近代建筑工程 1.建筑材料的革命

還在古希臘和古羅馬時代，就發(fā)現(xiàn)火山灰磨細后與石灰、砂子混合可以作為建筑上的粘合材料，這其實就是一種不經(jīng)人工燒結(jié)的水泥。羅馬人用這種水泥建造了許多水下工程。

18世紀(jì)中，工程師斯密頓(英國）在建筑燈塔的工程中，發(fā)現(xiàn)凡是質(zhì)量較好的砂漿和石灰石中都含有一定成分的粘土。這一發(fā)現(xiàn)引起法國土木工程師的關(guān)注，1813年，法國技師畢加把粘土與石灰按3∶1混合，經(jīng)過煅燒就能制成一種水硬性石灰，是很好的建筑粘合劑。

1824年，英國工匠阿斯普丁(1779-1885年）在畢加的基礎(chǔ)上繼續(xù)研究，他把石灰石與粘土按3∶1混合，加水研成的漿料，再把這種干結(jié)的混合物研成細粉并置于立窯中煅燒，煅燒后再經(jīng)研磨成細粉。他把這種新式粘合劑定名為"硅酸鹽水泥"，水泥發(fā)明后，它的優(yōu)良性能立即引起土木工程師和工匠們的高度重視，一些國家相繼設(shè)立工廠，成批量的生產(chǎn)水泥，后來又制定了水泥產(chǎn)品的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

1877年，英國人克蘭普頓發(fā)明了回轉(zhuǎn)爐。1885年，英國第一座用大型轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)水泥的工廠建成，從此為水泥連續(xù)化生產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)。

水泥的出現(xiàn)使得混凝土構(gòu)筑建筑的方法得到進一步的發(fā)展。19世紀(jì)60年代，巴黎花匠蒙涅(法國）研究用水泥澆制花盆的方法，但是水泥砂子的混合物干后怕震易裂，他便事先用鐵絲做成架子，然后再澆上水泥和砂漿的混合物，就做成了一個不錯的花盆。1867年，他取得了發(fā)明專利。蒙涅想推廣他的專利方法，便想到是否可以在混凝土的建筑中加入鐵絲網(wǎng)，以增加混凝土的強度。于是他建成了一堵內(nèi)有鋼絲網(wǎng)的水泥墻，這是最早的鋼筋混凝土建筑。由于這種建筑物具有混凝土的抗壓性能和鋼筋的抗拉性能，同時還有抗火、抗腐蝕的性能，因而倍受建筑業(yè)的青睞。不久就用它制成了臺階、橋梁及各種建筑物，逐漸發(fā)展成鋼筋混凝土建筑技術(shù)。

德國工程師懷特是最先系統(tǒng)研究混凝土特性的學(xué)者。他作了各種試驗，測量了鋼筋混凝土的材料特性，還做過相應(yīng)的材料力學(xué)計算，最后形成了鋼筋混凝土的理論。懷特購買了蒙涅的專利，并繼續(xù)研究出一種更好的鋼筋混凝土工藝。

1888年，在美國產(chǎn)生了預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土技術(shù)，這種技術(shù)能抵消混凝土在負載時所產(chǎn)主的部分抗應(yīng)力，因而進一步提高了抗拉能力。到90年代，出現(xiàn)了鋼筋混凝土的住宅樓。

水泥、鋼筋混凝土以及鋼材在建筑工程中的廣泛應(yīng)用，徹底改變了建筑工程使用木材、磚石、石灰的長期停滯局面。它使19世紀(jì)末的建筑向著高層、大跨度、復(fù)雜結(jié)構(gòu)的方向發(fā)展。

2.建筑結(jié)構(gòu)的發(fā)展趨勢

19世紀(jì)，由于鋼材用于建筑業(yè)，使工程師能把鋼鐵構(gòu)件與玻璃相結(jié)合，產(chǎn)生了一批高大敞亮的建筑。1833年，巴黎建成了一座完全用鐵架和玻璃構(gòu)成的植物溫室。1851年，在倫敦海德公園內(nèi)為世界博覽會建成一座展覽廳，該廳是一座長1851英尺，寬456英尺，高66英尺的鋼鐵、玻璃結(jié)構(gòu)的建筑，僅玻璃就用去了30萬塊。整個大廳通體透明，它的各個面只顯示出鋼架和玻璃而沒有任何其余的裝飾，因而命名叫"水晶宮"。"水晶宮"的施工采用了預(yù)制構(gòu)件和現(xiàn)場裝配的建筑方法，連同它的新穎的構(gòu)思，開創(chuàng)了建筑形式的新紀(jì)元。

美國在19世紀(jì)發(fā)展了框架結(jié)構(gòu)，從1850年到1880年是美國的"生鐵時代"，用生鐵框架代替了承重墻，一些公共建筑、倉庫、辦公樓多用生鐵構(gòu)架做門面或框架。到90年代，法國首先建成了鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的教堂。

鋼鐵和混凝土材料使高層建筑成為可能，19世紀(jì)高層建筑的代表是法國的埃菲爾鐵塔，鐵塔高328米，建成于1889年。限制高層建筑的另一個因素是垂直交通不方便。1854年，美國人奧蒂斯發(fā)明了帶安全裝置的升降機，使用蒸汽做動力。1878年，又出現(xiàn)了高速水壓動力升降機，速度為每分鐘180-240米。到1889年，紐約才出現(xiàn)了電動升降機。升降機的發(fā)明為90年代出現(xiàn)10層以上高樓創(chuàng)造了條件。

3.橋梁與隧道工程

由于鐵路建設(shè)的發(fā)展需要和鋼鐵工業(yè)的發(fā)展，在19世紀(jì)40年代后出現(xiàn)了以鋼橋代替石橋的趨勢。

1847年，美國的惠普爾發(fā)明了桁架結(jié)構(gòu)的橋梁構(gòu)架方法。桁架結(jié)構(gòu)原是古代木匠建筑房屋時廣泛采用的結(jié)構(gòu)方法。惠普爾為了將這一古老的方法移植到橋梁建筑中，發(fā)展了一種關(guān)于力的承受方式和材料強度計算的科學(xué)方法，使鋼橋的設(shè)計和施工更加合理。

鋼橋代替石橋后，由于鋼材的優(yōu)良性能，使橋的跨距越來越大，這樣橋墩相對減少，使橋的造價不斷下降。為了充分發(fā)揮鋼橋跨距大的優(yōu)點，有人發(fā)明了鋼制吊橋。1850年，美國工程師特爾福特在梅奈海峽建成一座鋼吊橋，跨距達到200米。同年，羅伯特.斯蒂芬也在梅奈海峽建成一座布里塔尼亞橋，他把鋼材交叉成箱形，連接成長長的涵管形狀。1869年，基弗在著名的尼亞加拉瀑布上架設(shè)吊橋，跨距達到400米。

隧道工程也隨著鐵路建設(shè)而興起。

1818年，英國的布魯納發(fā)明了挖掘隧道的盾構(gòu)方法。這是一種全新的創(chuàng)造，它是在挖掘過程中把堅固的圓鐵筒沉在地下，利用水力使之旋轉(zhuǎn)，并在挖掘中水平前進。圓筒的前端有開口，工人在這里操縱挖掘機進行挖掘工作。由于圓筒支撐著隧道的頂部，可以保護工人不受塌方傷害。這一方法據(jù)說是從蛀蟲打洞得到的啟示。盾構(gòu)法是一種安全有效的掘進方法，它在隧道工程中發(fā)揮了巨大的作用。

1830年，喬治.斯蒂芬遜在利物浦打算修鐵路的意圖受阻，便決定在該市的地下挖鐵路隧道。他的這一創(chuàng)意使人們找到在城市中修鐵路的方法，從而導(dǎo)致19世紀(jì)后半葉開展了倫敦地下鐵路工程，在這些工程中盾構(gòu)法起了很大的作用。1842年，用盾構(gòu)法挖通了泰晤士河的河底隧道。

1830年還產(chǎn)生了一種壓縮空氣隧道施工方法。當(dāng)隧道在開掘過程中有時會遇到有水噴出的情形，此時若向隧道中輸送2-3個大氣壓的空氣就可以防止冒水。1876年，美國哈德遜河道在施工中就是使用這一方法，有效地防止了冒水的事故。后來，英國人格雷特赫德把盾構(gòu)法和壓汽法結(jié)合起來，發(fā)展成一種更安全的隧道施工方法。