高層建筑發展史

謝江龍

（蘭州有色冶金設計研究院有限公司 甘肅蘭州 730000）

序言

關于高層建筑的發展史，從古至今的著作數不勝數，人們從不同的角度不同的思維及不同的技術手段出發，分析了高層建筑從古至今的發展規律。我今天僅從我個人認為最早影響高層建筑發展的三個方面來分析一下，是什么影響了高層建筑的發展。

1 鋼筋混凝土技術的出現

在19世紀以前，房屋的高度受所用的土、木、磚、石等主要建筑材料本身性能的限制；同時也由于其時社會生產和生活還沒有使用高層房屋的實際需要。因而，在用磚石蓋房子的地方，建筑物一般不超過五、六層，在用木料造房子的地區，一般多為單層和兩層建筑，超過三層的就不多見了。鋼筋混凝土的出現改變了這一現狀，使得建筑由多層向高層發展出現可能。首先混凝土的發明：這東西其實不是很清晰，作為中國人，我可以說是我國發明的——混凝土在我國很久之前就已經存在且在使用了。當時它的組成材料大概有粘土、石灰、石膏、火山灰等等。后來有了波特蘭水泥。它的組成材料和之前我國的相比，發生了一些變化。它在使用時，更有使用強度、耐久性更長。最主要的是它的組成材料非常容易獲取，造價也不高，使用還非常的廣泛。相繼后來誕生了水灰比學說，為混凝土強度的理論出現做了鋪墊。隨著科技發展，輕集料混凝土、加氣混凝土及其他混凝土，各種混凝土外加劑也開始使用。

鋼筋混凝土的發明者，叫約澤夫·莫尼哀（1823-1906），法國園藝家。發現原因是，他當時為了將沙子、小石子、水泥這些材料凝合在一起，就將鐵絲編成根形狀，從而實現了他想要預期效果。經過后期源源不斷的實踐、發現與應用創新，才有了后期鋼筋混凝土的大面積使用。繼而，鋼筋混凝土開始成為改變這個世界景觀的重要材料。

2 電梯的出現

由于電梯的出現，建筑突破6層的高度限制（徒步可行的登高距離）。使得建筑由多層向高層發展成為可能。人類利用升降工具運輸貨物、人員的歷史非常悠久。早在公元前2600年，埃及人在建造金字塔時就使用了最原始的升降系統，這套系統的基本原理至今仍無變化：即一個平衡物下降的同時，負載平臺上升。早期的升降工具基本以人力為動力。1203年，在法國海岸邊的一個修道院里安裝了一臺以驢子為動力的起重機，這才結束了用人力運送重物的歷史。英國科學家瓦特發明蒸汽機后，起重機裝置開始采用蒸汽為動力。在當時，這些技術已經是突破性的發現與研究了。經歷了陸續不斷的鉆研、研究、計算、創新，工程師們不間斷的精益求精，改良技術，成熟運作，取得了不小的收獲。盡管如此，在當時有個問題始終沒有得到很好地解決，那就是安全問題。在使用過程中，如果纜繩斷裂，負載平臺會產生墜毀的現象，增加了了使用升降梯危險系數。1852年，美國工程師奧的斯在展覽會上向公眾展示了他的發明，打消了人們長期對升降機安全性的質疑，宣告了電梯的誕生。電梯進入人們的生活已經150年了，生活在繼續，科技在發展，電梯也在進步。這100多年，電梯的各方各面，都有了改變。不管是材質、運行模式、電梯樣式。之前的材質以黑白居多，后期有了彩色。樣式也有直式到斜式。雙層轎廂電梯展示出節省井道空間，提升運輸能力的優勢。可以說電梯是建筑由多層向高層發展的最重要的促進因素。

3 風荷載的應用

風荷載是空氣流動形成的，對建筑物的作用是不規則的，風荷載實際上是一種隨機時變活荷載，但不同于一般活荷載（樓面和屋面活荷載、吊車荷載、雪荷載）。為了結構設計方便，迄今為止，世界各國的高層建筑結構設計，都是將風荷載轉換為確定性的靜力等效風。

風對建筑物的影響不僅僅是風聲，主要是風荷載對水平位移的影響。垂直于高層建筑表面上的風荷載，按建筑所在的地區、地面粗糙度、建筑各高度點以及建筑體型等而不相同，建筑高度在5～200m間變化時，其風壓變化系數0.54-2.36.建筑物高度越大其風壓系數越大。根據有關部門進行的風洞試驗并經過計算機實際測定和國外有關資料介紹，高層建筑最大風載荷點約在其高度的3/4處。

關于風力對高層建筑的影響，是一個綜合性的話題，到現在為止都在研究。出現了許多理論及數據。我們今天只通過一個實驗來側面了解一下：用紙制作二個等高的圓筒和圓錐，把圓筒和圓錐假想成高層建筑，用同等的風機從側面對圓筒和圓錐吹風。通過研究發現，高度相同的情況下，圓筒的位移遠遠大于圓錐，這一研究說明建筑形體的不同，建筑的高度也是有差距的。我們今天看到的高層建筑在頂部幾層都是呈圓錐形的，這樣能有效的減小風力對建筑的剛度和水平位移產生的影響。但科學技術發展到現在，許多高層建筑都是圓筒形或者是到圓錐形的，這是利用計算機軟件模擬當地的主導風向和風力的綜合影響后，對建筑體型在底部甚至中部提前設計，達到在頂部呈圓錐的效果。