古通今建筑

——現代建筑的主要部分

雷彌：演講王苗苗：資料收集者薇：資料整理白雪：PPT制作

Thepurposeofabuildingistoprovideashelterfortheperformanceofhumanactivities．一座建筑物的作用是為人類活動的進行提供一個躲避處。Fromthetimeofthecavedwellerstothepresent，oneofthefirstneedsofmanhasbeenashelterfromtheelements．從穴居時代到現在，人類最重要的需求之一就是有一個躲避風雨的地方。

Materialsandstructuralformsarecombinedtomakeupthevariouspartsofabuilding,includingtheloadcarryingframe,skin,floors,andpartitions.材料和結構形式被組合在一起形成了建筑物的不同部分。包括承重的框架、外墻、樓板層、以及隔墻。Thebuildingalsohasmechanicalandelectricalsystems,suchaselevators,heatingandcoolingsystems,andlightingsystems.建筑物還有機械和電力系統，比如，電梯、供暖制冷系統，照明系統。Thesuperstructureisthatpartofabuildingaboveground,andthesubstructureandfoundation,isthatpartofabuildingbelowground.上部結構是建筑物在地面上的部分,而下部結構以及基礎是建筑物的地下部分。ComponentsofABuilding建筑物的組成部分

Untilthelate19thcentury,theexteriorwallsofabuildingwereusedasbearingwallstosupportthefloors.直到19世紀晚期，建筑物外墻被用作支承樓板的承重墻。Thisconstructionisessentiallyapostandlinteltype,anditisstillusedinframeconstructionforhouses.這種建筑本質上就是柱和過梁的組合類型，它仍然被用在房屋的框架結構中。MonadnockBuildinginChicagoLoad-CarryingFrame承重框架

In1883,WilliamLeBaronJenney(1832-1907)supportedfloorsoncast-ironcolumnstoformacage-likeconstruction.在1883年，詹尼將樓板設置在鑄鐵柱上形成一個像籠子一樣的建筑物。Skeletonconstruction,consistingofsteelbeamsandcolumns,wasfirstusedin1889.框架建筑，由鋼梁和柱組成，最早運用于1889年。Asaconsequenceofskeletonconstruction,theenclosingwallsbecomea"curtainwall"ratherthanservingasupportingfunction.隨著框架建筑的出現，圍護墻體成了“幕墻”，不再起承重的功能。Masonrywasthecurtainwallmaterialuntilthe1930's,whenlightmetalandglasscurtainwallswereused.二十世紀三十年代以前都是采用磚石作為幕墻材料，此后都是用輕型金屬和玻璃作為幕墻材料。Load-CarryingFrame承重框架

Aftertheintroductionofthesteelskeleton,theheightofbuildingscontinuedtoincreaserapidly.隨著鋼結構的引入，建筑物的高度迅速增加。AlltallbuildingswerebuiltwithaskeletonofsteeluntilWorldWarII.直到二次世界大戰，所有的高層建筑都采用鋼結構。Afterthewar,theshortageofsteelandtheimprovedqualityofconcreteledtotallbuildingsbeingbuiltofreinforcedconcrete.戰后，鋼材的短缺和混凝土質量的改進，促使高層建筑采用鋼筋混凝土。Load-CarryingFrame承重框架MarinaTowersandPostOfficeTower

Achangeinattitudeaboutskyscraperconstructionhasbroughtareturntotheuseofthebearingwall.對摩天大樓看法的改變，使得承重墻體又重新獲得使用。InNewYorkCity,theColumbiaBroadcastingSystemBuilding,designedbyEeroSaarinenin1962,hasaperimeterwallconsistingof5-foot(1.5-meter)wideconcretecolumnsspaced10feet(3meters)fromcolumncentertocenter.在紐約市，埃諾沙里寧設計的哥倫比亞廣播系統大樓，有一個由5英尺（1.5米）寬，相鄰柱的中心距為10英尺（3米）的混凝土柱組成的圍墻。Thisperimeterwall,ineffect,constitutesabearingwall.這片圍墻實際上組成了一個承重墻體。Load-CarryingFrame承重框架瑞典螺旋形大樓馬來西亞雙子塔

Onereasonforthistrendisthatstiffnessagainsttheactionofwindcanbeeconomicallyobtainedbyusingthewallsofthebuildingasatube;theWorldTradeCenter,buildingsareanotherexampleofthistubeapproach.產生這種趨勢的一個理由是，利用建筑物的墻壁作為一個筒體，可以非常經濟地獲得抵抗風荷載作用的足夠剛度；世界貿易大廈是這種筒體方法的另一個例證。Incontrast,rigidframesorverticaltrussesareusuallyprovidedtogivelateralstability.與之對比，剛性框架或垂直桁架通常提供側向穩定性。Load-CarryingFrame承重框架

Theskinofabuildingconsistsofbothtransparentelements(windows)andopaqueelements(walls).建筑物的外墻由透明部分（窗戶）和不透明部分（實墻）組成。Windowsaretraditionallyglass,althoughplasticsarebeingused,especiallyinschoolswherebreakagecreatesamaintenanceproblem.窗戶是傳統的玻璃，盡管也采用塑料，特別是在學校，打碎玻璃常引起維修方面的問題。Thewallelements,whichareusedtocoverthestructureandaresupportedbyit,arebuiltofavarietyofmaterials:brick,precastconcrete,stone,opaqueglass,plastics,steel,andaluminum.實墻用于結構的維護以及承重，可以用各種各樣的材料：磚，預制混凝土，石頭,不透明物玻璃，塑料，鋼和鋁。Woodisusedmainlyinhouseconstruction;itisnotgenerallyusedforcommercial,industrial,orpublicbuildingsbecauseofthefirehazard.木材主要用于住宅類建筑，商業、工業或其它公共建筑，考慮到火災的危險性不常使用。

Skin外墻

Theconstructionofthefloorsinabuildingdependsonthebasicstructuralframethatisused.樓板層的施工取決于所采用的基本結構框架。Insteelskeletonconstruction,floorsareeitherslabsofconcreterestingonsteelbeamsoradeckconsistingofcorrugatedsteelwithaconcretetopping.在鋼結構中，樓板層可以是放置在鋼梁上的混凝土平板也可以是表面附有混凝土的波紋鋼組成的樓板。Inconcreteconstruction,thefloorsareeitherslabsofconcreteonconcretebeamsoraseriesofcloselyspacedconcretebeams(ribs)intwodirectionstoppedwithathinconcreteslab,givingtheappearanceofawaffleonitsunderside.在混凝土結構中，樓板層可以是放置在混凝土梁上的平板，也可以是井字型肋梁樓蓋，下腹看起來就象華夫餅干。Floors樓板層

Thekindoffloorthatisuseddependsonthespanbetweensupportingcolumnsorwallsandthefunctionofthespace.這種樓板結構形式取決于支撐的柱或墻的跨度以及空間的功能。Theundersideoftheslabservesastheceilingforthespacebelowit.平板的下方是下部空間的天花板。Corrugatedsteeldecksareoftenusedinofficebuildingsbecausethecorrugationswhenenclosedbyanothersheetofmetalformductsfortelephoneandelectricallines.辦公建筑中常采用波紋鋼板，這是因為波紋鋼地板的波紋由另一塊金屬板蓋上時，就成為電話線和電線的管道。Floors樓板層

Allbuildingsaresupportedontheground;andthereforethenatureofthesoilbecomesanextremelyimportantconsiderationinthedesignofanybuilding.所有的建筑物都支撐在地面上，因此，土體的性質成為任何建筑設計中極為重要的考慮因素。Thedesignofafoundationdependsonmanysoilfactors,suchastypeofsoil,soilstratification,thicknessofsoillayersandtheircompaction,andgroundwaterconditions.基礎的設計取決于許多土體因素，比如土體類型、土體分層、土層厚度以及它們的密實性和地下水條件。Soilsrarelyhaveasinglecomposition;theygenerallyaremixturesinlayersofvaryingthickness.土體很少有一個單一的成分。它們通常是不同厚度土層的混合物。SoilsandFoundations土體和基礎

Forevaluation,soilsaregradedaccordingtoparticlesize,whichincreasesfromsilttoclaytosandtograveltorock.為了評估，土壤根據顆粒的大小被分為淤泥、粘土、砂土、砂礫和巖石。Ingeneral,thelargerparticlesoilswillsupportheavierloadsthanthesmallerones.一般來說，較大顆粒的土壤比顆粒小的土壤更能承重。Thehardestrockcansupportloadsupto100tonspersquarefoot(976.5metrictons/sqmeter),butthesoftestsiltcansupportaloadofonly0.25tonpersquarefoot(2.44metrictons/sqmeter).最堅硬的巖石每平方英尺可以承受100噸重量，而最軟的淤泥只能承受每平方英尺0.25噸的重量。SoilsandFoundations土體和基礎

Allsoilsbeneaththesurfaceareinastateofcompaction;thatis,theyareunderapressurethatisequaltotheweightofthesoilcolumnaboveit.地表下所有的土壤都處于受壓狀態，也就是，這些土承受與作用在其上的土柱重量相等的壓力。Manysoils(exceptformostsandsandgravels)exhibitelasticproperties—theydeformwhencompressedunderloadandreboundwhentheloadisremoved.許多土(除了大部分的砂土和砂礫以外)表現出彈性性質，當處于荷載作用受壓狀態下它們發生變形，當荷載移開時，恢復原來的狀態。Theelasticityofsoilsisoftentime-dependent,thatis,deformationsofthesoiloccuroveralengthoftimewhichmayvaryfromminutestoyearsafteraloadisimposed.土壤的彈性性能通常隨時間變化，也就是，當施加荷載作用后，土壤的變形可持續幾分鐘到幾年的時間。SoilsandFoundations土體和基礎

Overaperiodoftime,abuildingmaysettleifitimposesaloadonthesoilgreaterthanthenaturalcompactionweightofthesoil.經過一段時間，一幢建筑物如果對土壤施加的作用力大于土所受的自然壓力，建筑物會發生沉降。Conversely，abuildingmayheaveifitimposesloadsonthesoilsmallerthanthenaturalcompactionweight.相反地，如果它作用于土壤的力小于土所受的自然壓力，建筑物可能會被頂起來。Thesoilmayalsoflowundertheweightofabuilding;thatis,ittendstobesqueezedout.土壤也可能在建筑物重力作用下發生滑移，也就是，有可能被擠出。Duetoboththecompactionandfloweffects,buildingstendtosettle.由于受壓和滑移作用，建筑物可能發生沉降。SoilsandFoundations土體和基礎

Unevensettlements,exemplifiedbytheleaningtowersinPisaandBologna,canhavedamagingeffects---thebuildingmaylean,wallsandpartitionsmaycrack,windowsanddoorsmaybecomeinoperative,and,intheextreme,abuildingmaycollapse.不均勻沉降，例如比薩斜塔和博洛尼亞斜塔，會造成破壞性作用——建筑物發生傾斜，墻體和隔墻會發生裂縫，窗戶和門無法打開，最嚴重的是，建筑物可能發生坍塌。Uniformsettlementsarenotsoserious,althoughextremeconditions;suchasthoseinMexicoCity,canhaveseriousconsequences.均勻沉降沒有這么嚴重，盡管極端的一些情況，比如墨西哥城的那些沉降，就造成了嚴重的后果。Overthepast100years,achangeinthegroundwaterleveltherehascausedsomebuildingstosettlemorethan10feet(3meters).在過去100年，地表水位的變動造成了一些建筑物沉降超過3m。leaningtowersinPisaandBologna

SoilsandFoundations

土體和基礎

Becausesuchmovementscanoccurduringandafterconstruction,carefulanalysisofthebehaviorofsoilsunderabuildingisvital.因為這些移動會在施工時或施工完后發生，因此仔細分析建筑物下部的土體特性是至關重要的。Thegreatvariabilityofsoilshasledtoavarietyofsolutionstothefoundationproblem.土的多變性決定了解決基礎問題的多樣化。Wherefirmsoilexistsclosetothesurface,thesimplestsolutionistorestcolumnsonasmallslabofconcrete(spreadfooting).堅硬的土層接近于地表時，最簡單的解決方法就是將柱子放置在一個小的混凝土板上（擴展基礎）。Wherethesoilissofter,itisnecessarytospreadthecolumnloadoveragreaterarea;inthiscase,acontinuousslabofconcrete(raftormat)underthewholebuildingisused.土層較軟時，有必要將柱荷載傳遞到一個較大的面積上，在這種情況下，在整個建筑物底下會采用連續的混凝土板（筏板或墊）。SoilsandFoundations土體和基礎

Incaseswherethesoilnearthesurfaceisunabletosupporttheweightofthebuilding,pilesofwood,steel,orconcretearedrivendowntofirmsoil.當地表附近的土體不能承載建筑物重量時，可將木樁、鋼樁或混凝土樁打入硬土層。Theconstructionofabuildingproceedsnaturallyfromthefoundationuptothesuperstructure.建筑物的施工自然是從基礎再到上部結構。Thedesignprocess,however，proceedsfromtheroofdowntothefoundation(inthedirectionofgravity).然而，設計過程則是從屋頂到基礎（按重力作用方向）。Inthepast，thefoundationwasnotsubjecttosystematicinvestigation.過去，基礎并不依照系統調查而設計。SoilsandFoundations土體和基礎

Ascientificapproachtothedesignoffoundationshasbeendevelopedinthe20thcentury.在20世紀，科學的基礎設計方法才發展起來。KarlTerzaghioftheUnitedStatespioneeredstudiesthatmadeitpossibletomakeaccuratepredictionsofthebehavioroffoundations,usingthescienceofsoil，mechanicscoupledwithexplorationandtestingprocedures.美國的太沙基運用土質學、力學、勘探和測試手段作出的最早研究讓精確預測基礎的行為成為可能。Foundationfailuresofth