的傳統(tǒng)建筑。第96窟原有窟檐建筑為五層樓，民國十六年（1927）由敦煌本地商號“德興恒”捐資改建，農民王鳳智、王章首負責建造九層樓的任務{1}。由于工程浩大，耗費頗多，建設過程時續(xù)時停，于民國二十四年（1935）莫高窟九層樓才最終得以告成（圖1）。

1 支撐方式

莫高窟九層樓一至六層為單面檐，由崖面和外檐木構架共同支撐，結構體系較為簡潔；第七層為三面檐，西側靠崖壁無檐；第八層為四面檐；第九層為八角攢尖屋頂。這三層則構成了另一套結構體系，主要由第96窟窟內四壁上設置的30處支點（包括不同垂直高度但位于相同平面位置的支點）支撐起上部的木構架（圖2）。

第七層屋檐內部，從西崖壁上伸出東西向大梁兩根（軸線1、2位置），后尾位于西崖壁內，以其作為支撐點（圖3）。大梁長度近9米，跨度較大，需要設置中間支撐，即在南、北兩崖壁上設置了三組三角支撐（軸線A、B、C位置），每組三角支撐由崖面作為支點的兩根懸臂梁、兩根斜桿和一根立柱相互組合而成，三組支撐之間又設置了四根斜桿，組成了類似于現代建筑中的立體木桁架[1]（圖4）。它們給予了東西向大梁三個穩(wěn)定的中間支點。這南、北兩組立體木桁架，改進了建筑支撐形式，充分發(fā)揮出木材的力學性能，是對傳統(tǒng)建筑結構體系的突破性嘗試。

東西向大梁前端由抹角梁上的角梁支撐，抹角梁兩端位于東崖壁和南、北崖壁的三角支撐上。東崖壁上設置了兩組三角支撐，為了不阻擋坐佛前面的視線空間，兩組三角支撐之間并未設置斜桿，是兩組平面木桁架，給予東西向大梁端部的橫梁兩個中間支點。由四面崖壁作為支點的木桁架系統(tǒng)，支撐起東西向大梁和其端部的橫梁。東西向大梁上又架設了兩根橫梁，其上設置四根抹角梁，形成了正方形和八角形的結構空間，由此構成第八、九層的屋頂支撐平臺（圖5）。

八根立柱設置在由東西向大梁、其上橫梁和四根抹角梁構成的支撐平臺上，成為第九層攢尖屋頂的檐柱。這八根立柱之間布置下額枋、上額枋和平板枋、檐檁等三層構件。下額枋承托第八層屋檐的椽子后尾，在上、下額枋間裝有鏤空菱形窗欞。平板枋和檐檁間內切有八根抹角梁，抹角梁在兩兩交匯處支撐附加的外出檐檁。抹角梁和外出檐檁增大了平板枋和檐檁之間的距離，增加了第九層屋檐的高度（圖6）。外出檐檁的另一端由架設在下層結構上的擎檐柱支撐。這八根擎檐柱和其內側的檐柱，作為兩個支點支撐著角梁。角梁后尾向上承托著屋頂上部的兩層金檁和兩段由戧，由戧向上交匯于中央的雷公柱。

除三角木桁架支撐、懸臂大梁等主要構件外，抹角梁也在九層樓結構中扮演著重要的角色（表1）。九層樓中共使用26根抹角梁，它們成為屋架結構支撐體系中十分關鍵的構件，為達到不同的空間效果和使用目的提供了結構可能性[2]。其中，一層使用四根抹角梁，二層使用兩根抹角梁，它們支撐起一、二層山面屋檐角梁的同時，還起到加強屋角建筑力度的作用。三至六層檐由于進深太小，未使用抹角梁。七層的抹角梁共八根，用于支撐上部的梁架結構。其中，下部的六根抹角梁主要用于支撐第七層的室內回廊，上部的兩根抹角梁用于支撐從崖壁出挑的東西向大梁。八層的抹角梁四根，具有空間結構轉換的作用，其上豎立的第九層檐柱實現了不同柱網空間的上下疊加，是矩形屋身向八角形屋頂結構過渡的標志。九層的抹角梁共八根，起到了支撐角梁、抬高檐檁高度的作用，在不能和不需設置落地支撐構件的情況下，形成完整統(tǒng)一的內部空間，解決了上部結構的支撐問題。

抹角梁在河西地區(qū)稱為斜梁，它是河西地區(qū)普遍使用的建筑結構做法和屋頂支撐方式，幾乎所有四坡頂建筑都采用抹角梁法（圖7），抹角梁法的優(yōu)點主要有：（1）施工做法便捷，無論抹角梁位于檁上還是枋上，其兩端的工藝做法一致，施工便捷[3]。（2）適應性強，抹角梁使用靈活，適用于多種平面類型，主要有單開間平面、無廊平面、前廊后無廊平面、前后廊平面、中柱平面等。（3）穩(wěn)定性好，其形成的三角形支撐增加了屋角的整體剛度，抹角梁的應力集中于中部，兩端施加的支座反力大小相同，使得結構體系較為穩(wěn)定。抹角梁法可以根據技術條件、空間效果等因素靈活使用，充分顯示出古代建筑設計施工中自由靈活的特點，這也是抹角梁在河西建筑中大量使用的原因。

2 椽望做法

九層樓攢尖屋頂脊步異常高聳，與檐口及其它樓層平緩的屋檐形成了鮮明對比（圖8）。對于屋面曲線的舉高特點，當地人形象地描述為“脊如高山，檐如平川”[4]，即檐步舉高十分平緩而靠近屋面脊步的舉高非常陡峭，并且各步舉高變化劇烈。據當地工匠介紹“脊部越是高，高的像祁連山，廟宇越靈驗”，所以“脊如高山，檐如平川”的屋面做法在河西地區(qū)的宗教性、紀念性建筑中經常會出現，而在普通建筑中較少使用，民居中則一般使用平頂。

屋脊部分的高高舉起，使建筑外觀巍峨雄壯，與聳立在河西走廊南側的祁連山交相呼應。位于河西走廊南側祁連山，氣勢恢弘，連綿不絕，孕育著河西地區(qū)大片的草原、廣闊的森林、富饒的農田，演繹出河西走廊燦爛的歷史[5]。正因為如此，河西人民將對祁連山的尊敬和崇拜，寫仿在自己建設的宗教建筑上，用高高矗立起的屋脊象征對自然的崇敬，由此傳達出了對于實現美好生活愿望的訴求。西夏時榆林窟壁畫中就描繪有這樣高聳的屋頂形象（圖9），說明“脊如高山，檐如平川”的做法在河西走廊具有悠久的歷史。

清代官式建筑中常用的舉高有五舉、六五舉、七五舉、九舉等，小式房脊步一般不超過八五舉，大式建筑脊步一般為九舉，很少超過十舉[2]7。而明清時期河西建筑的舉高做法與清官式建筑各步架舉高有著明顯差異，并且舉高變化劇烈。通過對張掖山西會館、大佛寺，武威文廟、文昌宮、大云寺，山丹圣經樓、無量殿等建筑測繪圖的分析研究（表2），所調查的河西建筑中，有58%的脊步舉高在九五舉以上，即是說超過半數的建筑都高于清官式建筑常用的脊步舉高；有72%的檐步舉高在四五舉以下，說明河西建筑檐步明顯低于清官式建筑常用的檐步舉高。脊步普遍采用高于九五舉、檐步低于四五舉的做法，使得河西建筑屋面在脊部十分陡峻，檐部相當平緩，同時，各步差值較多的在0.25以上，舉高變化劇烈，屋面首尾差異懸殊而遞增量大，使屋面產生了一條曲率變化強烈的曲線，不同于一般建筑中比較和緩的屋面曲線，表現出“脊如高山，檐如平川”的形象，而成為河西地區(qū)宗教性、紀念性建筑的特征。這也是莫高窟九層樓攢尖頂形成如此高聳屋脊的主要原因。

莫高窟九層樓高聳的攢尖屋脊，如果將腦椽直接放置在檁上，椽子會由于角度過大而向下嚴重滑動，檁條也無法形成對椽子的有效支撐，這時就需要借助于一種置于檁條之上用以連接椽子的特殊構件——椽扣（圖10）。椽扣是在河西走廊及甘青地區(qū)清代建筑中最為常見的掛椽方法（圖11），其具體做法為：檁上固定一個與檁同長的矩形截面構件，即椽扣。椽扣截面高度一般比椽徑稍高，按椽當間距鑿出燕尾榫槽，以卯合上、下兩椽頭的燕尾榫，并將各椽同該椽扣榫接為一體（圖12）。

椽扣將檐椽、花架椽、腦椽等各自分散的椽條彼此相連，成為一個整體，屋頂最上部的木構結構層，由于椽子受到椽扣的約束，椽頭減少了錯位的發(fā)生，整個結構層可以協(xié)同受力。同時，椽扣的存在使得傳遞下來的屋面荷載對檁條形成鉛垂向下的壓力[7]，檁的受力也較為穩(wěn)定（圖13）。椽扣的構造措施改善了屋面結構的受力方式，使得莫高窟九層樓高聳的攢尖屋脊穩(wěn)固牢靠。

3 屋頂形式

九層樓第九層屋頂的戧脊，并未如下部屋檐一樣使用戧脊磚，而是改用三層板瓦和一層筒瓦構成，特別是在戧脊頂部，又多加了兩塊板瓦，形17），輪廓比一般的八角攢尖屋頂更為豐富。此外，三層的角梁構件，由握角梁（即老角梁）、結刻（官式無此構件）、假飛頭（即仔角梁）所構成（圖18），仔角梁弧腹向上，沖出和翹起都頗大，使得八個翼角造成了從下層屋面急劇突出的強烈動勢，再加上抹角梁和附加檐檁增加的屋檐高度，讓人們可以從很遠就能眺望到它的身姿。九層樓高聳的屋頂也成為莫高窟最為醒目的標志（圖19）。

敦煌莫高窟九層樓的屋頂結構以第96窟崖壁為依托，采用三角支撐、懸臂梁、抹角梁的層疊組合改進了木構架承重體系，并借助椽扣構件支撐起高聳的屋頂脊步。同時，外出檐檁構成的尖銳八角形翼角，通過三層角梁沖出翹起等構造措施，從平緩檐步之上造成了強烈動勢。基于結構體系和構造做法的改進與創(chuàng)新，九層樓形成了異常高聳的屋頂形式與相當豐富的屋面輪廓，矗立在莫高窟巍峨的崖壁上，也成為敦煌莫高窟最為奪目的標志和河西建筑中最為杰出的代表。

參考文獻：

[1]張建榮.建筑結構選型[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2011：18.

[2]馬炳堅.中國古建筑木作營造技術[M].北京：科學出版社，1991：167.

[3]馮建逵，楊令儀.中國建筑設計參考資料圖說[M].天津：天津大學出版社，2002：58.

[4]吳蔥，吳曉冬，陰帥可.張掖大佛寺大佛殿的空間圖式和法式特征[J].天津大學學報（社會科學版），2007（3）：245.

[5]齊陳駿.河西史研究[M].蘭州：甘肅教育出版社，1989：18.

[6]孫毅華，孫儒.敦煌石窟全集：建筑畫卷[M].香港：商務印書館，2003：248.

[7]唐栩.甘青地區(qū)傳統(tǒng)建筑工藝特色初探[D].天津：天津大學，2004：78.