从开封铁塔到蒙纳德诺克大厦的比较与分析

从开封铁塔到蒙纳德诺克大厦的比较与分析 云创通 【摘 要】开封铁塔以卓绝的建筑艺术及宏伟秀丽的身资而驰名中外，建成九百多年来，历经战火，水患，地震等灾害(它已遭遇了37次地震，18次大风，15次水患，9次雨患)，至今巍然屹立，实为建筑专家和游人叹为观止。而1891年由博纳姆与鲁特设计的16层蒙纳德诺克大厦的(Monadnock Building)是目前世界上最高的砖石结构大厦。本文主要从开封铁塔的外观数据、构造材料、结构及设计方式等角度与西方建筑蒙纳德诺克大厦进行比较与分析。对于更好的了解圬工结构的特点潜移默化得提高建筑素养具有显著效果。 【关键词】开封铁塔;蒙纳德诺克大厦;圬工结构;民族文化 一 引言: 开封铁塔的历史:传统的东方建筑——以木为基本，史称“木头的诗篇”。在我国数以千计的古塔中，开封铁塔的建筑艺术堪称琉璃塔中的一绝【1】。它是一座仿木结构仿楼阁式佛塔，而不是一座真正的楼阁式塔。在建筑上模仿了原木塔(其前身灵感木塔，是宋代名匠喻浩创建，建成后仅存世 50 多年，于宋仁宗庆历 4 年遭雷击被烧毁)的平面、高层和可登临性，变木为琉璃面砖瓦，坚固的琉璃面砖瓦克服了木塔易燃的最大危险。塔身的檐、椽、瓦等也都由琉璃砖做成。砖型的规格化是我国佛塔建筑的一大进步，可以用砖石做出各种逼真的仿木结构，这些显著的特点使铁塔在我国的佛教建筑史上占有重要地位。 蒙纳德诺克大厦:西方建筑以“石”引领潮流 1871年10月8日芝加哥发生大火，大型商业建筑和政府建筑中的很多所谓的防火性建筑统统被烧毁，在这百废待兴的历史时刻在西方建筑史带来辉煌成就以及独具风格的“芝加哥学派”应运而生。这就是蒙纳德诺克大厦的建造背景。 二 从结构施工特点上进行对比 开封塔高达 55.88 米，塔身除受重力作用外还受水平方向的风荷载作用。根据塔受力的“轴向力图，剪力图，弯矩图”可知塔根部是危险点，所在界面为危险截面。历史上还经历多次地震和洪水冲击，铁塔仍然屹立不倒主要有以下几方面的结构优势: (1)塔址选择好，地基坚固砖石古塔是古代主要的高层建筑，一般高度可达50.60m以上，加之砖石的容重较大，其对地基的作用是很大的，放坚固的地基基础是古塔千百年竖立不倒的必要保证。 (2)体形规则有节律砖石古塔大多是方形、多角形或圆形，平面规则对称。从立面看，无论是阁楼式还是密檐式，塔身截面多采用由下而上逐层递减的收分技术，塔身成自然缓和的锥体形，这不仅从视觉上给人以秀丽舒畅的感觉，而且从结构上增加了建筑物的稳定性。砖石古塔这种规则而稳定的结构特点不仅可减少地震的扭转效应，而且层间抗力与地震剪力相协调，避免了中下部形成薄弱层的不利情况。 (3)整体性能良好砖石古塔由于外形的复杂性，形成结构体系的多样性，但其墙壁较厚，部分还具备较强的楼层约束，这种结构体系类似于现代高层建筑中的筒体结构，具有良好的抗震能力。 (4)它设计精巧，完全采用了中国传统的木式结构形式，砖与砖之间如同赴凿，有沟有槽，垒砌严密合缝。设计师建造铁塔时，采用仿木结构，以许多形状大小各异的“结构砖”相结合。这些结构砖就象经过斧凿的木料一样，有榫有 卯，有凸有凹，交错砌在一起，合榫对缝，结合严密，完全符合力学要求。 二可知蒙纳德诺克大厦总高66米，建筑面积93，000平方米共1200个房间。是当时世界上最大的办公楼。之所以能够百年不倒并且享誉世界其结构性能功不可没: (1)下部墙体厚度大，上部墙体厚度小符合抗震以及减轻结构自重的要求 (2)很多部位采用拱形结构有效提高结构承载力 (3)靠承重强来支撑高耸的结构和风荷载 (4)活跃的结构工程师Corydon t . Purd为施工的安全与合理进行提供了有力保障，尽管没有后来的钢结构和钢筋混凝土结构的优越性但是在西方建筑史上蒙纳德诺克大厦在砌体结构中是一个无可替代的传奇。 三 从材料选择应用上进行分析 开封铁塔:从建筑材料的发展上说，在这座瘦而高的13层砖塔上，全部使用琉璃面砖。这些面砖可以砌出墙面、门窗、柱梁斗拱等等。远看近似铁色，加上铁塔历经千年风雨磨难仍巍然屹立，坚固如铁，所以，从元代起，民间就称其为铁塔。而斗拱具有充分利用材料的显著优点，具体分析如下:斗拱在塔结构中起着十分重要的作用，主要有四个方面: 一、它位于柱与梁之间，由屋面和上层构架传下来的荷载，要通过斗拱传给柱子，再由柱传到基础，因此，它起着承上启下，传递荷载的作用。 二、它向外出挑，可把最外层的桁檀挑出一定距离，使建筑物出檐更加深远，造形更加优美、壮观。在它成型之后很长一段时间内，被作为构件大小的基本尺度 后来的斗拱逐渐变为装饰，也是区别建筑等级的标志，越高贵的建筑斗拱越复杂、繁华。 三、它构造精巧，造形美观，如盆景，似花篮，又是很好的装饰性构件。 四、榫卯结合是抗震的关键【3】。这种结构和现代梁柱框架结构极为类似。构架的节点不是刚接，这就保证了建筑物的刚度协调。遇有强烈地震时，采用榫卯结合的空间结构虽会“松动”却不致“散架”，消耗地震传来的能量，使整个房屋的地震荷载大为降低，起了抗震的作用。中国古建筑屋顶挑檐采用斗拱形式的较之没有斗拱的，在同样的地震烈度下抗震能力要强得多。斗拱是榫卯结合的一种标准构件，是力传递的中介。过去人们一直认为斗拱是建筑装饰物，而研究证明，斗拱把屋檐重量均匀地托住，起到了平衡稳定作用。 蒙纳德诺克大厦:墙壁采用3英尺(0.91米)高的壁砖白卡拉拉大理石，地板上散落着手工雕刻大理石马赛克瓷砖。。经典的建材改进给这座大厦带了极大生机。它是第一个使用抗风门脉系统的大厦，大厦中的电梯是第一个用于大楼建设的铝制电梯。 总结:开封铁塔屹立千年而不倒，蒙纳德诺克大厦经历百年使用仍然性能良好，这都给我们进行工程建设树立了光辉的榜样。结构的设计以及材料的选择与应用给我们很多提供了很多建议与工程原理，具有很好的参考价值。而且开封铁塔作为民族的瑰宝无论是从文化还是建筑物保护方面来讲都有深刻研究的必要性。蒙纳德诺克大厦作为西方商业建筑的典范体现着西方现代文明的优越。无论是外观的设计和材料的选择大厦都体现着活跃的建筑气息。而且数学的在建筑上的精确与广泛应用也随着蒙纳德诺克大厦的建成逐步走进人们的视野。这些都是值得我们借鉴的地方。二者作为东西方圬工结构的典范体现着相互的差异以及不同的文明体现方式，具有很高的对比与学习价值。 云创通