工业革命后的钢材建筑物

大约从14世纪到16世纪的文艺复兴时期,有了铁链和铁杆。公元1640年美国第一家炼铁厂开业。马萨诸塞州索克人使用铸铁烹饪罐和熟铁钉子。

17世纪到18世纪,法国和英国出现了建筑熟铁。

公元1706年,克里斯多佛·雷恩采用铸铁结构建造了普通门廊的住宅。

公元1706年,中国人用铁链建成了泸定桥(图1)。桥身由13根铁链锚固在大渡河两岸而成,长101.67m,宽3m。

图1

在16世纪之前,中国科学技术发展水平远远高于西方,但是它的发展是缓慢和连续的,到了后期,甚至趋于饱和与停滞不前(图2)。英国著名的中国科学史家李约瑟博士曾经发问:“中国古代有着杰出的科学成就,为什么近代科学崛起于西方,而不是中国?”(这就是世界科技发展史上非常著名的李约瑟之迷)尽管现在还难以解开这个迷,但可能的原因之一就是自秦汉开始,。反映到建筑上,就是把单个的构件看得比整个系统还要重要,最多也就是进行一下“墙改”(即墙体改革),而很少会涉及整个建筑体系的改变。

图2

西方科学技术在古希腊时期增进达到相当高的水平,黑暗时代(即欧洲中世纪)出现了非常大的跌荡,在经历了文艺复兴时期的思想大讨论,大解放之后,就一直非常重视法律制度和工作程序的创造和设计。这才在16世纪之后,出现了亘古未有的加速发展现象,整个科学技术的发展势头呈现指数曲线上升趋势,而且这种惊人的加速度一直持续至今。

公元1706年,德·科德穆瓦(Abbe de Cordemoy)编撰了《对各类建筑的新论文集》,对《建筑十书》的作者维特鲁威(Vitruvius)正统的观念展开了挑战。维特鲁威把建筑的属性归结为实用、坚固、美观,即在一座完美的建筑物中,各个不同的部件必须与建筑整体保持一种精确的均衡关系。文艺复兴时期的著名艺术家达·芬奇据此画出了世界建筑史上非常著名的维特鲁威人体比例图(图3)。德·科德穆瓦则把建筑的属性归结为配置、分布、适度三原则。其中前二个原则涉及古典柱式的正确比例和它们的合理分布(图4),第三个原则提出了适度的概念,300多年前,德·科德穆瓦就已经反对引经据典,以实效和营利为目的,从古典建筑或名著中寻找历史和文化依据。

图3

18世纪末期,随着时代的进步,科技的发展,建筑师们开始怀疑维特鲁威的经典教义,医师兼建筑师克劳德·佩劳(Claude Perrault)首先向维特鲁威的比例关系学的普遍可行性提出了挑战,这时候工程结构学与建筑学出现了明显的分离(公元1747年法国人创建了世界上第一所工程结构学校——巴黎道路桥梁学校)。建筑师们的思想开始从古典教义里得到解放,摆脱了维特鲁威的比例关系学的禁锢,人类才真正进入了现代建筑和钢结构建筑时代。

图4

公元1730年,泡钢(由熟铁渗碳而成的钢),即碳化熟铁问世。

公元1767年,英国开始大量生产铸铁铁路轨道。

公元1779年,制铁大师约翰·威金森(Joha Wilkinson)协助阿伯拉罕·达尔比和他的建筑师T.F.普里查德(T. F. Pritchard)设计并建成了世界上最早的铸铁桥——英格兰塞温河上的科尔布鲁克德尔大桥(图5),桥跨度30m、高度12.2m,用了378吨铸铁。至今仍然在使用,接待着来自世界各地的观光客。作为产业革命以来的铸铁技术成果,这座诞生在英格兰的铸铁大桥,被誉为史无前例的大型结构物,自从这座大桥完工之后,不仅在市政工程、建筑领域、就是在工业技术史上也算得上是一座丰碑。该桥是第一次全部采用金属结构的大型建筑物。

图5

在公元1750年~公元1850年之间,英国钢铁产量增长了四倍,到1850年已经达到200万吨。

公元1831年,在美国首次应用轧制火车导轨(图6和图7),铁轨逐渐采用这种下宽上窄的工字型截面并沿用至今。后来的工字钢和H型钢都是在铁轨基础上发展起来的。早期的钢结构建筑都是借用铁路和铁路桥梁的技术和材料,早期的结构工程师也都是由铁路和铁路桥梁工程师担当。

图6

图7

公元1850年,首创酸性转炉炼钢的英国工程师,贝西默工艺,亨利·贝西默爵士(Sir Henry Bessemer)首次把空气吹进熔化铁的容器,烧掉杂质。在此之前,钢材是稀有和昂贵的。

公元1851年,第一次工业革命在英国结出了丰硕成果,大英帝国处于鼎盛时期,英女王邀请世界各国参加大英帝国举办的第一届世界博览会。约瑟夫·帕科斯顿(Joseph Paxton)仰仗现代工业技术提供的经济性、精确性和快速性,第一次完全采用单元部件的连续生产方式,通过装配式结构的手法来建造大型空间,设计和建造了伦敦世界博览会会场水晶宫(图8,图9,图10)。只用6个月就建成了长563m、宽124m、最大跨度22m、最高顶棚高度33m;约9万m2的建筑面积。水晶宫经历了从设计构思、制作、运输到最后建造和拆除的全过程,是一个完整的预制建造系统工程。曾经是19世纪前半期的铸铁技术总检阅之一。尽管是马拉肩扛,却首创了工厂预制构件,现场装配的技术模式,是现代建筑(钢材骨架和玻璃幕墙)的开山之作。1936年,水晶宫毁于员工厕所引起的火灾。

图8

图9

图10

1851年(清·咸丰1年),在中国爆发了太平天国运动,中国此后就进入了百年(1851~1949)战乱。

1854年,日本在美国舰队舰长佩里(Perry)的几艘炮舰威逼之下,打开了国门。

1867—1868年,日本进入了明治维新时期,在大清皇帝拒绝“西方蛮夷”的任何东西时,日本天皇(1868年)在主张“破除旧习……求知于世界。日本开始了以“文明与启蒙”为核心思想的“开智”运动(即西化),并且很快就跻身于世界7强。

公元1868年,平炉方法在欧洲开发出来。

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