引子. 电梯
就算是最笨的人,也不会想象盖一座极高的楼,然后――天天爬上去吧。因此人类虽然早已有巴比伦塔的欲望,但是也只是塔而已。谁也不会天天到塔里上班,开会,泡网的。(顺便说一句,我爬有名的开封铁塔的时候,最后竟然挺害怕的,楼梯既陡且窄,连我这样的小个子都觉得难以容身,前后人一堵住就是逃生无门,真不知道古人干吗那么好心思给自己找罪受)因此,高层建筑的发展,是以电梯的发明为前提的。
读后感一里已经提到了,我们现代用的电梯,是牛人Otis在1857年发明的。(再打岔,美国的老牌真多啊,比如carrier空调,从第一台空调起家一直卖到现在,人家意志也真够坚定的)因此,1883年,芝加哥工程师Willaim Lebaron Jenney设计并建造了第一座全钢构架建筑,the Home Insurance Building
一 材料
很多科学研究发展一日千里,但这话始终不适用于建筑学。这是门脚踏实地的科学,爱迪生的试验最多先烧掉他自己的实验室,建筑结构的创新则可能以数千人的生命为代价。直到今天为止,建筑材料除了钢材和钢筋混凝土以外,其余的材料都和数千年我们的祖先使用的非常类似。比如木材,石材,砖头......(很失望吧)而且高度和跨度上其实也没多大进步,美国最高的建筑,芝加哥的西尔斯大厦只是埃及Cheops金字塔的3倍高度,最大跨度的建筑Louisiana Superdome只是罗马诸神殿的4.5倍。(这本书写在1990年,那时候作者老头对我们的金茂大厦以及中国人民对摩天高楼的极大热情还认识不足...)
那么进步在哪儿呢?我们现在的建筑,又轻又便宜。大大节省了劳动力和劳动成本。圣彼得教堂的园顶每平方英尺重450磅,而现在技术只需90磅。希腊神殿的一根柱子折合200万美元(我的建筑史老师语),今天谁还会花这钱去做一根柱子?当然了,暴君专制政权是最有效率的政体,一声令下,万里长城啦金字塔啦都建起来了,给我们后人仰慕不已。
考虑好材料,有三个指标:强度,弹性和塑性。强度很好理解,后两者的意思就是这材料在强力下既不能容易变形(不然整幢建筑动不动就走形了),也不能完全不变形(一定程度的变形是危险警告的预兆,总比外表看着好好的突然之间就垮掉好吧)。材料的弹性是由英国科学家罗伯特.胡克发现的,他还很拽的用个拉丁名词ceiiinossstuu来表达,其实不就是用弹簧实验出来的嘛。
二 钢结构和风力
高层建筑和钢材的技术创新关系密不可分。其实要盖高楼,用混凝土啦砖头啦也可以,但是后者有一个致命弱点。它抗压性能(compression)非常的好,一根混凝土柱子,如果只需承受它本身的重力,可以高达4000米。但是,它的抗拉性能(tension)很差很差。而高层建筑,除了建筑本身的重力需要垂直传到地面上去,还有一个关键的水平力:风力和地震(地震也是水平方向的)。
风荷载对高层建筑是致命的因素,越高的建筑,所承受的风力是平方级上升的(因为要考虑受力面积呀)比如西尔斯大厦是woolworth building的两倍高度,它所承受的风力就是后者的四倍。建筑在风力作用下,就好像一个倒着的钟摆,越接近顶端,摆动的幅度越大。一般的规范是顶端摆动幅度不许超过高度的1/500,因此,比如说一百层高的大厦,300米高度,顶楼的摆动幅度不超过0.6米就好了。(坐在顶楼办公的老总表觉得晕哦)
为了抵抗风力,早期的摩天大楼用很密的柱子和很深的梁来加强,外面包以厚重的砖墙。而后期的结构工程师发现了“X”型构架可以极有效的加强建筑的坚固程度,因此外墙就不需要那么厚重了――在喷泉头里,明明建筑的结构是钢构架,却以花岗岩做外墙,以便仿照早期石材建筑。这就是对建筑的不诚实啦。而另一派人,则觉得本身的结构也很美,很多流派之争就此在上世纪初展开。An emphasis on importance of structure and a feeling for its aestheit value is at the basis of this architectural innovation.
这其中比较有名的是芝加哥的John Hancock Insurance Company Building,100层高。这种X构架的建筑可以非常的节省钢材,它每平方英尺用了29.7磅钢材,而帝国大厦则是42.2磅。因此深得资本家的欢心。
图:John Hancock Building,注意看它巨大的X支撑,这大厦的出租代理非常精明,他把有X挡住景观的房间作为“身分象征”来出租,租金反而提高了......
高层建筑是永远也说不完的话题,目前亚洲土地上你追我赶热火朝天的进行着高层竞赛(倒多是美国的事务所设计的)继吉隆坡的双塔,上海的金茂,2004年是台北的101(我觉得很难看,就不贴图了)下一站会是哪里呢?
THE END
