敦煌莫高窟九层楼屋顶结构探析

李江 杨菁

内容摘要：九层楼是敦煌莫高窟最具标志性的传统建筑，与其它窟檐建筑相比，它的尺度规模和结构的复杂程度都超越同类。九层楼的屋顶结构具有河西建筑中脊步高耸、椽扣挂椽、弧腹角梁的一般特征，同时，在使用木桁架支撑、尖锐翼角、形似盔顶等方面又独具特色。通过对这些建造特征的深入分析，可以从支撑方式、椽望做法和屋面形式等突出展现莫高窟九层楼屋顶结构的建造成就。

关键词：莫高窟；九层楼；屋顶结构；支撑方式

中图分类号：K879.1 文献标识码：A 文章编号：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

九层楼作为敦煌莫高窟第96窟的窟檐建筑，因其高耸的形体和巨大的体量而成为莫高窟最具标志性的传统建筑。第96窟原有窟檐建筑为五层楼，民国十六年（1927）由敦煌本地商号“德兴恒”捐资改建，农民王凤智、王章首负责建造九层楼的任务{1}。由于工程浩大，耗费颇多，建设过程时续时停，于民国二十四年（1935）莫高窟九层楼才最终得以告成（图1）。

1 支撑方式

莫高窟九层楼一至六层为单面檐，由崖面和外檐木构架共同支撑，结构体系较为简洁；第七层为三面檐，西侧靠崖壁无檐；第八层为四面檐；第九层为八角攒尖屋顶。这三层则构成了另一套结构体系，主要由第96窟窟内四壁上设置的30处支点（包括不同垂直高度但位于相同平面位置的支点）支撑起上部的木构架（图2）。

第七层屋檐内部，从西崖壁上伸出东西向大梁两根（轴线1、2位置），后尾位于西崖壁内，以其作为支撑点（图3）。大梁长度近9米，跨度较大，需要设置中间支撑，即在南、北两崖壁上设置了三组三角支撑（轴线A、B、C位置），每组三角支撑由崖面作为支点的两根悬臂梁、两根斜杆和一根立柱相互组合而成，三组支撑之间又设置了四根斜杆，组成了类似于现代建筑中的立体木桁架[1]（图4）。它们给予了东西向大梁三个稳定的中间支点。这南、北两组立体木桁架，改进了建筑支撑形式，充分发挥出木材的力学性能，是对传统建筑结构体系的突破性尝试。

东西向大梁前端由抹角梁上的角梁支撑，抹角梁两端位于东崖壁和南、北崖壁的三角支撑上。东崖壁上设置了两组三角支撑，为了不阻挡坐佛前面的视线空间，两组三角支撑之间并未设置斜杆，是两组平面木桁架，给予东西向大梁端部的横梁两个中间支点。由四面崖壁作为支点的木桁架系统，支撑起东西向大梁和其端部的横梁。东西向大梁上又架设了两根横梁，其上设置四根抹角梁，形成了正方形和八角形的结构空间，由此构成第八、九层的屋顶支撑平台（图5）。

八根立柱设置在由东西向大梁、其上横梁和四根抹角梁构成的支撑平台上，成为第九层攒尖屋顶的檐柱。这八根立柱之间布置下额枋、上额枋和平板枋、檐檩等三层构件。下额枋承托第八层屋檐的椽子后尾，在上、下额枋间装有镂空菱形窗棂。平板枋和檐檩间内切有八根抹角梁，抹角梁在两两交汇处支撑附加的外出檐檩。抹角梁和外出檐檩增大了平板枋和檐檩之间的距离，增加了第九层屋檐的高度（图6）。外出檐檩的另一端由架设在下层结构上的擎檐柱支撑。这八根擎檐柱和其内侧的檐柱，作为两个支点支撑着角梁。角梁后尾向上承托着屋顶上部的两层金檩和两段由戗，由戗向上交汇于中央的雷公柱。

除三角木桁架支撑、悬臂大梁等主要构件外，抹角梁也在九层楼结构中扮演着重要的角色（表1）。九层楼中共使用26根抹角梁，它们成为屋架结构支撑体系中十分关键的构件，为达到不同的空间效果和使用目的提供了结构可能性[2]。其中，一层使用四根抹角梁，二层使用两根抹角梁，它们支撑起一、二层山面屋檐角梁的同时，还起到加强屋角建筑力度的作用。三至六层檐由于进深太小，未使用抹角梁。七层的抹角梁共八根，用于支撑上部的梁架结构。其中，下部的六根抹角梁主要用于支撑第七层的室内回廊，上部的两根抹角梁用于支撑从崖壁出挑的东西向大梁。八层的抹角梁四根，具有空间结构转换的作用，其上竖立的第九层檐柱实现了不同柱网空间的上下叠加，是矩形屋身向八角形屋顶结构过渡的标志。九层的抹角梁共八根，起到了支撑角梁、抬高檐檩高度的作用，在不能和不需设置落地支撑构件的情况下，形成完整统一的内部空间，解决了上部结构的支撑问题。

抹角梁在河西地区称为斜梁，它是河西地区普遍使用的建筑结构做法和屋顶支撑方式，几乎所有四坡顶建筑都采用抹角梁法（图7），抹角梁法的优点主要有：（1）施工做法便捷，无论抹角梁位于檩上还是枋上，其两端的工艺做法一致，施工便捷[3]。（2）适应性强，抹角梁使用灵活，适用于多种平面类型，主要有单开间平面、无廊平面、前廊后无廊平面、前后廊平面、中柱平面等。（3）稳定性好，其形成的三角形支撑增加了屋角的整体刚度，抹角梁的应力集中于中部，两端施加的支座反力大小相同，使得结构体系较为稳定。抹角梁法可以根据技术条件、空间效果等因素灵活使用，充分显示出古代建筑设计施工中自由灵活的特点，这也是抹角梁在河西建筑中大量使用的原因。

2 椽望做法

九层楼攒尖屋顶脊步异常高耸，与檐口及其它楼层平缓的屋檐形成了鲜明对比（图8）。对于屋面曲线的举高特点，当地人形象地描述为“脊如高山，檐如平川”[4]，即檐步举高十分平缓而靠近屋面脊步的举高非常陡峭，并且各步举高变化剧烈。据当地工匠介绍“脊部越是高，高的像祁连山，庙宇越灵验”，所以“脊如高山，檐如平川”的屋面做法在河西地区的宗教性、纪念性建筑中经常会出现，而在普通建筑中较少使用，民居中则一般使用平顶。

屋脊部分的高高举起，使建筑外观巍峨雄壮，与耸立在河西走廊南侧的祁连山交相呼应。位于河西走廊南侧祁连山，气势恢弘，连绵不绝，孕育着河西地区大片的草原、广阔的森林、富饶的农田，演绎出河西走廊灿烂的历史[5]。正因为如此，河西人民将对祁连山的尊敬和崇拜，写仿在自己建设的宗教建筑上，用高高矗立起的屋脊象征对自然的崇敬，由此传达出了对于实现美好生活愿望的诉求。西夏时榆林窟壁画中就描绘有这样高耸的屋顶形象（图9），说明“脊如高山，檐如平川”的做法在河西走廊具有悠久的历史。

清代官式建筑中常用的举高有五举、六五举、七五举、九举等，小式房脊步一般不超过八五举，大式建筑脊步一般为九举，很少超过十举[2]7。而明清时期河西建筑的举高做法与清官式建筑各步架举高有着明显差异，并且举高变化剧烈。通过对张掖山西会馆、大佛寺，武威文庙、文昌宫、大云寺，山丹圣经楼、无量殿等建筑测绘图的分析研究（表2），所调查的河西建筑中，有58%的脊步举高在九五举以上，即是说超过半数的建筑都高于清官式建筑常用的脊步举高；有72%的檐步举高在四五举以下，说明河西建筑檐步明显低于清官式建筑常用的檐步举高。脊步普遍采用高于九五举、檐步低于四五举的做法，使得河西建筑屋面在脊部十分陡峻，檐部相当平缓，同时，各步差值较多的在0.25以上，举高变化剧烈，屋面首尾差异悬殊而递增量大，使屋面产生了一条曲率变化强烈的曲线，不同于一般建筑中比较和缓的屋面曲线，表现出“脊如高山，檐如平川”的形象，而成为河西地区宗教性、纪念性建筑的特征。这也是莫高窟九层楼攒尖顶形成如此高耸屋脊的主要原因。

莫高窟九层楼高耸的攒尖屋脊，如果将脑椽直接放置在檩上，椽子会由于角度过大而向下严重滑动，檩条也无法形成对椽子的有效支撑，这时就需要借助于一种置于檩条之上用以连接椽子的特殊构件——椽扣（图10）。椽扣是在河西走廊及甘青地区清代建筑中最为常见的挂椽方法（图11），其具体做法为：檩上固定一个与檩同长的矩形截面构件，即椽扣。椽扣截面高度一般比椽径稍高，按椽当间距凿出燕尾榫槽，以卯合上、下两椽头的燕尾榫，并将各椽同该椽扣榫接为一体（图12）。

椽扣将檐椽、花架椽、脑椽等各自分散的椽条彼此相连，成为一个整体，屋顶最上部的木构结构层，由于椽子受到椽扣的约束，椽头减少了错位的发生，整个结构层可以协同受力。同时，椽扣的存在使得传递下来的屋面荷载对檩条形成铅垂向下的压力[7]，檩的受力也较为稳定（图13）。椽扣的构造措施改善了屋面结构的受力方式，使得莫高窟九层楼高耸的攒尖屋脊稳固牢靠。

3 屋顶形式

九层楼第九层屋顶的戗脊，并未如下部屋檐一样使用戗脊砖，而是改用三层板瓦和一层筒瓦构成，特别是在戗脊顶部，又多加了两块板瓦，形17），轮廓比一般的八角攒尖屋顶更为丰富。此外，三层的角梁构件，由握角梁（即老角梁）、结刻（官式无此构件）、假飞头（即仔角梁）所构成（图18），仔角梁弧腹向上，冲出和翘起都颇大，使得八个翼角造成了从下层屋面急剧突出的强烈动势，再加上抹角梁和附加檐檩增加的屋檐高度，让人们可以从很远就能眺望到它的身姿。九层楼高耸的屋顶也成为莫高窟最为醒目的标志（图19）。

敦煌莫高窟九层楼的屋顶结构以第96窟崖壁为依托，采用三角支撑、悬臂梁、抹角梁的层叠组合改进了木构架承重体系，并借助椽扣构件支撑起高耸的屋顶脊步。同时，外出檐檩构成的尖锐八角形翼角，通过三层角梁冲出翘起等构造措施，从平缓檐步之上造成了强烈动势。基于结构体系和构造做法的改进与创新，九层楼形成了异常高耸的屋顶形式与相当丰富的屋面轮廓，矗立在莫高窟巍峨的崖壁上，也成为敦煌莫高窟最为夺目的标志和河西建筑中最为杰出的代表。

参考文献：

[1]张建荣.建筑结构选型[M].北京：中国建筑工业出版社，2011：18.

[2]马炳坚.中国古建筑木作营造技术[M].北京：科学出版社，1991：167.

[3]冯建逵，杨令仪.中国建筑设计参考资料图说[M].天津：天津大学出版社，2002：58.

[4]吴葱，吴晓冬，阴帅可.张掖大佛寺大佛殿的空间图式和法式特征[J].天津大学学报（社会科学版），2007（3）：245.

[5]齐陈骏.河西史研究[M].兰州：甘肃教育出版社，1989：18.

[6]孙毅华，孙儒.敦煌石窟全集：建筑画卷[M].香港：商务印书馆，2003：248.

[7]唐栩.甘青地区传统建筑工艺特色初探[D].天津：天津大学，2004：78.