美麗的巴黎聖母院，始建於1163年，至1345年整座教堂全部完工，歷時180多年。它以哥特式建築風格，雕刻與繪畫藝術，以及堂內所藏有13-17世紀的大量藝術珍品而聞名於世。它的地位、歷史價值無與倫比，被稱為歷史上最輝煌的建築之一。

巴黎聖母院靜靜地矗立在美麗的塞納河畔

鳥瞰圖一

鳥瞰二

    但，巨大的災難在巴黎當地時間2019年4月15日下午6:30降臨，巴黎聖母院突發大火，高高的尖塔在熊熊火焰中倒塌，滾滾濃煙遮蔽了塞納河畔的天空，儘管法國政府動員了500名消防員參與救援，但是火災還是持續了14小時之久。

尖塔在烈火的燒烤下崩析倒塌

    都說中國古建築是木結構，西方古建築是磚石結構，看上去巴黎聖母院也都是石材壘砌的，為什麼還會發生這麼大的火災？另外，除了正面外，建築的其他三個方向為什麼都會從屋檐處伸出奇怪的“蜘蛛腳”？

    為了講清楚這2個問題的來龍去脈，筆者從西方建築的結構發展史說起。

   在穴居時代，人類選擇合適的洞穴居住，住所的結構形式自然無從談起。

人類的穴居

    從半穴居和巢居開始，就有了人類自己營建的建築，有了力學的支撐概念。

人類的半穴居

人類的巢居

為了遮風擋雨，房屋的屋蓋是必須的，屋蓋一般採用乾草、蘆葦等條狀植物或樹葉編織；為了不讓屋蓋凹陷，一般用樹枝（梁）加固，怎樣支撐屋蓋？人們很自然地用樹幹為柱子來支撐整個屋蓋的重量，為了達到乾爽、舒適的目的，人們又很自然地用樹幹離地排列搭起了樓蓋；這樣，就有了很清晰的傳力結構：屋蓋→（梁）→柱子，樓蓋→（梁）→柱子，柱子→地基。

人類住所的早期發展，經過穴居、半穴居、巢居、干闌式建築等，世界上各個地方都一樣，沒有東西方的區別，基本上是依據具體的生存環境很自然地選擇或者搭建其中一種結構形式。

後來，東西方建築的發展出現了差別，我們中國的祖先們住着樹幹支撐着的干闌式建築，覺着：嘿，還挺乾爽，挺溫暖，就這樣住下去吧。

河姆渡干闌式建築復原圖（距今約7000年）

偃師二里頭遺址宮殿復原圖（夏、商王朝時期，距今4000多年）

在西方文化的源頭--古埃及，在距今約5000年左右，埃及成了統一的奴隸制帝國，他們那時候的狀況是：木材少、石頭多、供驅使的奴隸多。於是，他們的建築便成為這樣：

古埃及卡納克神廟（始建於距今3900多年前）

卡納克神廟的石柱、石樑、石板的結構布置

上面這張圖可以很清晰地看出傳力結構：石板→石樑→石柱。

由於石頭的性能所限，人們無法打制或切割出跨度較大的石板、石樑，因此，初期的石材建築，石柱子較多，不可能建造出具有寬敞空間的建築。

怎樣使得房間空間大一些？相信古埃及、古希臘時代的能工巧匠們一直在思考這個問題，很自然地，他們在砌築磚、石的時候，會嘗試用疊澀砌法：一層層堆疊向外挑出，向外挑出時要承擔上層的重量，如下圖：

疊澀砌築法

    保留至今我們所看到最早的疊澀砌築，是位於希臘伯羅奔尼撒半島的邁錫尼衛城的獅子門，建於約3300年前。

邁錫尼衛城的獅子門

疊澀砌築時候，把兩邊的突出部分的頂部蓋住，就成為疊澀券。

疊澀券

疊澀券再往前走一小步，人類就有了發明拱券的壯舉，這是建築史上的一大飛躍。

拱券

拱的受力特性，是把拱上部的豎向荷載轉移到了拱腳的水平荷載和豎向荷載。

從此，人類建築高歌猛進，來到了宏偉壯觀的古羅馬萬神廟時代。

萬神廟（Pantheon）位於意大利首都羅馬圓形廣場的北部，始建於公元前27年，是現代的結構技術出現以前世界上室內空間跨度最大的建築，頂部大穹頂直徑達43.3m，頂端高度43.3m。

萬神廟鳥瞰圖

萬神廟內景（仰視）

萬神廟內景（平視）

萬神廟剖面示意圖

穹頂中央開一8.9m直徑的大圓洞，頂光照亮神廟內部，顯得宏偉壯觀並帶有宗教神秘氣氛，穹頂以混凝土（火山灰+砂+浮石）澆築而成，底部厚6m，頂部厚1m，為減輕自重，穹頂內表面形成網格狀方形凹格，同時也起着一種裝飾的作用。支撐穹頂的牆厚達6.2m，用以抵禦穹頂巨大的水平側向推力。

雄偉壯觀的羅馬角斗場建於同一時期（建於公元72-80年間），是當時多層建築的代表。

羅馬角斗場

   至此，建築的傳力結構為：屋蓋拱→牆體，樓蓋拱→牆體；空間越大，水平推力就越大，為了抵禦水平推力，所需要的牆體就越厚。

到了1163年，巴黎聖母院要開始建設了。多名建築師，石匠師、木匠師、鐵匠師、雕刻師、玻璃雕切師們，嘔心瀝血，前赴後繼，聖母院最後在1345年完工，耗時近兩個世紀，建築總高度約超過130米，是歐洲歷史上第一座完全哥特式的教堂，具有劃時代的意義。

     首先，建築師們定下了教堂的平面布局：

巴黎聖母院的平面布置圖

他們設想要建造這樣一座輕巧、挺拔、雄偉、寬敞、明亮、莊嚴、肅穆的中廳：

中廳寬度12.5米，高度32.5米，圍繞中廳有2圈側廊。為了開窗採光需要，建築師把外圈側廊的屋蓋分別降低，因此，聖母院有3重屋蓋：分別是中廳屋蓋、側廊屋蓋和最邊上的側牆屋蓋。分別如下圖所示：

中廳屋蓋（紅線箭頭所示處平面）

側廊屋蓋（紅線箭頭所示處平面）

側牆屋蓋（紅線箭頭所示處平面）

    高聳挺拔的柱子，是由石塊順次壘砌而成（上下榫卯接口、或上下卯眼+銷條），只能承受豎向荷載，不能抵禦水平推力，因此，由拱屋蓋傳至屋蓋拱根部的水平推力怎樣解決呢？

    這個問題難不倒聰明的建築師們。

   他們通過增加一個拱構件（飛扶壁）巧妙地解決了這個問題，把水平推力傳遞到最外側牆體上，如下圖：

把中廳屋蓋拱的水平推力傳遞到側牆上的第一層拱構件（飛扶壁）

側廊屋蓋（第二重屋蓋）也同樣通過飛扶壁把力傳遞到最外側牆體上，如下圖：

側廊屋蓋拱的水平推力傳遞到側牆上的第二層拱構件（飛扶壁）

建築師在最外側牆體的受力處，順着飛扶壁的受力方向增加了扶壁牆，如下圖紅色箭頭所示相同性質的牆體，用以抵禦兩層飛扶壁傳遞過來的水平推力。

扶壁牆：紅色箭頭所示處相同性質的牆體

扶壁牆的平面布置

   至此，聖母院的傳力明確，結構輕巧，非常巧妙；傳力結構分別為：拱屋蓋→飛扶壁→扶壁牆→地基；拱屋蓋→柱子→地基

    但是…..為了外觀、型制、傳統等等需要，他們需要在中廳拱屋蓋上再增加一層尖屋頂，如下圖：

巴黎聖母院的屋頂

   如果僅僅是為了防雨方面的功能需求，也許屋頂作法可以是這樣：在拱屋蓋上用火山灰輕質混凝土找平+放緩坡+瓦片；但這樣的作法，會比木構架+瓦片的作法稍微重一些，輕巧的飛扶壁結構會吃得消嗎？這需要精密準確的計算。另外，這樣子，看不到尖屋頂，失去了哥特式教堂的特性，這是當時的信徒們不願意看到的。

   與東方建築一樣，用木構架（木檁條+木椽條）作為承載屋面瓦片的支撐物，也是西方古建築的傳統作法。

   很自然地，他們採用了木構架來建造這樣的尖屋頂，或許是，他們經過反覆計算、再三權衡後，萬不得已最終採用了木構架來建造，或許是，某位長老的堅持......總而言之，最終採用了木構架。

巴黎聖母院木構架屋頂內部圖

    然而，這一招，卻埋下了今天大火燃燒的種子……

   木頭構架，總會有被焚燒的一天。

    一幢建造了182年的教堂，一幢近乎輝煌完美的建築藝術品，在某處留有瑕疵，存在着某一天被這點瑕疵毀於一旦的機會......這個世界，本來就不可能有完美的事情嗎？......

巴黎聖母院的拱屋頂部分石材被烈火燒烤崩坍

從拱屋頂洞口掉下來的未完全燃燒的木炭

   從大火後的現場來看，有許多沒有燃燒完全的木炭，說明巴黎消防隊員的滅火起了作用，如果無法救援，或者這場大火早一、二百年，那麼，整座巴黎聖母院被屋頂的木構架毀為平地，是完全有可能的。

   哎，為什麼早些時候不去巴黎聖母院看一看呢？………

   接下去，巴黎聖母院要重建，尖塔原狀恢復嗎？尖屋頂的木構架換作鋼構架原狀恢復嗎？您還有其他更好的想法嗎？

   作者簡介：孫安平，高級工程師，國家一級註冊結構工程師，愛好考古、史前文化，邦薦招聘網創始人。邦薦招聘網，一家有態度的建築行業類招聘網站，歡迎您的加盟、參與。

資料來源： 邦薦招聘 2019-04-19