【正文】 23）在首次介紹鋼結(jié)構(gòu)建筑是在法國。他在1889年的巴黎國際博覽會所設(shè)計的艾菲爾鐵塔，完美的展現(xiàn)了鋼結(jié)構(gòu)的輕巧。艾菲爾鐵塔高300米，是當(dāng)時人類建造的最高建筑物，而且直到40年后才被美國的摩天大樓超越。第一部電梯是1857年Elisha Otis給紐約的一家百貨公司所安裝的。1889年，艾菲爾在艾菲爾鐵塔上安裝了第一部大型液壓電梯，它每小時可以運送2350位乘客到達塔頂。2 承重框架直到19世紀(jì)后期，建筑物的外墻還仍被用做承重墻來支撐樓層，這種結(jié)構(gòu)是基本的一種過梁類型，而且它也被用在框架結(jié)構(gòu)房屋中。因為所需墻體的厚度很大，承重墻結(jié)構(gòu)限制了建筑物的高度；例如，1880年建于芝加哥的16層高的Monadnock Building。1883年，Willian Le Baron Jenney（1832~1907）用類似鳥籠形狀的鐵柱來支撐樓層。1889年，框架結(jié)構(gòu)首次由鋼梁和鋼柱構(gòu)成。外墻成為了而不只是被用做支撐結(jié)構(gòu)是框架結(jié)構(gòu)的一個成果。自從鋼骨架首次推出，建筑物的高度也一直在迅速增加。第二次世界大戰(zhàn)前，所有的高層建筑都是由鋼骨架建造的。戰(zhàn)爭結(jié)束后，鋼材的缺乏和混凝土質(zhì)量的改進，促進了鋼筋混凝土高層建筑的發(fā)展。芝加哥的Marina Towers（1962）是當(dāng)時美國最高的混凝土建筑；它的高度是588英尺即179米，但是很快它就被高650英尺即195米的倫敦郵政塔和其它一些塔所超過。人們關(guān)于摩天大樓態(tài)度的轉(zhuǎn)變使承重墻重新得到了應(yīng)用。在紐約，由Eero Saarinen于1962年設(shè)計的哥倫比亞廣播公司大樓，柱與柱的中心間距為3米。這種圍護墻有效地構(gòu)成了建筑物的承重墻。這種趨勢發(fā)展的原因之一是建筑物的墻像一個管道一樣可以有利地抵抗風(fēng)的強烈作用；世貿(mào)大樓就是另一個應(yīng)用管道法的例子。相比之下，堅固的框架或垂直支撐則通常會使建筑的橫向更穩(wěn)定。3 圍護結(jié)構(gòu)一個建筑的圍護結(jié)構(gòu)由透明的窗戶和不透明的墻組成。窗戶通常采用傳統(tǒng)上的玻璃作為材料，然而塑料也被使用，特別在破損嚴(yán)重和難以保持的學(xué)校里。墻被用來覆蓋結(jié)構(gòu)和起支撐作用，它是由多樣化的建筑材料組成：磚、現(xiàn)澆混凝土、石頭、不透明玻璃、塑料、鋼材和鋁材。木頭是過去建造房屋的主要材料；但因為易燃，一般不常用于用于商業(yè)、工業(yè)和公共建筑。4 樓地面一幢建筑的樓地面結(jié)構(gòu)取決于它所使用的基本結(jié)構(gòu)框架。在鋼框架建筑中，樓地面或者是鋼梁上的混凝土樓板，或者是由波紋鋼配有混凝土骨料組成的地板。在混凝土結(jié)構(gòu)中，樓地面或者是混凝土梁上的混凝土樓板或者是一系列緊密分布于混凝土梁在方向上端的薄混凝土樓板，在它的下面抹一層抹面。這種樓地面的應(yīng)用取決于支撐柱之間的距離或者墻和空間的功能性。在一棟公寓大樓中，例如，最常見的結(jié)構(gòu)是無梁實心混凝土樓蓋。樓蓋的下表面是樓蓋以下空間的最高限度。而波紋鋼地板則常用于辦公大樓中，這是因為當(dāng)波紋鋼地板的波紋被另一塊金屬板蓋上時，可以形成電話線和電線管道。5 機械與電力系統(tǒng)一個現(xiàn)代建筑不僅要有必要使用空間而且也要包括機械、電力系統(tǒng)等輔助空間，以便提供一個舒適的生活環(huán)境。這些輔助空間可能占摩天大樓總建筑面積的25%。在一個辦公大樓中，供暖、通風(fēng)、電力和衛(wèi)生設(shè)備系統(tǒng)的預(yù)算額占實際建筑總預(yù)算額的40%，這足以顯示它們在建筑中的重要性。因為現(xiàn)在許多建筑被建造成密封的，窗戶不能被打開，因此便要由機械系統(tǒng)提供通風(fēng)設(shè)備和空氣調(diào)節(jié)設(shè)備。管道將新鮮空氣從通過中央換氣室和空氣調(diào)節(jié)器源源不斷的輸入建筑物內(nèi)。懸掛在上面樓層結(jié)構(gòu)下面的天花板可以把通風(fēng)管和控制器的設(shè)備遮擋住以保持美觀。提供動力的電力線路和電話通訊線路也可能被安置在天花板或者樓地面結(jié)構(gòu)層中的管道或?qū)Ь€管里。我們曾試著把機械建造、電力系統(tǒng)加入建筑物的建筑風(fēng)格中去，讓他們裸露在結(jié)構(gòu)的外部；例如建造與1956年位于Des Morines的美國保險公司大樓，管道和樓地面的結(jié)構(gòu)就被有序、優(yōu)美的懸掛在天花板上。這種建造方法極大降低了建造成本，同時帶來了新的結(jié)構(gòu)形式。例如在結(jié)構(gòu)間距方面的革新。6 土和地基所有的建筑物都是靠土層支撐在地面上的，因而土的特性成為建筑設(shè)計時極其重要的考慮因素。基礎(chǔ)的設(shè)計很大程度上仍要考慮土的許多因素，例如土的類型，土分層的情況，土層的厚度和它的密實度，以及地下水的情況等。土層很少只含有單一的物質(zhì)；他們通常是厚度不同的混合狀態(tài)土層。據(jù)評定，土層的等級是根據(jù)土分子的大小來劃分，從小到大依次是淤泥、粘土、沙、石子、巖石。通常，較大分子的土支撐的荷載要大于那些小分子的荷載力。最堅硬的巖石能夠支撐的荷載大約是每平方米100噸。所有地表以下的土都處于受壓狀態(tài)，說得更精確些，這些土承受與作用在其上的土柱重量相等的壓力。許多土顯示出彈性的性質(zhì)——他們或被重載壓壞或卸載后又恢復(fù)。土的彈性常隨時間而改變，也就是說，土層的變形在恒載作用下隨著時間的增長而不斷地改變。過一段時間后，如果加于土層上的荷載大于土自然壓緊狀態(tài)下的重量，則建筑物不會產(chǎn)生沉降，反之則會沉降。建筑物的重量可能會使土產(chǎn)生流動；也就是說，經(jīng)常會發(fā)生土被擠出的現(xiàn)象。土受壓和流動的雙重影響，使建筑物發(fā)生沉降。不均勻沉降例如比薩斜塔，損壞的結(jié)果是建筑物發(fā)生傾斜，墻和隔墻可能出現(xiàn)裂縫，窗戶和門可能產(chǎn)生變形，或者甚至建筑可能倒塌。均勻沉降不會如此嚴(yán)重，盡管可能出現(xiàn)危險狀況，例如墨西哥城的一些建筑，出現(xiàn)各種各樣的后果，在過去的一百年里，由于地下水位發(fā)生了改變，導(dǎo)致一些建筑下沉了3米多。因為類似的狀況可能發(fā)生在建造時也可能是建造后，因此小心處理建筑物下的土層是極其重要的。土層巨大的變化使得解決地基問題的辦法也變得多樣化。如果表面土層下的土為堅硬土層，最簡單的辦法是采用混凝土基礎(chǔ)。若是軟弱土層，則加大柱的面積；這種情況下，整個建筑就可采用筏板基礎(chǔ)。假設(shè)表面土層不能夠支撐建筑物的重量，木結(jié)構(gòu)建筑、鋼結(jié)構(gòu)建筑、或者混凝土建筑應(yīng)建造在堅硬土層上。建造一幢建筑物一般是從基礎(chǔ)開始到上部結(jié)構(gòu)。然而設(shè)計的過程是從屋頂開始到基礎(chǔ)。在過去，地基處理不是一個系統(tǒng)的研究項目。在20世紀(jì)，一種科學(xué)的地基設(shè)計方法已經(jīng)發(fā)展起來了。美國的Karl Teraghi不斷創(chuàng)造研究，使土力學(xué)和土地勘測聯(lián)合起來，讓它盡可能準(zhǔn)確地預(yù)測地基的活動狀態(tài)。過去典型的地基破壞的例子——比薩斜塔現(xiàn)在變得幾乎不存在了。而地基仍然是建筑物中不可見部分費用最大的一部分。早期的高層建筑的發(fā)展是以型鋼結(jié)構(gòu)開始的。鋼筋混凝土和薄殼筒體體系已經(jīng)以節(jié)儉和竟?fàn)帪槟康谋粦?yīng)用于住宅和商業(yè)建筑中。作為新結(jié)構(gòu)體系的創(chuàng)新和發(fā)展的結(jié)果，美國到處都是50到110層的高層建筑。巨大的高度需要增加柱和梁的尺寸來使建筑物更加堅固，為的是在風(fēng)荷載作用下不致于使其傾斜度超過限值。反復(fù)地側(cè)向擺動可能引起隔墻天花板和其它建筑部件的損壞。另外，過度的擺動可能會給建筑物中的居住者帶來不安和恐懼，因為會使他們有移動的感覺。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)體系和鋼結(jié)構(gòu)一樣，內(nèi)在的潛力使得建筑物非常堅硬因此不需要附加的強化來限制擺動。9