(17)大同两日07

看到上面的照片，人们不免心生疑窦，我们的先人是如何在绝壁上建起这样一座楼阁？是依靠图中那十几根木柱吗？

答案是否定的，悬空寺不是靠这些垂直的圆木“柱”（建筑物中直立的起支撑作用的构件）“支”住的，而是靠那些水平放置的方木“梁”（承受垂直于轴线的横向载荷的构件）“托”住的。

刚巧我是学力学的，也多少接触过一些工程，就把这个问题简单解释一下。

在前篇中，我曾提过“在我国，叫悬空寺的，有多处”。在CCTV的《地理中国》栏目中，介绍过南方的悬棺、川陕古栈道等，它们都是在悬崖峭壁旁，建造起一座类似于悬空寺这样的结构。我从网上下载了几张图片

悬棺

江边栈道

由于文献中对栈道描述较多，我们先看看前人的工作与解读。

古栈道的历史可追溯到先秦时期，楚汉相争时有“明修栈道，暗度陈仓”这样的经典故事，李白在《蜀道难》中曾写下“西当太白有鸟道，可以横绝峨眉巅。地崩山摧壮士死，然后天梯石栈相钩连”，这里的“石栈”就是川陕古栈道，但栈道是怎么修的呢？

郦道元（公元约470~527年）在《水经注·卷二十七》中对汉中古栈道有这样一段描述：“汉水又东合褒水，水西北出衙岭山，东南径大石门，历故栈道下谷，俗谓千梁无柱也。”注意这几个字——“栈道下谷”、“千梁无柱”。

郦道元的生活年代略晚于悬空寺的修建时期，他已经明确指出了支撑栈道的是“梁”而不是“柱”。悬空寺亦如此。

那么“梁”是如何托起沉重构件的呢？不妨从日常生活中常见的“膨胀螺栓”说起。

现今搞家装，膨胀螺栓绝对是一种不可或缺的连接件，小至毛巾杆、顶灯、晾衣架，大到壁挂电视、热水器，最典型的莫过于空调的室外机，它们多是用几根膨胀螺栓固定在房顶或墙壁上的。

我从网上下载的膨胀螺栓及其工作原理图如下：

金属膨胀螺拴利用楔形斜度促使螺栓膨胀产生摩擦力，以达到固定效果。主体螺钉一头是螺纹，一头有锥度，外面包一带有切口的铁皮（或钢管）。把它们一起塞入墙上打好的安装孔中，锁紧螺母时，螺母把螺钉向外拉，随着锥体被拉入圆筒，圆筒被涨开，于是膨胀螺丝紧固在墙上。组件图中还有一个垫圈和一个弹簧垫圈，是防止螺丝回扣的。

膨胀螺栓提供“涨力”的目的是要增大铁皮与墙体的“摩擦力”。在岩土工程中，许多地方需要这种摩擦力，如今也发展了许多不同的工程措施，如锚杆、锚索、土钉等。

锚杆的外端固定于岩土坡面，另一端锚固在滑动面内，在滑面上产生抗滑阻力，使结构面处于压紧状态，以提高边坡岩体的整体性，有效控制岩体的位移，促使其稳定，达到防止滑坡、加固危岩的目的。现代锚杆最初用于煤矿的巷道支护，现今广泛用于多种土木工程，对边坡、隧道、坝体等进行加固，在我国三峡工程的大坝施工中使用了大量锚杆（或锚索）维护开挖的边坡、岩壁。

言归正传。我在星球研究所的《1500年前，中国人如何建起这座空中楼阁？》中找到一张图片

按照图片的动画演示

1、将方木的一端切开，并加入一个楔子；

2、将带有楔子的木材插入预先造成的石孔中（《地理中国》有开凿石孔的介绍）；

3、随着方木的进入，楔子将木材撑开，用类似“膨胀螺钉”的工作原理将方木固定。

从力学角度看，还需要注意两点：

1、木料深入岩体要有足够的长度，以满足摩擦力即“抗拉拔力”的需要，使得木料不会在外力作用下被“拔”出来；

2、木料露出岩体外的部分，受力形式大致相当于悬臂梁，其横截面需足够大以满足承载上部荷载抗剪与抗弯能力的要求。

从防腐防潮、耐久性角度考虑，据说这些梁选用了当地特产、质地坚硬的铁杉木，并经过桐油长时间浸泡。

本篇从力学角度简介了悬空寺的建造原理，我们由衷为华夏祖先的伟大与智慧而骄傲。

壮丽、险峻的奇观——北岳恒山悬空寺。