《人类科学技术史-420》当代建筑科学技术

当代社会生产与人们物质文化生活的发展，需要更多、更好、功能更全的建筑。因此，在基础科学、材料科学等学科的推动下，新型建筑材料逐渐发展起来。同时，新型建筑结构不断涌现，其中大跨度建筑是当代建筑科学技术的重大成果。

1.建筑材料和建筑工艺

在原有的水泥、钢材、钢筋混疑土等建筑材料的基础上，当代建筑材料又有新的发展。

第二次世界大战后，意大利的奈尔维发明了由水泥沙浆和细钢丝网组成的轻骨料钢筋混凝土，用于高层建筑物中。近些年来，根据"均匀配筋"的理论，在混凝土中掺入金属纤维、玻璃纤维或树脂纤维等，使轻质高强度混凝土广泛使用。如原西德用玻璃纤维混凝土制造薄壳屋顶，直径为31米，壳厚度只有1厘米。另一种是采用重骨料(钢屑、重晶石）的重混凝土，可用于建造核电站的防护屏。此外，还采用各种外加剂，如防水剂、防冻剂、发泡剂、速凝剂等，改善了混凝土的性能。

第二次世界大战以后，随着高分子合成工业的发展，塑料在建筑工业的应用日益广泛。塑料建筑材料有防水、防腐、耐磨、抗震、质轻、强高度、隔音消声、绝热保温、绝缘性好、鲜艳美观等优点。塑料建筑材料分为装饰、装修、结构和特种功用四大类，目前主要用于铺设管道、地面、墙面、窗柜以及泡沫塑料保温材料等。近40年来，塑料建筑材料增长了几十倍。

当代建筑施工技术的进展主要有两个方面。一是建筑机械及其配套设备日臻完善，二是预制构件的广泛应用。第二次世界大战以后，建筑机械发展极为迅速，在推土机、挖掘机、铲运机、起重提升机械、混凝土搅拌输送机械及其配套设备中，采用了增压发动机，液力变矩器代替了齿轮传动机构，广泛采用液压操纵等技术，这些都为建筑现代化和建筑施工工业化奠定了可靠的基础。预制装配建筑在第二次世界大战后发展迅猛。从60年代起，装配式钢筋混凝土建筑很快得到推广。装配式建筑主要为砌块建筑、预制大板建筑、预制框架挂板建筑和预制盒子建筑几类。盒子结构出现最晚，但也已有20多个国家采用，发展了约100多种体系和制造方法。由于预制装配式钢筋混凝土结构存在许多缺陷，近些年来它的发展势头有所减弱，现浇混凝土建筑有东山再起之势。

2.建筑结构

当代建筑结构在高层建筑和大跨度建筑方面有突出进展。

高层建筑的发展分为两个阶段。第一阶段从19世纪末到20世纪中叶。第二阶段从20世纪50年代开始，特别是60年代以后，高层建筑发展出现新的高潮。高层建筑分板式和塔式两类。60年代后建筑越来越高。为减轻风荷载的影响，塔式建筑成为主流。于1973年建成的纽约世界贸易中心大厦，就是典型的高层塔式建筑。自50年代起，在高层建筑上使用了大面积的玻璃幕墙和铝板幕墙。为了提高建筑的抗风、抗震性，高层建筑采用了一些新的结构体系，主要有剪力墙体系，框架-剪力墙体系、筒式体系。目前高层建筑已遍及许多国家，最高的是1974年建成的芝加哥城的西尔斯大厦，高达442米，110层。中国1985年建成深圳国际贸易中心大厦，高160米，是中国第一座高层建筑。此后又有广东国际大厦、北京京广中心等相继落成。60年代以来，许多国家还建造了达500米以上的电视塔。目前最高的是加拿大多伦多国家电视塔，高548米。中国在亚运会前夕建成的北京电视塔高405米。在1991年10月，中国又建成天津广播电视塔，高415.2米，是目前世界第三、亚洲第一高塔。

大跨度结构在19世纪末已经出现，20世纪50年代后发展更为迅猛。大跨度结构有悬索结构、薄壳结构、网架结构、充气结构等。

50年代后，由于钢材强度进一步提高，国外开始用高强钢丝悬索来覆盖大跨度空间。1953年建成的美国雷利市竞技馆，屋盖采用双曲马鞍形悬索结构，造型简洁新颖，是早期的著名悬索结构建筑。中国于1961年建成北京工人体育馆，比赛大厅屋盖采用了圆形双层悬索结构。

薄壳空间结构包括薄壳与折板，薄壳有球壳、筒壳、双曲扁壳、双曲抛物面壳等。1925年，德国的耶那天文台及莱比锡、巴斯尔等地的市场建筑都采用了钢筋混凝土球壳屋顶，其中巴斯尔市场的球形屋顶跨度达60多米，厚度只有9厘米。40年代末，奈尔维设计了连续拱形薄壳结构。1950年，在意大利都灵建成波形装配式薄壳屋顶展览馆。1976年，在美国西雅图建造的体育馆是穹顶壳体结构，直径为200米。中国1957年建成的北京天文馆，屋顶球壳直径为25米，厚度只有6厘米。1959年，中国建成北京火车站，共有6个双曲扁壳，中央大厅壳体平面尺寸为35×\u65299X5米，厚8厘米。折板结构屋顶的著名建筑是1958年在巴黎建造的联合国教科文组织的会议大厅。设计师根据结构应力的变化将折板截面由两端向跨度中央逐渐变化，使之显示出一种韵律感，别具一格。

网架结构在本世纪50年代开始萌芽。60年代，电子计算机的发展和应用，解决了网架力学分析的困难，网架结构建筑迅速发展起来。1966年，美国休斯敦市建造的圆形体育馆，采用了网架结构，直径达193米，可容纳65000人。中国1968年建成的首都体育馆，是中国最早的网架结构建筑，屋盖宽99米，长112.2米。此后中国又陆续建成南京五台山体育馆、上海体育馆、福州市体育馆等，也都采用了网架结构。

充气结构是当代发展起来的新型结构。1946年，美国建成了第一座气承式建筑，用作雷达站。其外形为一圆穹体，直径15米。1975年，美国建成了密执安州亚克体育馆，其薄膜气承屋面覆盖面积达3.5万平方米，是当时世界最大的充气建筑，可容纳8万观众。1976年以后，中国陆续研制了一些采用气承式或气肋式结构的展览厅、教室、实验室等，但这种结构的建筑尚未进入推广阶段。