所罗门……营建黎巴嫩森林之宫，长一百肘，宽五十肘，高三十肘，建有四排香柏之柱，柱上置香柏木梁。梁上铺香柏为顶，支于柱上，每排十五根柱，共有横梁四十五根。
——《圣经·旧约全书·列王纪上》（1 Kings 7：1-3）
头顶上有稳固的屋顶是文明存续的基本要求之一，但永久性的屋顶很沉重，所以如何支撑它们的难题其实和文明本身一样古老。当看到一座著名又美丽的建筑物——或者是任意一个建筑物——时，牢记这一点是有启发意义的，建筑师为解决屋顶难题而选择的方法，不仅会影响屋顶本身的外观，还会影响墙壁、窗户甚至建筑物整体特征的设计。
事实上，支撑屋顶的难题在本质上与建造桥梁的问题类似，而不同之处在于，因为建筑物的墙壁很可能比桥墩更薄也更弱，所以我们对于屋顶可能施加的任意侧向推力务必慎之又慎。正如我们在第9章所见，如果屋顶施加在其所倚墙壁顶部的外推作用太猛，砖石结构内的推力作用线就会偏移到危险的程度，墙壁就会因此坍塌。
许多罗马屋宇和几乎所有拜占庭式建筑采用的都是拱顶或穹顶。这些拱状结构对它们的支撑物施加了很强的外推力，在大多数情况下这是通过将屋顶架在非常厚的墙壁上实现的，墙壁内的推力作用线通常有充分的安全游移空间。如我们所见，这些厚墙壁往往是由大块混凝土构成的，有时会加入空酒瓶来减重增厚。这样的墙壁结构稳定，它们还有额外的优点，即在炎热气候的条件下提供优良的隔热性能：拜占庭式教堂往往是一座希腊村庄里唯一凉爽的地方。但是，在很厚的墙壁上开窗户不是一件易事，这样的窗户在罗马和拜占庭式建筑物中一般很小并位于高处。
中世纪的城堡差不多都是按罗马传统建造的，比如科夫堡，用的就是数码厚的大块混凝土。这样的墙壁能很好地对抗拱顶施加的推力；出于军事上的考虑，防御方其实根本不想要窗户。早期的诺曼式或罗马式教堂没有什么区别，它们的厚墙壁、小圆拱和小窗户都源自晚期的罗马原型。大多数早期的罗马式教堂都十分令人满意，许多留存至今。[1]后来出现的困难和复杂状况在很大程度上与更大更好的窗户的日益流行脱不了干系。
可以理解，在日照充足的地区生活的人对窗户的感受同北欧人不太一样，即使在今天，他们中的许多人似乎也明显愿意栖居于“暮光之城”。毫无疑问，这是地中海沿岸传统的一部分，在希腊、罗马和拜占庭时代，窗户一般小而无用。[2]据我们所知，这并非完全归因于玻璃的短缺。
而在北欧，即使是尚武的骑士和贵族，也不愿把所有时间都花在几乎没有窗户的阴暗城堡里。他们渴望明亮与阳光，所以他们厌倦了源于阴暗的罗马原型的建筑样式。对窗户的狂热变成一种痴迷，随着时间的推移，建筑工匠竞相为厅堂和教堂打造出越来越大、越来越华丽的窗户。中世纪的工匠可能毫无科学章法，但他们有时比我们通常认为的更有创意，特别是他们向我们展示了窗户可以做得多么漂亮和激动人心。
然而，如果将一个令人赞叹、价格不菲的窗户镶嵌到一堵厚墙的隧道状孔洞中，那么它的大部分效果都会丧失。试图在较薄的墙壁里安装较大的窗户，则会不可避免地陷入推力作用线的麻烦。诺曼式建筑基本上就是罗马式建筑，不能用来做这类事情，因为其稳定性和安全性依赖于厚墙壁的使用。但这不会阻止建筑工匠的尝试，据说对于晚期的罗马式建筑，要问的问题不是“高塔是否会倒塌”，而是“何时会倒塌”。
我们尚不确定中世纪的石匠对这些真正了解多少。他们对于这种状况的理解很可能是糊涂而主观的，否则他们就不会一代代地犯同样的错误。但是，有人迟早会意识到，利用扶壁可以满足大窗户和薄墙壁的相关需求，它们可以从外部支撑住墙，使之能对抗屋顶的外推作用。[3]实际上，扶壁让墙壁变得更厚，所以它们和罗马的酒瓶起着同样的作用，只不过方式不同。
普通的实心扶壁其实就是将窗户间的墙壁局部增厚。那里只有一个过道，就像国王学院礼拜堂（见图11-1和插图13）一样，但它非常有效。然而，问题出在侧廊上。为了支撑教堂中殿的屋顶又不致过度遮蔽高侧窗，中世纪的石匠不得不发明飞扶壁（见图11-2）。在这种情况下，扶壁的垂直部分靠一系列拱与墙壁分隔开，这些拱传递了推力，又不会阻挡大部分采光。
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图11-1 剑桥大学国王学院礼拜堂
与大窗匹配的飞扶壁用作装饰物的可能性非常大，如我们所说，它们的装饰性还会进一步增强，靠的是审慎而明智地引入雕像和尖顶，就像石匠必定以某种方式意识到的那样，雕像和尖顶的重量有助于扶壁完成棘手的任务，即引导推力作用线安全地向下穿过花边似的砖石丛林。最终，窗户变得很大，以至于没留下多余的实心墙来支撑建筑物。就像现代的桅杆一样，这些石制窄条完全依靠侧向支撑。如同高而细的桅杆依赖复杂而巧妙的索具网，这些薄弱墙壁的稳定性则完全取决于拱和扶壁的支撑。
不管靠的是什么样的思维过程，这一切都实现了，而且在结构与艺术方面取得了巨大的成就。等到石匠大师创造出中世纪鼎盛时期的哥特式建筑，建筑学已然失去了与其古典起源的任何可见的联系。比如，对比坎特伯雷大教堂与一座罗马会堂，几乎没有什么相同之处。但你还是可以简单明了地看出它们是一脉相承的。
图11-2 引入侧廊和高侧窗需要发明飞扶壁
尽管像这样的建筑物通常十分漂亮，但它们的造价却高得吓人。不管怎样，拱顶或穹顶一般不适用于私人住宅。不用拱而用各种梁来支撑建筑物的屋顶，便宜得多也简单得多。如果被覆盖的空间横跨长杆或搁栅，那么这样的梁能将屋顶的重量沿其末端垂直向下传递到墙壁的砖石结构中，而无须任何侧推与外推作用。因此，梁不会对推力作用线造成不受欢迎的干扰，墙壁也可以建得相当薄而且不需要扶壁支撑（见图11-3）。
图11-3 简支屋顶桁架。图中所示装置被安装在滚子上，支承墙不受外推作用
单凭这个原因，梁就称得上是整个结构工程领域最重要的装置之一。然而事实上，梁及其等效物桁架的应用并不仅限于建筑物的屋顶；梁与梁理论确实发挥了非常重要的作用，它们使技术文明成为可能。类似的观念在生物学领域也不断涌现。
“梁”（beam）这个词在古英语中的意思是一棵树，这种用法仍保留在像“白面子树”（whitebeam）和“角树”（hornbeam）这样的树木名称中。虽然如今的梁一般都是用钢材或钢筋混凝土制成的，但许多年来“梁”在结构学意义上指的是木梁，通常是一整根树干。尽管砍倒一棵树要比建造一个砖石砌拱或砖石拱顶更便宜也更省事，但合适的大型树木的供应并不是无限的，一旦长木料变得稀缺，大限就到了。当这种情况发生时，人们可能就不得不用短木料来搭建屋顶了。
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