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早期钢架高楼大厦

虽然这些惊人的结构是关注的中心,一个新的和更重要的技术正在发展:钢-框架高层建筑。它开始于芝加哥这座城市的中央商务区正在迅速发展。19世纪80年代初,土地价值的压力导致业主要求更高的建筑。的工程师威廉·勒·巴伦·珍妮以十层楼的建筑回应了这一挑战房屋保险公司大楼(1885),它几乎完全是全金属结构。框架由铸铁柱支撑熟铁组成以及在施工期间被替换的两层轧制钢梁;这是第一次在建筑中大规模使用钢材。金属框架完全被包裹在里面或陶土瓦包层因为钢铁在加热到400°C(750°F)以上时就会开始失去强度。珍妮的曼哈顿的建筑(1891)有第一个垂直桁架支撑,以抵御风力;刚性框架或门式风支撑首次用于邻近老殖民地建筑(1893年)由建筑师设计威廉Holabird还有马丁·罗奇。全钢框架终于出现在珍妮的Ludington建筑(1891)和公平的商店(1892)。

基金会考虑到芝加哥市中心的软粘土,这些高层建筑的倒塌造成了一个主要问题。可以追溯到埃及人的传统的铺地式脚底被证明是不充分的以防止由于许多楼层的沉重负荷而下沉,木材桩(罗马发明)被推到基岩上。对于13层楼来说证券交易所大楼(1892),工程师Dankmar阿德勒使用了沉箱基金会中使用的建设。用木板护套支撑的圆柱形轴被手工挖到基岩上,并填充混凝土,形成一个坚固的墩,以承受钢柱的沉重载荷。

到1895年,一种成熟的高层建筑技术已经发展起来:用螺栓或铆接连接的轧制I型钢梁框架,对角线或门式风支撑,粘土瓦防火,以及沉箱基础。电动电梯是垂直的运输,但其他环保技术仍然相当简单。室内照明不过还是从白天开始的补充用电灯。有蒸汽加热,但没有冷却,通风依赖于操作窗口;因此,这些建筑需要狭窄的地板空间,以提供足够的光线和空气。在高层建筑中同样重要的是内燃机(它是由尼古拉斯•奥托1876年)在建筑工地;它取代了马和人的肌肉力量来完成最重的举重任务。在接下来的35年里,建造了更高的钢框架建筑;在芝加哥共济会神庙(1892年)丹尼尔。伯纳姆约翰·鲁特爬到了22层楼(91米或302英尺),但随后领导权转移到了纽约市26层楼曼哈顿人寿大厦(1894年)。的辛格大厦(1907年)由建筑师欧内斯特·弗拉格建造,高47层(184米或612英尺),卡斯吉尔伯特伍尔沃斯大楼(1913)获得55层,238米(792英尺),以及Shreve, Lamb & Harmon的102层帝国大厦(1931年)达到381米(1250英尺)。对高层建筑的争夺突然停止了大萧条而且二战期间在美国,高层建筑直到20世纪40年代末才恢复建设。

大跨度建设

从1895年到1945年,钢结构的大跨度建筑比高层建筑发展得慢,没有一个跨度超过了机械展厅的跨度。双铰链(由两端铰接的单个部件制成)和三铰链(由两个成员铰接在两端和在皇冠的交汇点)桁架拱被广泛使用,最大的例子是两个大飞艇位于新泽西州的美国海军机库——第一座建于1922年,跨度为79米(262英尺),第二座建于1942年,跨度为100米(328英尺)。的平面桁架也被使用,达到了91米(300英尺)的最大跨度格伦马丁公司飞机组装大楼(1937年)在巴尔的摩。电电弧焊这是另一项重要的钢铁技术,在这个时期被应用于建筑,尽管原理在19世纪80年代已经发展出来。从1920年开始,第一批全焊接多层建筑是西屋电气公司的一系列工厂。焊接刚性框架成为一种新的结构类型的中等跨度,达到23米(77英尺)的长度辛辛那提联合车站(1932年),但是广泛的焊接直到1945年后才开始使用。

门的混凝土

第二次工业时代还见证了混凝土与钢的复合关系的重新出现,创造了一种将迅速在建筑中发挥主要作用的技术。这一过程的第一步是制造更高强度的人造水泥。石灰砂浆——由石灰、沙子和水制成——自古以来就为人所知。18世纪晚期,英国工程师对它进行了改进约翰Smeaton他在混合物中加入了砖粉,并通过添加鹅卵石作为粗料制成了第一个现代混凝土约瑟夫Aspdin他为第一个真正的人造水泥申请了专利,他称之为硅酸盐水泥,在1824年;这个名字意味着它的质量与波特兰石相同。为了制造波特兰水泥,阿斯丁燃烧石灰石和粘土一起在窑里;粘土提供了硅化合物它与水结合时形成的化学键比石灰石中的钙化合物更牢固。19世纪30年代另一位英国水泥制造商查尔斯·约翰逊(Charles Johnson)看到了高温燃烧粘土和石灰石至白热的重要性,此时它们开始融合。在这一时期,素混凝土被用于墙壁,有时在铁架工厂的熟铁梁之间的地板拱中,它取代了砖。预制混凝土块也被制造出来,尽管它们直到20世纪才与砖有效竞争。

发明钢筋混凝土

第一次使用铁钢筋混凝土是由法国建筑商François Coignet in巴黎19世纪50年代。柯伊奈自己在巴黎的全混凝土房子(1862年),屋顶和地板都用I型小熟铁梁加固,至今仍屹立不倒。但钢筋混凝土发展始于法国园丁约瑟夫Monier1867年,该公司发明了用铁丝笼加固的大型混凝土花盆。法国建筑师弗朗索瓦Hennebique将莫尼埃的想法应用到地板上,用铁棒加固混凝土梁和板;Hennebique是第一个意识到杆必须向上弯曲才能在支承处承受负力矩的人。1892年,他关闭了他的建筑业务,成为一名咨询工程师,建造了许多由柱、梁和板组成的混凝土框架结构。在美国Ernest Ransome与Hennebique的作品平行,用混凝土建造工厂建筑。高层混凝土结构紧随其后范式钢框架。例子包括16层楼1903年,位于辛辛那提的英格尔斯大厦,高54米(180英尺),11层皇家肝脏大厦(1909年),建于利物浦Hennebique的英国代表Louis Mouchel后一种结构是欧洲首创摩天大楼它的钟塔高达95米(316英尺)。由于混凝土的强度和刚度远低于钢,混凝土建筑的高度提高进展缓慢。

在1900年到1910年之间,结构的弹性理论终于被应用于钢筋以科学的方式具体。埃米尔Morsch德国Wayss and Freitag公司的总工程师,提出了这一理论,并在斯图加特技术大学进行了详细的实验测试。这些试验确定了变形钢筋与混凝土良好结合的必要性,并证明任何构件的钢量应限制在面积的8%左右;这保证了缓慢的弹性失效,而不是突然脆性破坏的混凝土,在情况下意外超载。1930年,这位美国工程师弯矩分配引入了刚性框架近似分析的松弛法,极大地简化了混凝土结构的设计。在约翰逊-博维大楼(1905年)位于明尼苏达州明尼阿波利斯市,美国工程师C.A.P.特纳(C.A.P. Turner)使用了没有横梁的混凝土楼板(称为混凝土楼板)平坦的石板或者平板)使用对角线和正交钢筋的图案。这个系统在1912年由瑞士工程师设计,它将柱子之间的凹槽分为柱带和中间带,只使用正交的条形排列,至今仍在使用罗伯特Maillart