从开封铁塔到蒙纳得诺克大厦的比较与分析.doc

从开封铁塔到蒙纳得诺克大厦的比较与.doc 从开封铁塔到蒙纳得诺克大厦的比较与分析 摘要:开封铁塔始建于北宋皇佑元年(即公元1049年)，距今已有近千年的历史。塔高55(88m(塔下尚有很大的基座部)，八角十三层，他历经战火，水患等各种灾害，但至今依然矗立在开封。蒙纳得诺克大厦是1891年由博纳姆与鲁特的16层砌体建筑，是目前世界上最高的砖石结构建筑。以上两者都是砖石砌体结构的典范，两者有着相似之处，但无疑区别也是巨大的，本文从文化历史，建筑材料呢等方面对两者进行比较与分析。 关键词:铁塔 蒙纳得诺克大厦 砌体结构 建筑材料 比较分析 引言:中西建筑形式上的差别，是文化差别的现，它反映了物质和自然环境的差别，社会结构形态的差别，人的思维方法的差别以及审美境界的差别。筑空间的布局不同，反映了中西方文化、性格特征的区别。中国无论何种建筑，从住宅到宫殿，几乎都是一个格局，类似于“四合院”模式。中国建筑的美又是一种“集体”的美。与中国相反，西方建筑是开放的单体的空间格局向高空发展。建筑的发展不同，表现了中西方对革新态度的差别。从建筑发展过程看，中国建筑是保守的。据文献资料可知，中国的建筑形式和所用的材料3000年不变。与中国不同，西方建筑经常求变，其结构和材料演变得比较急剧。建筑价值的不同，显现中西方审美观念的异殊。从建筑的价值来看，中国的建筑着眼于信息，西方的建筑着眼于实物体。中国古代建筑的结构，不靠计算，而是靠师傅带徒弟方式，言传手教，靠实践，靠经验。我们对于古代建筑，多从文献资料上得到信息。古代希腊的毕达哥拉斯、欧几里得首创的几何美学和数学逻辑，亚里士多德奠基的“整一”和“秩序”的理性主义“和 谐美论”，对整个西方文明的结构带来了决定性的影响，一切科学和艺术，它们的道路都被这种理念确定了命运。翻开西方的建筑史，不难发现，西方建筑美的构形意识其实就是几何形体。 砌体结构由于容易就地取材，有很好的耐久性，耐火性等特点，使其在很早以前就得到人们的利用。在我国砌体结构有着悠久的发展历史，许多的名胜古迹都是砌体结构，历史上闻名遐迩的万里长城，它是两千多年前建造的砌体工程，是世界上最伟大的砌体工程之一，在春秋战国时期就已经开始兴修水利，李冰父子修建的都江堰在今天仍然起灌溉的作用;1400年前用料石修建的赵县赵州桥，是世界上现存的敞肩式的拱桥。该桥梁已被选入世界第十二个土木工程里程碑。同样西方的砌体结构也有着很悠久的历史，但由于文化上的差异，使得在砌体工程上也有着差异，本文中的开封铁塔和蒙纳德诺克大厦就是其典型代表。 正文:对于铁塔的认识:铁塔，原名开宝寺塔，又称灵感塔、上文寺塔，因外壁镶嵌褐色琉璃砖，远看似铁色，俗称“铁塔”。铁塔始建于北宋皇祐元年(即公元1049年)，距今已有近千年的历史，历经43次较大地震，6次黄河水患，还多次遭受战乱破坏，如今依然挺立云天，巍峨屹立在古城开封。它是我国古代琉璃砖塔中的精品，因其建筑雄伟高大，装饰豪华，花纹图案精妙生动，栩栩如生，而号称天下第一塔，也是古汴梁八景之一“铁塔行云”之所在。 据史料记载，铁塔的前身是一座木塔，八角形，十三层，高达一百二十米，仅这高度便可想见当年的雄姿了～当时这塔建在开宝寺福胜院内，故名“福胜塔”。古塔大都与佛教相关，“福胜塔”也不例外。当年此塔上安千佛万菩萨，下奉阿育王佛舍利。木塔初成，身倾西北，斜得厉害，世人多不解，以为是建筑失误。设计大师喻浩说，京师地平无山而多西北风，吹不到百年这塔身就正了。可惜，木塔从公元982年建成，到1055年(也有资料称是1047年)就被雷击而 焚毁了。从建到毁，不足百年，未能验证西北风的“功力”，却给后人留下了一团不解之谜:供奉菩萨的佛塔，却为何反遭菩萨的摧毁呢,可见，佛和菩萨以及供奉他们的宝塔，都是人造的，是人们的一厢情愿，雷电不认这个账，谁违背它的意志，它就要打击谁。今天看来，一根避雷针，胜烧万炷香～ 俗说旧的不去，新的不来。木塔毁了，人们就建铁塔。当然，这座铁塔用料不是真正意义上的铸铁，而是铁色琉璃砖。用砖砌五十多米高的塔，设计上非同小可。支撑铁塔的力量核心是塔心柱，各种外壁砖瓦构件均与塔心柱紧密扣接，浑然一体，形成了强有力的抗震体系，这在九百多年前，是一个了不起的科学设计。 塔身外镶几十种花纹砖，飞天、麒麟、坐佛、菩萨、狮子、伎乐、花卉都有。顶上嵌着一只葫芦式的铜质大宝珠，远远看去，就像出家人戴着庄严的僧帽。塔身的窗子设计也很别致，有明窗和盲窗两种，明窗每层一只，一层在北，二层在南，三层在西，四层在东，依次类推，直至最高层。所谓盲窗，其实是打不开的窗模。当年，这塔是汴京的一大重要景点，名为“铁塔行云”。登塔远眺，黄河如带，大地似锦。但如今看来，五十多米高的建筑物已不算高了。 铁塔塔身为八角，13层，楼阁式，基座及8棱方池因黄河泛滥埋淤地下。现高55.08米，塔外壁采用28种仿木结构的模制琉璃雕砖砌成，砖上有飞天、五僧、菩萨、麒麟、降龙、伎乐、宝相花等图案50余种;各层出檐以重抄计心五铺作斗拱承托;底层东、西、南、北各辟一闺形门;唯北门设梯道可绕塔心柱盘旋至顶。余3门均为8角小宝。2层以上每层开窗，可登临眺望。内外壁紧密衔接，结构坚固，形成强有力的抗震体，千百年来，历经多次水患、地震、暴风雨、炮击等破坏，仍巍然屹立。整个造型秀丽峻拔，气势宏伟，素有天下第一塔之称。塔西有接引佛殿，内置宋、金时代接引铜佛1尊高5.14米，重约12吨，亦属珍品。寺院 其它建筑废于清道光年间。建国后，1957年对该塔进行了修葺，增添了避雷设施，每层门洞新设了铁栏杆，塔内第1层增置了照明设备和扶手。 对于蒙纳德诺克大厦的认识:蒙纳德诺克大厦(Monadnock Building)是芝加哥派设计的范例，建筑的名字来自新罕布什尔州的一座四面平原的山峰。它是世界上用砖头修建的最高的商厦，也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。 靠北边一半的建筑设计事务所的 Burnham & Root 建于1891年。是有史以来建造的最高的商业钢铁框架承载圬工结构建筑外墙,填补了抗风支撑在美国的空白。它的装饰性的电梯标志着第一个在建筑施工中使用的铝材。靠南边一半,建于1893年,是由Holabird & Roche 公司设计的它的颜色和轮廓和前一半相同,但是设计更加传统华丽。在当时,它是世界上最大的办公大楼。 这栋建筑曾在1938年改建，在某种程度上,彻底改变建筑物的风格,后来，后来有人号召停止拆除芝加哥的老化的摩天大楼。在1979年售出了这个建筑，拥有者保证将其恢复到其原来的状态,一个最全面的摩天大楼修复在1992年竣工。该项目被历史古迹国民托管委员会在1987年评为公认的顶尖恢复项目保护。建筑把办公室分为从250平方英尺(23 m2)到6000平方英尺(560平方米)的大小,以及比较独立的专业公司。在2007年挂牌出售。 靠北一半是一个从头到脚被紫褐色砖包裹、柔和的灯光投射到底部和顶部。南边一半被砌块在从该基地和到顶部一个大型铜质飞檐的屋顶分裂成两部分。在两面窗口朝向海湾，大玻璃允许更多的光照通过,使得整体的外观更加开放,除了它看起来笨重的体积。蒙娜德诺克大厦属于印刷行业区的一部分,其中还包括有费舍尔建筑,曼哈顿大厦,和古老的殖民地建筑。 在Monadnock Building 建造时之初,许多评论家称该建筑太极端,并且缺乏风格。其他人发现这栋楼缺乏自然装饰，处处充 满了铜臭的气息。20世纪初，欧洲架构师将其注意力转移到目的和函数表达式，从其中获得灵感。它是第一个被冠之芝加哥建筑具有里程碑意义的建筑物，后来被添加到“国家史迹名录”,并在1970年任命为国家历史地标的一部分。现代的批评者称之为“经典”,一个“统一设计的胜利”,和“美国最激动人心的一个商业建筑，审美经验已经产生了” 一 建筑文化的差异，对建筑要求不同 古代中国具有丰富的哲学思想和众多的哲学流派，总体来看，其对世界的认识经历了下面几个发展阶段:原始宗教神话，阴阳，五行，八卦说，儒道佛教。开封铁塔即为佛教建筑风格，佛教，作为一种宗教哲学，在出世这点上较为接近道教。它认为现世间的一切都是幻影，而世外的佛国净土才是真实的存在，只要一心向佛，死时便可平静的得到佛的接引。这样的宗教意识使得中国的古刹本身就是佛国精神的象征或净土的缩影。因而，中国的寺庙实际就是民居的扩大或皇宫的缩小，甚至作为佛教纪念建筑的佛塔，也用层层的水平塔檐来削弱垂直的动势，成为世俗楼阁的仿造。开封铁塔塔身为八角，13层，楼阁式，便是受到佛教文化的影响，相比于中国的建筑风格，西方建筑更偏重于物质，古希腊的建筑同样也是西欧建筑的开拓者。它的一些建筑物的形制，石制梁柱结构构件和组合的建筑形式，建筑物和建筑群设计的一些原则，都成为西欧建筑的典范。特别是留给人类最宝贵的遗产——“柱式”这一建筑造型的基本元素，历经两千多年仍长盛不衰。丰富了建筑艺术手法，增强了建筑的艺术表现力。罗马的建筑艺术在空间尺度方面见长，比希腊建筑艺术更富丽豪华。罗马人继承了希腊柱式，又加以发展，增加了塔斯干式和混合柱式两种柱式，其中混合柱式更为华丽。同时，他们又出色地解决了柱式与券拱的结合，出现了很成功的券柱式，在券柱式中，柱式被看成一种象征性的装饰构件。建筑有两个显著特点:一是建筑结构在空间塑造方面起了重要作用，结构形式和建筑艺术向着有机结合的方面发展;二是建筑内部空间已具有动态感，这种动态反映在立面上是一 种强烈的垂直升腾感。 二 建筑材料的异同 两者都使用砌体材料，但其中也有异同。开封铁塔是用普通砖和一些粘土类的粘砌而成。塔砖小而且薄。普通砖是以粘土、页岩、煤千石或粉煤灰为主要原料，经焙烧而成的普通实心砖。它具有一定的强度及良好的的绝热性、抗冻性、耐水性和耐久性等，且原料广泛，工艺简单，因而常用作墙体材料。汉娜德诺克大厦则主要是圬工结构，圬工结构是混凝土结构和砖石结构的总称。但圬工结构场以砌体形式出现。圬工结构具有以下优点: (1) 天然石料、沙等原料分布广，易于就地取材，价格 低廉。 (2) 有较强的耐久性、良好的耐火性及稳定性，维修养 护费用低。 (3) 施工简便，不需特殊设备，易于掌握。 (4) 具有较强的抗冲击性能及较大的超载性能。由于圬 工结构一般体积较大，重量大，刚度大，当构件受 力时，其恒载与活载相比，横载所占的比例较大， 因而抗冲击性能强，超载能力大。 (5) 与钢筋混凝土结构相比，可节约水泥和钢材，砌体 建筑是不需要模版，可以节省木材。 圬工结构较砖石结构，多了混凝土结构，所以有一定的优点。砖石结构和圬工结构的共同缺点是: (1)自重大。 (2)施工周期长，机械化程度低。 (3)抗拉、抗弯强度低，抗震能力差。由于砌体是靠砂浆的粘合作用将块材形成整体，故砂浆和块材的粘结力相对较弱。 三从结构施工特点上进行对比 表一:“开封铁塔”几何构成尺寸(m) 层每边层高 层面直径 门高 门宽 登巷子外墙号 宽 积 宽 厚 1 4.17 5.44 86.81 10.24 1.65 0.48 0.70 1.50 2 4.07 5.04 79.52 9.80 1.42 0.63 0.68 1.41 3 3.91 5.04 73.63 9.43 1.37 0.60 0.63 1.35 4 3,91 4.08 73.63 9.43 1.22 0.62 0.63 0.95 5 3.65 4.08 64.46 8.77 1.20 0.64 0.61 1.07 6 3.48 4.57 58.42 8.40 1.20 0.62 0.65 1.02 7 3.36 4.84 59.46 7.96 1.18 0.56 0.64 0.95 8 3.10 4.64 49.35 7.77 1.09 0.60 0.64 0.87 9 2.92 4.45 41.10 7.05 0.77 0.58 0.62 1.11 10 2.73 4.44 36.07 6.59 0.93 0.58 0.64 1.25 11 2.51 4.44 30.51 6.15 0.80 0.53 0.63 1.28 12 2.40 4.33 27.85 5.80 0.84 0.48 0.61 1.11 13 2.30 3.09 25.42 5.55 0.84 0.52 0.61 1.02 3.19 4.46 53.79 7.91 1.13 0.62 0.64 1.15 平 最 4.17 5.44 86.81 10.24 1.65 0.64 0.70 1.50 大2.30 3.09 25.43 5.55 0.80 0.48 0.61 0.87 最 小 开封铁塔的几何尺寸见表一。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)从图表中我们可以看出塔身的外墙厚度平均值超过一米，这就为它能有效地抵抗风力等荷载提供了支持，古代没有钢筋混凝土结构，他们无法是墙体达到一个很高的强度，但是他们巧妙地设计，增加外墙厚度，来弥补单位强度的不足，同时它设计精巧，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，完全符合力学要求。 表二:“蒙纳德诺克大厦”的几何参数(m) 层数 平均层高 底部楼厚 顶部楼厚 楼高 16 4 1.8 0.46 66 表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。该大厦是为商业用途考虑，并且兼有防火功能。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) 与开封铁塔在结构上相似，为了弥补砌体结构单位强度不够的 缺点，它的下部墙体厚度也是非常大，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，靠承重墙来支 撑高耸的结构和风荷载 (3) 与开封铁塔相比，蒙纳德诺克大厦宽度比较大，所以为了有效 的承重，设计师们在结构设计过程中在大厦中间又加了很多支 撑柱，以便有效地分担压力，也为结构的稳定与安全提供了保 障。 结论 1. 两者都是砖石砌体结构的典范，但两者的砌体材料不尽相 同。通过分析，两者的砌体材料都处于较好的受力状态。 2. 两者的设计风格有很大的不同，主要是因为文化设计师设 计理念的不同。 3. 从开封铁塔与蒙纳德诺克大厦的比较与分析，可以看出建 筑界的发展，不管是材料还是设计方法。都有很大的进步。 参考文献 1. 结构设计原理 (第二版)叶见曙主编，人民交通出版社 2. 砌体结构设计 GBJ3——88，北京，中国建筑工业出 版社，1988 3. 无筋砌体受压构件承载计算 吴东红，西安:西北建筑学院 学报，1988年第3期 4. 土木工程材料 (第二版)苏达根主编，高等教育出版社， 2003 5. 砌体结构构件偏心受压，砌体结构研究论文集。钱义良 长 沙:湖南大学出版社，1989