清华大学青蛙顶顶岩建造历史

清华大学青蛙顶顶岩建造历史

中国现代大学的产生和发展是洋务运动失败后，在“欧洲风暴”结束的时代背景下，政府指导的现代化进程的重要体现。1901年“新政”开始后,西式学堂在各地成立,不但改变了传统教育的发展模式,冲破了两千多年的以儒家教育为中心的窠臼,而且在校园景观和建筑风格上也取法于西方1909年创建的清华学堂是用美国退还的一部分庚子赔款办起来的留美预备学校,原名“游美肄业馆”,美国称之为“赔款学校”(indemnityschool)。1912年中华民国建立后又将清华学堂改为清华学校(TsingHuaCollege)。由于与美国的特殊关系,清华在办学方面具有一定的独立性,加之经费充足,迭次扩张地界,且累年添置校舍及器材,至1920年代末不但发展为国内外知名的综合性大学,其校园环境也代表了我国近代大学校园建设的典范大礼堂是清华初期的“四大建筑之一”,一直以来都是清华的标志性建筑。自1921年4月竣工以来,它经历了多次的维修和整改1墨菲阿尼尼kraft的大学与东亚,新古典经济空间游美肄业馆自1909年8月开始筑围墙、建校门、修缮工字厅等原有建筑,同时建造一院大楼(今清华学堂大楼西半部)等建筑,并先后于1911年完竣周诒春是安徽休宁人,于1909年获得耶鲁大学硕士学位,1913年10月正式受命成为清华第二任校长后由于周诒春和墨菲都是耶鲁大学的校友,并且周当时还担任着雅礼大学(CollegeofYale-in-China)的副校长墨菲是耶鲁大学1899年毕业生,丹纳(RichardHenryDana)则在获得哈佛的学位后,后又在耶鲁取得了建筑文凭,他们合伙在纽约开办了事务所(MurhpyandDanaArchitects)。因此这一事务所与耶鲁大学关联密切。他们早期的业务主要是为美国中产阶级设计住宅,项目集中在纽约周边及美国东北部地区,规模通常不大。1914年以后,墨菲因其耶鲁大学校友的关系,取得了主持设计雅礼大学的机会,以此为契机,遂将业务范围扩展到东亚根据至于建筑样式的选取,虽然墨菲一开始建议采用类似雅礼大学的大屋顶建筑样式,但周诒春对此并不感兴趣,并且基地本身除工字厅外别无可观的传统建筑。因此,考虑到经济成本和实用性,双方商定不采用中国式的大屋顶,但“在不影响使用功能的情况下掺入传统元素”关于大礼堂的设计原则,备忘录明确指出:“需容纳约1000名观众,所有坐席都拥有相对舞台的良好视觉效果;正门的设计需庄重醒目,满足便捷疏散的要求;内部设有宽敞的舞台,满足毕业典礼排练和音乐会等需要;除正门外有独立的出入口。”墨菲在最初的大礼堂设计中采用了和1903年弗吉尼亚大学圆厅大楼重建时同样的结构形式,甚至也想在穹顶中心部位做一个采光顶(图4)。虽然最后的实际建设与此判然不同,但从此图纸上仍能感受到20世纪初叶我国和外部世界的密切联系:西方的资本、人员、技术、思想源源不绝,纷至沓来,这种“欧风美雨”深刻影响到了我国近代校园规划和建筑。2uaseno推荐的社会支付抗混合膜图穹顶是大礼堂的标志元素。在最初的大礼堂剖面设计图中,可见两处“GuastavinoDomeandRibsSystem”字样的图注。那么,这究竟指的是什么建造技术呢?为了解答这个问题,需要先回顾象征着古代西方建筑艺术成就的拱券和穹顶建造技术的发展历史。2.1古罗马时期的设计特点券(Arch)和拱(Vault)是由块状料(砖、石、土坯)砌成的跨空砌体。在以砖石为特征的西方建筑史上,拱顶(Vault)是一种古老的建筑结构,在古埃及法老的陵寝中就出现了。古罗马时期,由于拱券结构技术的日臻成熟和火山灰混凝土工艺的发明,拱券进一步被造成尺度恢弘的穹顶(Dome),产生了崭新的艺术形象,如罗马万神庙。古罗马时期已发展了筒拱和侧角拱技术,拜占庭帝国时期则创造性地发明了帆拱,使建筑构图相较侧角拱显得更为单纯和饱满。但由于饱满的拱券和穹顶举高较高,耗费石材较多,并且施工中还需要大量的木材作为模板承重,对工艺的要求也较高(图5),因此仅在教堂、宫殿等重要建筑中使用。2.2木肋部分的构件火山灰混凝土技术失传以后,西方建筑使用了以石或木材为骨架来建造结构穹顶,这些骨架成为“肋”(rib)木肋穹顶虽具有质轻、造价低的特点,但易发生火灾,如弗吉尼亚大学圆厅大楼的穹顶就在1895年被大火摧毁。因此,19世纪后期当铸铁技术发展成熟后,铸铁取代了木材成为主要的穹顶骨架。2.3关斯塔维诺体系传统的砖石拱券和穹顶,是利用材料的重力,使相邻的块材相互挤压而保证结构的整体稳定性。并且,构成券拱的块材只有一条竖缝,缝内填筑砂浆等材料,砂浆本身不起主要的结构作用(图7)。17世纪中期,法国南部地区鲁西永(Roussilon)地区的匠人发展出了平瓦拱技术(FlatVault,也称RoussilonVault),即采用轻质、廉价的瓦片,将之和速干的石灰黏成一体,举高很低,节省材料,且具有防火功能,因此在法国南部得到广泛应用这种新的发券方式使用轻质的瓦片为材料,结构的整体稳定性取决于砂浆或灰浆和瓦片间的粘结强度。由于砂浆将瓦片连成一个整体,因此大大减少拱顶结构的侧推力,从而解放了传统拱顶两侧沉重的墙体。这种方式不仅限于建造穹顶,加泰罗尼亚地区的著名建筑师如高迪等人也将之应用到墙体、楼面和柱子上,因此出现了如米拉公寓那样波动起伏墙面的新奇建筑。关斯塔维诺(RafaelGuastavino,1842-1908)是将这种技术发扬光大的关键人物。他出生于加泰罗尼亚地区,曾在1876年的费城美国建国百年博览会上使用这种技术建造了西班牙馆,后携家人于1881年移民美国,在1889年建立了自己的公司,将这种从西班牙引进的穹顶建造技术命名为关斯塔维诺体系(GuastavinoSystem)关斯塔维诺体系的主要特征是利用特质瓦片与速干波特兰水泥灰浆连为整体,由于水泥的速干性能使“工人能在前一天拼接好的瓦上继续施工,从拱的两端向中心进行”,从而在施工过程中不需要模板为支撑,使造价和施工时间均大为减少。关斯塔维诺的儿子在20世纪初发明了声学瓦片(先后开发出两种即RumfordTile及Akoustolith),解决了大空间中的声学问题,使关斯塔维诺穹顶体系能被广泛应用于教堂、音乐厅、大礼堂等对声学要求较高的建筑中然而,以纽约为总部的关斯塔维诺公司在1910年代正是其最辉煌的时期,为众多的建筑事务所所熟知。将办公处同样设立在纽约的墨菲,通过当时建筑报刊上接连登载的建筑作品3大学礼堂顶板结构的测量与分析3.1私家车天台顶结构2012年底作者于耶鲁大学查得墨菲大礼堂原始设计的方案图纸,测绘开始前并取得了历次测绘的图纸,基本掌握了大礼堂的基本结构和历史资料等情况。由于穹顶部分极少有建筑师进入,所以将弄清大礼堂穹顶的结构作为此次实测的主要目的。大礼堂为2层建筑,池座层的建筑面积为1156.0m大礼堂的平面基本是由一个正方形的四边向外推出成为基本形,再在南北两个方向继续向外推出了同边长的附加空间构成,其中南边的附加空间为门厅,北边附加空间为门厅化妆间。4根柱子形成了整个大礼堂最重要的结构体系,将上部受力传入地下,正方形为最合理的结构形式,保证了受力的匀称和整体的稳定性。正方形平面四边外推部分实际测得为砖制的半圆拱顶结构,虽然理论上不存在侧推力,但实际仍在夹角部位附加了正方形的砖筒作为支撑,它们分别被用作侧入口的进厅(北)和楼梯间(南)。实地勘察发现大礼堂穹顶构成,实际是以底部正方形为基础,顺次连接每边1/3处,形成一正八边形。八边形的八边均使用钢筋混凝土制成,形成圈梁(图10)。将此正八边形举高6m形成抬起的鼓座,半圆形的外穹顶即架在此鼓座之上(图11)。外穹顶为混凝土制成,视线可及,钢筋外露,并有木模板留下的痕迹。穹顶内的柱子亦为混凝土制成,并随穹顶而发生扭曲,应为支模灌注而成(图12)。这种扭曲和古代西方的侧角拱类似,是为了在正方形的平面上覆盖半圆穹顶而采取的措置。有意思的是穹顶内部正中有一八角形木梁形成的木框架结构,被与八边相交用的木肋条支撑起来,但主要的受力应是10根从混凝土穹顶下悬到木梁上进行拉结的钢筋(每边各一根,中间两根,图13)。八角形的木框架为吊顶的主要拉结部分;八角形内另有一较小的八角形木框架,作用亦当是作为龙骨拉结其下的吊顶(图14)。吊顶(麻刀石灰抹面)也形成了一个半圆的穹顶,显得较为接近观众,并更符合声学原理。因此,大礼堂的穹顶为双层壳形式,外层为混凝土(配少许钢筋)壳,为受力结构,并起防水的功能,混凝土壳的室外部分铺覆黄铜作为饰面材料;内部的第二道穹顶则为不受力的抹灰吊顶;两层壳之间中空约7.5m。根据实测结果,清华大礼堂的穹顶结构没有使用关斯塔维诺穹顶结构,而是使用了在当时造价更高的钢筋混凝土薄壳结构,并在其下用木龙骨吊顶形成第二道穹顶。3.2guastireno结构通常而言,关斯塔维诺穹顶结构或粘结力拱券结构较适合正在于缺少钢材等建筑材料、同时劳动力充足的较为贫瘠的地区墨菲在1918年6月2日寄给Dana的信上,除在介绍了图书馆、体育馆两处建筑的施工进展情况外,有一段关于在建的大礼堂的穹顶样式选择的论述:“我已向赵强烈建议对穹顶、筒拱和其他类似部位的建造采用GuastavinoAkouslotith结构(预算约需1.75万美元,另加外装饰等项目,总共约需2.8万美元)。赵本人很喜欢这种方案,并准备将之纳入预算;但是,当然,这一建议可能会被外交部否决之后,墨菲讨论了室内灯具和人工照明方式的问题。可见,墨菲当时已经放弃了原设计图纸上利用关斯塔维诺体系开天窗采光的方案。细看原设计的剖面图注,制图人将两处“Guastavino”均错写成“Guastivino”;在如果墨菲早知道关斯塔维诺公司不单独出售声学瓦,而只作为承包商承建穹顶的建造的话,可能不会迟至1918年还在向赵国材推荐这种建筑技术周诒春于1917年3月1日写给墨菲的信中,曾提到“由于图书馆和体育馆两处建筑的花费太大,!!(大礼堂和科学馆的)两幢建筑的建造在能达到使用要求的情况下,应当尽可能地削减预算。”4以“西方化”为近代化相麻黄的校园规划和建筑清华早期校园规划的制定和实施,与清华建校的背景及其办学方针和教育政策密切相关。而其与美国间千丝万缕的联系,使清华在王府苑囿的基础上发展为一所近代大学,并采用了20世纪初美国大学中常见的空间模式但是,后两者的研究尚待深入。例如,清华校史凡提及早期的校园建设,多语焉不详。如“(早期)清华大学的……系馆建筑等方面,大多是以英美、主要是以美国著名的大学为蓝本。”在“新政”时期自上而下的近代化改革浪潮中,在这种以“西方化”为近代化相标榜的时代,清华大学校园规划和建筑的形式和技术也体现了这种全球关联性。一个典型的例子是在大礼堂的设计方案中使用了当时美国非常流行的关斯塔维诺穹顶建造体系,如果真能照此建成,则大礼堂的室内形象会在全球建筑史上留下