建筑的源头可以追溯得很远很远。一些比灵长类更早的动物,也就是说早于6000万年前出现的动物,是各种建筑的始祖。有些动物是天生的建筑师,它们不用进建筑系不用掌握结构知识也不用学施工技术,就能建造非常棒的现浇“建筑”、装配式“建筑”和窑洞类“建筑”。
蜜蜂用分泌出来的蜂蜡建造蜂巢。有一种沙漠石蜂用唾液和小沙粒混合成“蜂造混凝土”建造蜂巢。胡蜂和大黄蜂则用嘴嚼木质纤维,使纤维与唾液粘合,犹如造纸工艺一样,制作纸浆纤维材料建造蜂巢。
澳大利亚有一种沙漠白蚁,用粪便和沙粒混合成“蚁造混凝土”,能建造3米高的蚁巢,相对于体长,这么高的蚁巢相当于人类上千米的摩天大厦,比世界最高建筑——828米高的迪拜哈利法塔还要高。
金丝燕用唾液、湿泥和绒状羽毛建造名贵的燕窝,这些“鸟造混凝土”的原理与钢筋混凝土一样,树枝或羽毛承担拉应力,湿泥和唾液干燥后形成的胶凝体承受压应力。南美洲有一种鸟叫灶鸟,用软泥建造鸟巢的过程就像3D打印一样。
蚯蚓、蛇都有的打洞的本能;一些鼠、獾类动物或在土中掘洞口,或在老树上啃出树洞。北极熊则会利用冰块中的冰洞或修整出冰洞,在洞内栖身。
红蚂蚁用松针、小树枝,树皮、树叶、秸秆等建造很大的蚁巢,是带有屋顶的下凹式“建筑”。南美洲有一种园丁鸟,会用树枝盖带庭院的房子。乌鸦在树上用树枝搭建窝巢,大家已经司空见惯了。
图1 用树枝搭设的鸟巢是装配式“建筑”的源头
装配式建筑不是新概念新事物。连鸟类都会搭建装配式建筑。对人类而言,早在采集-狩猎时期,即农业出现前,就有了装配式居所。
农业革命发生前的装配式建筑
农业革命发生前,人类已经遍布地球各个角落,大多数地区没有山洞。大自然并没有为人类在地球各地均匀地配置了山洞。流动的采集狩猎者的居所主要是搭设的棚厦或帐篷——最原始的装配式建筑。
图2是美洲印第安采集-狩猎者的帐篷。热带雨林地区的采集狩猎者的居所比较简单,用树枝和芭蕉叶搭建。考古还发现了西伯利亚狩猎者用猛犸象骨搭建的房屋。
图 2采集狩猎者树干兽皮帐篷
图 3 猛犸象骨搭建的房屋
古代装配式建筑
古代装配式建筑是指人类进入农业时代开始定居到19世纪现代建筑问世这段时间的装配式建筑。
古代时期人类不仅建造居住的房子,也建造神庙、宫殿、坟墓等大型建筑。
许多木结构住宅是装配式。图4是印第安农耕部落用木材和树皮捆绑的房屋。
一些留存至今的庙宇、宫殿大都是装配式建筑。包括石材装配式建筑和木材装配式建筑。如古埃及、古希腊和美洲特奥蒂瓦坎的石头结构柱式建筑,中世纪用石头和彩色玻璃建造的哥特式教堂,中国和日本的木结构庙宇、宫殿等,都是在加工工场把石头构件凿好,或把木头柱、梁、斗拱等构件制作好,再运到现场,以可靠的方式连接安装。古埃及和美索美洲的金字塔其实也是装配式建造物。
图5到图10为古代装配式建筑的实例。
图 4 印第安农民用木材和树皮捆绑的房屋
图5 古埃及阿斯旺菲莱神庙
图6古埃及阿斯旺采石场,柱子在采石场凿制好后再运到工地安装
图 7古希腊雅典帕特农神庙-装配式石材柱式建筑
图 8 美洲古玛雅装配式石材柱式建筑
图9 科隆的哥特式大教堂-石材装配式建筑
图 10五台山唐代庙宇-木结构装配式建筑
现代装配式建筑
现代建筑是工业革命和科技革命的产物,运用现代建筑技术、材料与工艺建造。
世界上第一座大型现代建筑——1851年伦敦博览会主展览馆——水晶宫,就是装配式建筑。
1850年,英国决定在第二年召开世界博览会,展示英国工业革命的成果。博览会组委会向欧洲著名建筑师征集主展览馆设计方案。各国建筑师提交的方案都是古典建筑,既不能提供博览会所需要的大空间,又不能在博览会开幕前如期建成。万般无奈,组委会负责人,维多利亚女王的丈夫艾伯特亲王采纳了一个花匠提出的救急方案,把用铸铁和玻璃建造花房的技术用于展览馆建设。在铁工厂制作好铸铁柱梁,在玻璃工厂按当时最大的规格制作玻璃,然后运到现场装配,几个月就完成了展览馆建设,解决了大空间和工期紧的难题,建筑也非常漂亮,像水晶一样,被誉为“水晶宫”,创造了建筑史上的奇迹。
图 11人类第一座现代建筑水晶宫是装配式建筑
1896年,美国著名建筑师芝加哥学派代表人物沙利文设计了圣路易斯温赖特大厦,是铁骨架结构加上石材、玻璃表皮的装配式建筑。这座装配式高层建筑是美国摩天大楼的里程碑。
图 12 温莱特大厦-美国最早的高层装配式建筑
1931年建造的纽约帝国大厦也是装配式建筑。这座高381米的钢结构石材幕墙大厦保持世界最高建筑的地位长达40年。帝国大厦102层,由于采用了装配式工艺,全部工期仅用了410天,平均4 天一层楼,这在当时是非常了不起的奇迹。
图 13纽约帝国大厦
20世纪最伟大的建筑悉尼歌剧院也是装配式建筑。约翰·伍重设计的曲面造型以当时的技术靠现浇很难实现,由于采用了装配式才解决了施工难题。曲面薄壳是装配式叠合板;外围护墙体是装饰一体化外挂墙板。
图14 悉尼歌剧院
1992年建成的凤凰城图书馆,建筑师威廉姆·布鲁德,非常著名的建筑,也是全装配式柱梁结构的建筑,预制柱采用螺栓连接。欧洲国家的许多装配式建筑都采用了全装配式技术。
图15 凤凰城图书馆
图16 凤凰城图书馆—预制柱采用螺栓连接
图17 螺栓连接的框架结构全装配式建筑
世界著名建筑大师伯纳德·屈米设计的辛辛那提大学体育馆中心,如图18所示,建筑表皮是预制钢筋混凝土镂空曲面板。这样的镂空曲面板如果现浇是非常困难的,很难脱模,造价也会非常高,但采用预制装配式就容易了许多,成本比现浇大大降低,又可缩短工期。一般讲,规则化的曲面板,预制比现浇更有优势。
图18 辛辛那提大学体育馆中心
美国著名建筑组合墨菲西斯设计的达拉斯佩罗自然博物馆,如图19所示,建筑表皮是渐变的地质纹理,由PC墙板组合而成。这种复杂质感如果在现场浇筑,会比工厂预制困难得多。
图19 达拉斯佩罗自然博物馆
许多世界级的建筑大师都有著名的装配式建筑作品,包括美国建筑大师赖特、学院派建筑师特别喜欢的路易斯·康和混凝土诗人奈尔维等。这里不一一例举了。
大家都知道,多年前各个工地都有搅拌站和砂石场,后来改成商品混凝土了。当时也有很多抵制,但现在看大家都习惯了,因为它确实提高了质量,方便了用户,改善了环境,价格也在合理区间。同样,如今推广装配式建筑,是一个更集约、更合理的建房方式。
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