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外国近代建筑技术

/foreign modern building technology/
条目作者杨一帆

杨一帆

最后更新 2024-12-04
浏览 180
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18世纪中叶至20世纪70年代,以欧美国家的建筑技术发展为主线的建筑科学技术的发展,一般包括建筑材料、建筑结构、建筑设备三方面,具体指建筑物理学(包含建筑热工学、建筑声学与建筑光学)、建筑构造学(包含建筑材料与结构)、建筑设备及计算机及数字技术在建筑设计与规划中的应用。

英文名称
foreign modern building technology
所属学科
科学技术史

依据技术发展的阶段特征,外国近现代建筑技术可划分为近代和现代两大时期,近代时期为18世纪中叶至19世纪末,此阶段的建筑形式以复古思潮和折中主义为主,新技术新材料虽已出现但尚未普及应用于建筑工程;现代时期为20世纪初至60年代,近代出现的新技术和材料普遍应用于建筑工程,以结构科学主导的现代主义、国际主义成为普遍潮流。20世纪70年代至21世纪初可划为当代,是信息技术和环境科学引导的建筑发展阶段。

资本主义初期,工业大生产的发展使建筑科学有了很大的进步。新的建筑材料、结构技术、设备和施工方法不断出现,建造物的高度和跨度突破了传统的局限。新技术、新结构和新材料首先应用在铁路、堤坝、桥梁等结构工程或工业厂房等新兴建筑物上,工程师对促进建筑结构和建筑形态的发展起到至关重要的作用。

18世纪中叶,随着铸铁业兴起,钢铁开始作为主要材料大量应用于建造物,首先是在大跨度桥梁中使用。作为房屋的主要材料,钢铁最初应用于建造屋顶,后来铁构件在工业建筑上逐步得到推广,应用于生铁梁柱等承重构件,如英国布莱顿的印度皇家别墅,细瘦的铁柱上支撑起重约50吨的铁质大穹隆。

19世纪,为了采光的需要,铁和玻璃两种建筑材料的配合,被广泛应用在建筑中。1829~1831年巴黎老王宫奥尔良廊的透光顶棚是最先应用铁构件与玻璃配合的案例。1832年至1838年间建成的巴黎植物园温室是第一个完全以铁架和玻璃构成的大体量建筑物,其构造方式对后来的建筑有很大的启示。

框架结构最初在美国得到发展,其主要特点是以生铁框架代替承重墙,初期生铁框架建筑实例为1854年纽约的哈珀兄弟大厦。19世纪50年代建筑锻铁梁被广泛使用,1872年法国梅尼耶巧克力工程采用了锻铁框架。美国在1850~1880年的“生铁时代”中建造的商店、仓库和政府大厦多应用生铁构件作门面或框架。1855年贝塞曼转炉炼钢法出现后,钢材开始在建筑上广泛使用。第一座依照现代钢框架结构原理建造起来的高层建筑是芝加哥家庭保险公司的10层大厦。

最初的升降机仅用于工厂,而后逐渐应用于一般高层房屋。第一座安全的载客升降机是1853年世界博览会上展出的美国奥的斯公司生产的蒸汽动力升降机。1870年贝德文在芝加哥使用了水力升降机,到1887年发明了电梯。欧洲升降机的出现较晚,直到1867年才在巴黎国际博览会上装置了一架水力升降机,这种技术1889年曾被应用于埃菲尔铁塔。

1774年,英国第一次采用石块与混凝土混合结构建造了一座灯塔。1824年英国首先生产出胶性的波特兰水泥,为混凝土结构的发展提供了条件。1855年巴黎博览会展出了兰博设计的钢筋水泥船。1868年,法国园艺家莫尼埃以铁丝网与水泥试制花钵,1868~1870年他又使用钢筋混凝土在法国建成一座水库。所有这些试验的成功,为近代钢筋混凝土结构的发展奠定了基础。19世纪80年代,法国建筑师埃纳比克开发出钢筋混凝土系统,90年代在法国赖因堡建造自宅别墅,用来推广钢筋混凝土结构。法国建筑师博多于1894年在巴黎建造了第一座钢筋混凝土框架结构的教堂——蒙马尔特教堂,其后钢筋混凝土结构传遍欧美国家。

19世纪中叶以后,在寻求新建筑形式的探索中,新材料、新技术得到了许多应用和尝试,如维也纳学派对建筑形式的“净化”,新艺术运动在艺术形式和装饰手法中对新材料的应用等。典型的案例如巴黎圣吉纳维夫图书馆与巴黎国立图书馆的设计,在使用中大胆地暴露了新建筑材料与结构的特点。70年代,美国兴起的芝加哥学派在工程技术上创造了高层金属框架结构和箱型基础,强化了功能和形式之间的密切关系。

20世纪初,法国建筑师戛涅在工业城市方案中计划运用钢筋混凝土结构来建造市政和交通设施,以及疗养院、学校和住宅等,建筑形式趋向新颖整洁。1916年,法国在巴黎近郊建造了巨大的飞机库,抛物线型的钢筋混凝土拱顶跨度达96米,高达58.5米,拱肋间规律地布置了采光玻璃。瑞士工程师马亚尔则设计了新颖的钢筋混凝土桥梁,还在苏黎世建造了第一座无梁楼盖的仓库。钢筋混凝土结构的出现,使现代工业厂房、飞机库、剧院、大型办公楼、公寓等得以采用合理的平面布局和组织空间。

理性主义的探索与新技术、新材料的运用密切相关,如德意志制造联盟从工业化角度强调了对新技术的运用,主张建筑艺术应反映新技术的成果。这一阵营还包括法国结构理性主义、芝加哥学派等,他们追求的目标是在建筑设计上将功能、技术和艺术有机结合。

第一次世界大战后,19世纪以来出现的新材料和新技术得以完善并推广,其中包括对高层钢结构技术的改进和推广。钢结构的自重日趋减轻,并将焊接技术应用于钢结构,1927年出现了全部焊接的钢结构房屋。到1931年,纽约30层以上的高层建筑已有89座。钢筋混凝土的应用更加普遍,采用有刚性节点的金属框架,尤其是钢筋混凝土整体框架,促进了对超静定结构的研究。新的建筑材料陆续用于建筑,铝材、不锈钢和搪瓷钢板等开始用作建筑饰面材料。玻璃产量增加,质量和品种增多,出现了玻璃纤维、玻璃砖等。建筑设备发展很快:电梯速度大大提高;空调设备开始用于特殊建筑中。建筑施工技术相应提高,纽约帝国大厦的建成代表了20世纪30年代的建筑技术发展的整体水平。

第二次世界大战后,随着工业生产的发展与科学技术的进步,高层建筑与大跨建筑的发展尤为突出。随着电梯系统的发明与新技术新材料的应用,高层建筑在20世纪中叶得到普遍发展。20世纪上半叶高层建筑以“塔式”为主,40年代出现了“板式”高层建筑。60年代以后形成了多种新体系,钢结构方面如框架筒体系、束筒体系、剪力桁架与框架相互作用的体系等;钢筋混凝土结构方面有抗剪墙体系、框架筒体系、套筒体系等。

电影院、室内体育场、汽车和飞机库等建筑都要求较大的跨度,大跨建筑在材料和结构方面快速发展。材料从混凝土和钢材结合,到采用钢筋混凝土,再到各种合金钢、特种玻璃、化学材料的应用,为大跨与轻质高强的屋盖提供了有利条件。大跨度建筑的结构形式,除了传统的梁架和桁架屋盖外,比较突出的是新创造的各种钢筋混凝土薄壳与折板,以及悬索结构、网架结构、钢管结构、张力结构、悬挂结构、充气结构等空间结构。

第一次世界大战后欧洲城市住房矛盾日益尖锐化,迫切需要兴建大量住宅,工业化的预制因而受到重视。廉价混凝土为解决大量性住宅提供了可能,预制混凝土空心板,槽形板等装配式住宅相继出现。20世纪初,在美国和北欧一些国家中胶合木预制独立住宅取得成功。1927年在斯图加特举办的住宅展览会显示了建筑工业化的方向,德国建筑师格罗皮乌斯(Walter Gropius,1883~1969)设计的钢骨架、软木芯石棉预制墙板住宅,帕尔齐格设计的木骨架胶合板住宅均为预制装配式建筑。1941~1948年,格罗皮乌斯和瓦克斯曼与通用电气公司合作设计了第一个半自动化工厂,其生产的木制嵌入式墙板单元住宅体系充分体现体系设计思想。

第二次世界大战后,工业化的预制装配以至整幢建筑的工业化全装配体系取得巨大进步和发展。40年代末至50年代,随着高层建筑的需求增长和塔式起重机的出现,美国开始在围护结构中使用预制的轻质幕墙单元,镶嵌或悬挂在框架结构外,以减轻高层建筑围护墙体的自重。在框架中多采用轻质高强,便于装配的硬铝,也采用不锈钢或铜。壁材中最普遍采用的是玻璃,也使用铝板、不锈钢板和搪瓷、塑料、轻质混凝土板等材料。幕墙在50年代迅速传播,并被广泛采用,至60年代成为高层建筑外形的主要特征。60年代中期,预制混凝土外墙板开始普及,与幕墙相比,其造价低,制作简单,保温隔热性能好,适用范围更广。

20世纪70年代至21世纪初,建筑技术除了在结构、材料、设备等传统领域的进一步发展外,比较突出的是信息技术和环境技术领域的新发展。随着环境问题日益突出,绿色、低碳、节能、环保成为建筑发展的重要方向。延长建筑物使用寿命,降低建筑物的能耗,采用清洁能源和可循环的建筑材料成为必然途径。运用计算机辅助设计、计算机辅助管理技术,结合生态技术,建筑艺术与技术达到新的高度。此外,智能化成为现代建筑发展的重要特征,智能化建筑是通过信息技术,在建筑设计中,运用相似模拟技术和计算机技术,对建筑物的性能进行建模,涵盖结构性能、建筑热能、照明、空气质量、声学和消防安全性能等所有方面;在设备运营和维护方面,对各种建筑设备进行自动化管理和控制,从而为人类提供更为安全、舒适的生存环境。

  • 罗小未.外国近现代建筑史.北京:中国建筑工业出版社,2003.
  • 阿迪斯 B.世界建筑3000年:设计、工程及建造.北京:中国画报出版社,2019.
  • 罗西子.西方现代建筑技术发展及其对新中国建筑影响研究.重庆:重庆大学,2017.
  • 杨涛.建筑形态演进的科技动因.天津:天津大学,2011.

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