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如许的布局情势不成能由之前占主导职位地方的
发表时间: 2019-09-07  

  建建材料取建建形式_建建/土木_工程科技_专业材料。建建材料取布局设想 布局工程的成长, 自工业以来发生了几回井喷式的大成长, 发生过许很多多的优良工程师和 美轮美奂的之做。既然标题问题限制为近百年来,为便利起见,我把论述范畴限制为自 20 世

  建建材料取布局设想 布局工程的成长, 自工业以来发生了几回井喷式的大成长, 发生过许很多多的优良工程师和 美轮美奂的之做。既然标题问题限制为近百年来,为便利起见,我把论述范畴限制为自 20 世纪 初以来大规模使用于建建布局范畴的新材料,包罗钢筋混凝土、高强布局钢、钢索、玻璃、膜、 现代意义上的工业加工木材。 会商的范畴不包罗新材料的本构关系取其力学机能、 计较方式之间 的关系,仅着眼于新材料取布局系统、布局选型之间的关系。此外,我把范畴限制正在我比力熟 悉的建建布局范畴,不涉及不熟悉的桥梁布局、地道布局、道布局等其它范畴。 如斯一来,这个问题就相当于一篇 20 世纪初以来建建布局材料取建建布局形式之间的关系的综 述。程度无限,不克不及提纲挈领,只能井蛙之见,分成几个部门说一下本人的理解,不妥之处,还 请大师。 钢筋混凝土→布局艺术 钢筋混凝土呈现于 19 世纪末期,正在 20 世纪初起头大规模使用于建建布局范畴,并敏捷获得广 大布局工程师的喜爱。即便正在 21 世纪的今天看来,钢筋混凝土仍然是人类所能想到的最完满的 建建布局材料。不只仅是力学机能、耐久性、经济机能优良,更主要的是,混凝土具有前所未 有的极其优异的可塑机能,让人类终究能够完成外形的布局形式。各类各样的几何外形, 只需你想获得,而且能用木材、塑料、或者钢材做出模板来,正在此中浇建混凝土就能获得这个形 状的混凝土布局。布局设想取雕塑艺术的边界变得恍惚起来,这一点是钢材、木材、砖石材料几 乎永久无法做到的。 从 20 世纪初期一曲到 20 世纪六十年代的这段时间能够说是钢筋混凝土成长的黄金期间,活跃 于这期间的多位“钢筋混凝土诗人”把混凝土布局的艺术推上了一个又一个高峰。这些精采的工程 师包罗但不限于:罗伯特· 迈拉特、爱德华· 托罗哈、费利克斯· 坎德拉、奥韦· 阿鲁普、海因茨· 伊 斯拉。 最上图是费利克斯· 坎德拉 1957 年设想的罗斯马南泰阿斯餐厅,跨度 30 米的花瓣状壳体厚度仅 为 4 厘米,可谓是整个布局工程汗青上的不朽杰做。 左下图是爱德华· 托罗哈 1951 年设想的正十二面体煤炭仓库, 充实表现了混凝土布局的可塑机能。 左下图是奥韦· 阿鲁普 (奥雅纳的创始人, 其实奥雅纳就是他名字 Arup 的文雅化的翻译) 1933 年取建建师勒贝特金合做设想的伦敦动物园企鹅池, 两块受扭的曲线混凝土板, 现喻了企鹅摇摇 摆摆的憨态可掬。 虽然这些混凝土艺术品用料很省, 本身又有极大的美学价值, 但它们的最大错误谬误就是需要大量的 劳动力,复杂模板的搭设、钢筋网片的布设,这些工序必需现场手工完成,无法工业化操做。 20 世纪 70 年代当前,跟着劳动力价钱的持续上涨,这类混凝土布局的施工费用水涨船高,正在高 度工业化的钢布局的合作下完全了经济劣势, 逐渐退出汗青舞台。 自 20 世纪 70 年代当前, 除了的海因茨· 伊斯拉还正在苦守着混凝土艺术最初的余辉之外,混凝土壳体几乎鸣金收兵。 不外,近些年来约格· 施莱希和其它工程研究人员和工程师提出了用充气气球替代保守模板、用 喷涂速凝混凝土替代保守混凝土的工艺, 也许正在将来还能看到混凝土艺术从头活跃正在布局工程的 舞台上。 钢筋混凝土和钢材→布局框架取建建外皮的分手 梁柱框架能够称之为 20 世纪的代表性布局系统,如许的布局形式不成能由之前占从导地位的砖 石材料实现。框架布局的概念正在 20 世纪初期呈现,跟着弯矩分派法、D 值法等力学计较方式的 成熟和钢材、 钢筋混凝土这两种合适材料的成长而敏捷普及。 框架系统的意义正在于使得布局骨架 取建建外皮完全分手,必然意义上,布局工程师取建建师的职责完全分道扬镳。对于砖石砌体结 构,建建表皮和布局骨架其实是统一个工具,就是那些厚沉的砌体墙。框架布局的呈现,不只仅 让布局高度能够提高、分量能够减轻,更主要的是,它让建建物的外皮完全解放,不再承担任 何布局感化。这一条是良多建建创做的前提,也是勒 · 柯布西耶现代建建五准绳的必备前提。从 此,建建能够不再是陈旧见解的砖石墙体。里面是同样的布局框架,外面的表皮能够, 玻璃、石材、砖头、塑料、金属、木材、竹子、泥坯、乐高...几乎任何材料都能够充任建建墙体。 左上图是高迪 1910 年设想的米拉公寓,左图是设想于 1925 年的外滩 12 号汇丰银行大楼,左 下图是设想于 2003 年的同济大学土木学院楼。三者看上去极不不异,但正在布局意义上其实是一 样的,都是钢框架。拿掉米拉公寓的奇异气概的外墙、汇丰银行大楼都丽堂皇的外墙、同济土 木楼板材和玻璃的外墙,剩下的布局骨架几乎是一样的。 虽然像渡边邦夫如许的工程师认为这种躲藏布局骨架的做法是一种不诚笃的设想,但总体来说, 它培养了我们今天所见的建建外不雅百花齐放的场合排场。 高强混凝土→超高层建建 20 世纪 30 年代的纽约处正在高层建建成长的井喷期, 克莱斯勒大厦、 帝国大厦都是这个黄金时代 的产品。但这些钢框架布局的潜力无限,帝国大厦的高度曾经是这一类布局形式的极限。跟着 60 年代法拉兹· 汗提出筒体布局的新概念,高层建建才正式步入超高层时代。 希尔斯大厦和纽约世界商业核心双子楼,都是钢筒体,虽然布局效能很高,但对于工业根本亏弱 的非欧美国度来说,可能仍是过分高贵。而应运而生的高强混凝土,既能满脚筒体布局的需求, 又能维持较低的布局制价, 实正做到了让超高层建建正在全球范畴内遍地开花。 上海浦东陆家嘴的 金茂大厦和全球金融核心,都是混凝土筒体的典型。内部一个庞大的高强混凝土筒体,外部 8 根或者 4 根巨型柱,再共同加强层伸臂桁架和外围环带桁架,就形成了这些超高层的次要受力 系统。包罗台北 101、马来西亚石油双塔、以及国内大量的雷同超高层建建,都是如斯。做为结 构工程的里程碑, 828 米高的迪拜塔采用的也是混凝土束筒外加鱼骨状翼墙系统。 强度品级 C80 甚至 C100 以上的混凝土的使用,让超高层建建不再高不可攀。 高强布局钢→超现实布局 跟着建建的成长,建建的语义、文脉发生了猛烈的变化,呈现了良多史无前例的设想。我用 “超现实布局”这个词,指代雷同 CCTV 新楼、鸟巢、深圳证券买卖所如许的别致布局。20 世纪 40 年代到 50 年代是混凝土壳的昌盛期间, 现正在则是空间钢网格布局的时代。 现代的高强布局钢, 以各类各样的形式呈现正在建建布局中,把一个个令人瞠目结舌的设想从蓝图变为现实。 左上图是塞西尔· 巴尔蒙德为雷姆· 库哈斯操刀的 CCTV 新楼,俗称“大裤衩”,抛开制价、景不雅、 社会影响等其它要素,单从建建布局出发,它是一个史无前例的测验考试。它的网格立面同时也是它 的抗侧力钢筒体, 网格结构按呼应力分布进行安插和调整, 倾斜双筒体加连体大悬臂, 放正在以前, 没有人敢想象如许的建建布局。 左上图是塞西尔· 巴尔蒙德所正在的奥雅纳为库哈斯操刀的深圳证券买卖所新楼,大体量悬挑,又 是一个超现实构思。 左下图是塞西尔· 巴尔蒙德为伊东丰雄(本年普利茨克得从)操刀的蛇形画廊,匪夷所思的钢 网格系统。 左下图的仙台核心也是伊东丰雄的代表做, 同样也是一个超现实钢布局。 取其合做的佐佐木 睦朗设想了钢束筒和蜂窝状钢楼板,用雷同制船的工艺来制房子,这正在以前也是不成想象的。 钢索→张拉全体系统 从力学概念上来说,轴心拉压的效率要远胜受弯,但之前的砖石材料几乎没有受拉机能。跟着钢 索这种具有极强受拉能力的材料呈现, 全数构件都连结轴心受力形态的布局系统成为现实。 这也 就是最早由巴克明斯特· 富勒提出的所谓张拉全体系统(出名的富勒烯就是为了留念他) 。 左图中美 国艺术家 Kenneth Snelson 的做品 Needle Tower 就是一件张拉全体系统的艺术品。左图中约 格· 施莱希设想的罗斯托克博览会的标记塔也是如斯。 正在现实工程范畴,约格· 施莱希的施梅豪森核电坐索网冷却塔和基乐斯山索网参不雅塔都是张拉体 系的例子。左图中是施梅豪森核电坐索网冷却塔,建成于 1974 年,1991 年由于电坐遏制运营 而被炸毁。施莱希很是可惜和可惜,十年后,正在施莱希的鼎力鞭策下,左图的这座索网参不雅塔正在 斯图加特落成。 一方面是为协调社会添砖加瓦, 另一方面也能够看做是施莱希对本人之前被 强拆掉的杰做的怀想和留念。 即便正在常规布局系统的局部也能够使用张拉系统, 最常见的就是张弦梁系统, 好比浦东机场的大 跨度候机楼,采用的就是张弦梁。跟着高铁扶植高潮的兴起,部门新建的高铁车坐也采用了张弦 梁。 玻璃+索网→索网玻璃系统 必然意义上,建建是一门光的艺术。玻璃是完成这个的绝佳材料,早正在中世纪的大 里,彩色玻璃曾经起头充任极其主要的脚色。但受制于玻璃本身的力学机能,其使用遭到了良多 。 跟着现代钢材的成长成熟, 由纤细的金属框格以至是金属索网搭配玻璃构成的玻璃穹顶或者幕墙 得以实现。大师最熟悉的例子该当是贝聿铭的卢浮宫。约格· 施莱希的多量做品都可谓是 索网玻璃系统的精品, 好比上图中的汉堡城市汗青博物馆玻璃屋顶和下图中的慕尼黑凯宾斯基酒 店玻璃幕墙。 膜材料→膜布局/充气布局 20 世纪出现的浩繁优良新材料之一就是膜材料,虽然过去也有雷同概念的膜材料和膜布局,比 如逛牧平易近族的毡房,但其机能、耐久性都不太令人对劲。现代膜材料的呈现为现代轻型布局的设 计供给了新的选择。弗雷· 奥托取约格· 施莱希设想的 1972 年慕尼黑奥运会从体育场就是现代膜 布局的代表做。 此外, 膜材料还为充气 布局的实现供给了绝佳的材料。充气布局能够分为两种。第一种是做为从体布局的充气布局,比 如上图中川口卫设想的 1970 年日本大阪世博会上的富士馆,就是一个典型的充气布局。日常生 活常见的各类贸易勾当放置的充气拱门, 也能够看做如许的充气布局。 第二种则是做为局部布局 的充气布局,好比水立方的 ETFE 膜充气气泡外墙。对于水立方逃求的这种特殊视觉结果,玻 璃、塑料等保守材料都不太合适,可能只要充气膜能完满的告竣这种模模糊糊的设想企图。 现代工业化木材→现代木布局 木材是一种汗青很长久的建建布局材料。 正在我国次要是以穿斗框架的形式存正在, 正在的开荒期 则是那种原木垒成的小木头房子。 跟着现代木材工业的成立, 天然木材进一步深加工为雷同型钢 的尺度化“型木”以及其它胶合木材、复合木材,木材的操纵效率和使用范畴获得了大幅提高。尤 其是工业尺度化的所谓 2 乘 4 系统,正在地域曾经成为绝对的市场支流,跨越 80%的住 宅都是采用工业尺度化木材的木剪力墙系统。 木材的力学机能虽然不是很凸起,但其强度质量比相对比力高,且受拉受压机能平均,有必然的 延性,能够看做是全体弱化了的钢材。从这一点出发,木材也能告竣雷同于钢材的结果。 二和前夜,由于疯狂备和,平易近间金属 资本欠缺,工程师只能采用木材取代钢材,上图中位于伊斯马宁的这座纯木布局的通信塔高度 为惊人的 164 米,工程师的能力简曲让人难以相信。 上图为现代工程师约格· 施莱希 2002 年设想的罗斯托克会展大厅, 木布局空间网格筒壳, 可 以取钢布局空间网壳相媲美,而又具有木材所带来的特殊美感。 橡胶材料/软钢材料→消能减震安拆 跟着设想理论的成长,设想思和指点思惟也正在发生变化,好比对于抗震设想,曾经从砖石布局 的“硬抗”转为消能减震安拆的“四两拨千斤”。跟着现代橡胶、软钢这些合适材料的呈现,消能减 震安拆实正起头大规模使用正在抗震设想中。 好比根本隔震手艺曾经正在日本获得了相当程度的推广 使用,也就是整个建建布局不取地基土接触,所有的柱子都落正在橡胶垫上。软钢、橡胶等各类粘 畅材料形成的耗能阻尼器、耗能支持等等也取得了大范畴的使用。 总结 材料和形式是布局工程的一体两面, 缺一不成。 人类汗青上稀有的天才达芬奇构思了良多新鲜合 理的设想,但受限于其时的材料程度,良多都无法付诸实施,只能逗留正在纸面上;同样,我们有 了钢筋混凝土,但若是没有配套的新的合理的设想理论,仍是逗留正在用混凝土块垒长城、垒金字 塔的程度,那现代建建布局就无从谈起。 其实不只是布局工程,正在机械工程、航空工程、工业工程等其它范畴也是如斯,只要材料使用和 设想理论的协同成长,才能取得新的工程学成绩。 图片来历 罗斯马南泰阿斯餐厅 Jot Down Cultural Magazine 正十二面体煤炭仓库h ttp:// /2012/09/42-eduardo-torroja-y -miret-structures.html 伦敦动物园企鹅池 Penguin Pool London Zoo by Berthold Lubetkin 外滩汇丰银行大楼 外滩 12 号 汇丰银行大楼 米拉公寓 凯撒旅逛集团 同济大学土木大楼/photo/426 新楼 CCTV 的新楼 深圳证券买卖所新楼 探营深交所新大楼 蛇形画廊 英国工党时代的伟大建建 仙台核心 仙台核心(伊东丰雄做品) Needle Tower mathtourist.blogspot.com h ttp:// 罗斯托克全体张拉系统塔 sbp.de/en/build/show/10 施梅豪森索网冷却塔 sbp.de/en/build/show/10 h ttp://ww w. -Cab le_Net_Dry _Coolin g_Tower 6 6-Tower_at_the_ Fair_of_Rostoc k 基乐斯山不雅景塔 sbp.de/en# http ://ww w. build /show /11-Panoramic_Tower_Killesberg 汉堡城市汗青博物馆玻璃屋顶 sbp.de/en/build/show/13 http ://ww w. -Museum_for_Hamburg_History,_courty ard_roof 慕尼黑凯宾斯基酒店幕墙 sbp.de/en# 大阪世博会富士馆 科学松鼠会 伊斯马宁木布局通信塔 慕尼黑伊斯马宁无线 米高木制塔 罗斯托克会展大厅 sbp.de/en/build/show/93



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