3.6 房屋高度的跃进

人们很早就幻想着把房屋造得高些再高些，许多人想象过耸入云霄的高楼大厦，但在19世纪以前，由于建筑材料和技术的限制，也由于那时候社会生活还没有使用非常高的房屋的实际需求，所以实际使用的房屋极少有超过五六层的。中国山西应县木塔（1056年建成）底层直径30.27米，高66.67米，最上一层直径仍有19.34米，各层都能容纳许多人在其中活动，是历史上一座罕见的名副其实的木构高层建筑。欧洲中世纪石造的哥特式教堂建有很高的钟楼，最高的要数德国乌尔姆市那一座，尖顶高161米，但除敲钟外没有更多用途。应县木塔和哥特式教堂的钟楼都是少数的例外。

进入19世纪，首先是工业生产的需要，然后是大城市社会生活的需求，促使房屋建筑的层数和高度较快地长上去。

提高建筑层数，在技术上要解决两个问题：一个是房屋结构方面的，另一个是升降设备。

19世纪初期，七八层的纺织厂房和仓库，采用砖墙和铁梁柱的混合结构，提升货物使用简单的蒸汽推动的升降设备。首先在工业建筑中发展起来的这种结构和设备为民用建筑增加层数提供了技术准备。

19世纪后期，资本主义发达国家城市人口增加，大城市人烟稠密，房屋拥塞，用地紧张，地价大涨。而银行、保险公司、大商店、大旅馆为了商业竞争，总要争取在城市中心最繁华也最拥挤的街道两旁占有一席之地，那些地方的地价便特殊地高涨上去。在昂贵的地皮上盖房子的业主，都希望在有限的土地上造出最大的建筑面积，这种经济上的要求进一步推动人们克服技术上的障碍，把那些商业性建筑的层数不断地增加上去。这种情形在美国新兴城市中尤为明显。

用砖石承重墙结构可以建造十多层的楼房。1891年芝加哥建成一座16层的砖外墙承重的大楼——蒙那诺克大楼（Monadnock Building，1889—1891），至今仍在使用。但是这种结构有一些缺点。一是下部墙体太厚，减少了使用面积。蒙那诺克大楼底层外墙厚达1.8米。因为按照当时通行的做法，单层砖外墙厚度为30.5厘米（12英寸），上面每增加一层，底层墙厚要增加10.2厘米（4英寸），墙厚与层数挂钩，使楼房不可能建得过高。其次，砖石承重外墙上面开窗受结构强度要求的限制，不能太大。先前，人们并不要求很大的窗子，伦敦原来还实行过窗子税（window tax），窗子面积愈大，缴税愈多。1850年后废除了这个税法。（Early Victorian Architecture，p.405）在城市商业建筑中，人们需要大窗子。因为在狭窄的街道上的商业办公楼中，窗子小，光线不佳，不利于使用，会降低房间的租金。窗子小，也限制房间的进深不能太大。

19世纪后期，楼房从承重墙的种种限制下解放出来。楼房内部既然可以用铁或钢的柱子和梁取代内墙，那么，只需进一步在房屋外围也设置柱和梁，形成完全的框架结构，由这套框架承受各层楼板和屋面传来的全部荷载就行了。这样，楼房外围便可以开大窗子，其宽度可以从左边这根柱子直到右边那根柱子，高度可以从地板直达天花板。在无窗的部分可砌墙，但它们不起承重作用，只是单纯的围护构件，它们自身的重量也由框架来承受。于是，房屋的高度与墙体没有直接关系，容易向上发展。框架结构房屋的外墙可用各种轻薄材料来做，厚度大为减少，开窗也大为自由。这种结构方式，从基本原理上说，同中国的传统木框架结构相同，而与欧洲长期使用的砖石承重墙体系大相径庭。所以出现全框架结构的建筑是一项有重要意义的发展。1851年伦敦水晶宫是少层的全金属框架结构。1885年，在芝加哥建成一座10层的铁框架建筑——家庭保险公司（Home Insurance Building，Chicago，1884—1885，建筑工程师William Le Baron Jenney）。它的柱子有的是圆形铸铁管柱，有的是锻铁拼成的方形管柱，梁是锻铁制的矩形截面梁。这些构件用角铁、铁板和螺栓联结。大楼采用混凝土筏形基础。家庭保险公司被认为是最早的全框架高层商业建筑。

与此同时，资本主义各国的钢产量迅速增加。价格下跌，性能更好的钢材逐步取代建筑中的铁材。1885年有了辗压法制出的工字型钢。1889年芝加哥最早使用铆钉连结钢结构，质量比螺栓连结好，施工速度加快。

起初，许多人对高层金属框架结构的可靠性不大放心。1888年，纽约第一次建造11层框架结构房屋时，遇到大风雨，人们纷纷赶去围观，看它是否稳固。次年在为纪念法国大革命100周年举办的巴黎博览会中，出现了一座高达300米的铁塔（Eiffel Tower），它是由法国著名工程师埃菲尔（G.Eiffel，1832—1923）负责设计的，故称埃菲尔铁塔。这座铁塔有1.2万个构件，用250万个螺栓和铆钉连结成为整体，共用去7000吨优质钢铁。铁塔耸立至今已一百多年，它已成为巴黎的标志。铁塔虽然不是房屋，但它的建成有力地证明了钢铁框架的优异性能，在19世纪末期预示着建筑向上发展的巨大可能性。

步行上下五六层的楼房使一般人感到吃力，在没有自来水和暖气设备的时期，把水和燃料送上楼也是不小的负担。在没有升降机的楼房中，房间的实用价值和租金与楼层高度成反比，高到一定程度实际上就无法使用了。升降机械的历史也很久远，原来是用兽力和人力驱动，只用在特殊的场合。19世纪前期，改用蒸汽动力，升降机械多用于厂房仓库运送重物。在民用建筑中用来乘人的升降机必须稳当安全。19世纪中期许多人对升降机作了很多改进。曾经有人创制过用水的重量带动的升降机：载人的笼子与水箱挂在滑轮的两边，水箱注水，笼子上升，放水则下降。还有一种利用水压提升的升降机，办法是在楼房底下竖埋一根水管，利用水压使管中的活塞上下往复运动，安置在活塞杆顶上的载人箱笼随之上上下下，这种方式所能达到的高度取决于地下埋管的深度，很受限制，但人们心理上觉得这是安全的办法，因为它有底。水力升降机曾短时间流行过。美国人奥的斯（E.G.Otis）原来开一家小工厂生产铁床，他对蒸汽驱动的货运升降机加以改进，装上保险设施，吊索一旦断裂，升降机立即自动卡住，不致一坠到底。1853年他在纽约“水晶宫”博览会（追随伦敦水晶宫而取名）展出他的机械，并当众割断吊索证明其安全性能。奥的斯公司遂成为著名的升降机公司。应用电力以后出现了电梯。1893年芝加哥世界博览会上展出了最早的商品化的电梯。以后不断改进，无齿导轨取代有齿导轨，电梯速度越来越快。加上给水、排水、供暖、照明和通讯等设备的相应改善，大城市中楼房层数得以迅速增加。1891年芝加哥出现22层的大楼，1898年纽约建成26层的高楼。它们是20世纪摩天楼——超高层建筑的先声。