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【听Ta说建筑】向上生长:外滩的高层建筑(一)

 黄之中 2023-09-15
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高层建筑,是建筑技术回应城市土地价格飙升、用高度换取空间的结果。1927-1937是近代上海城市建设的“黄金时期”,在此时期的一个重要的建设特征就是大量高层建筑如雨后春笋一般拔地而起,尤其在城市地价最高的外滩区域,整个街区的平均高度都在逐年攀升,六层以上甚至十层以上的建筑比比皆是。在商业、文化与象征的竞夺下,建筑的高度一再被后来者突破。

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1926年上海地价图

来源:《老上海地图》

古代的塔与楼阁、近代初期的教堂钟楼等,虽也有数十米的高度,但都是以被观看的地标“鹤立鸡群”作为宗教与精神的象征。而近代以来的高层建筑,采用竖向叠加的标准层获取更多的使用面积作为商业、办公、酒店等功能使用,是建设商实力的昭示,也是商业社会和商业竞争的产物。近代外滩,作为近代上海地价最昂贵的区域,高层建筑也在这里形成了空间聚集。

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1945年外滩鸟瞰照片

来源:《LIFE》

“高层建筑”是在建筑学科中建筑高度24米以上建筑的专有名词,而在社会文化和大众意义上,“摩天楼”是更早出现并被大众所接受的称谓。

1903年4月21日的《字林西报》(The North-China Daily News)刊登了一篇《A Sky-scraper in the Settlement》的来信,大约是 Skyscraper (中文译作“摩天楼”)第一次出现在上海的文献中。而本篇来信的内容,其实是反对在租界内建造摩天楼。但到20世纪 30年代后,摩天楼和Skyscraper已成为报纸刊物上关于现代化城市的重要标志,因为这些高层建筑可以在有限地域中更高效提供商业办公空间,解决人口增多、平面扩张带来交通不便等优势,而这些正是发达城市的特征。

高层建筑的兴盛既离不开经济与人口发展、房地产业兴盛等社会经济因素,同时,技术的发展也起到至关重要的作用。在近代上海,必须解决软土地基的处理技术,才能使巴别塔梦想得以实现。

地基与基础

上海地处长江口冲击平原,是典型的软土地质。软土松散不稳定,易沉降,不像粗颗粒砂土那样具有良好的强度可作为天然地基使用;加之上海的地下水位很高,一般在深度1米左右,基坑开挖也具有一定难度。

地基处理与建筑基础设置,是上海自古有之的难题。上海龙华塔,北宋太平兴国二年(977年)重建,砖木结构七层八角,总高约40.64米,是古代“高层建筑”的代表。其塔基分为四层,最下层为截面14X18厘米、长约30米的木桩,桩间填三合土,上铺13厘米厚垫木,木上加五层菱角牙子砖,最上层为20层方砖砌筑的砖基。

龙华塔的塔基处理经过时间的考验证实是成功的,屹立于浦江之滨千年之久,现虽有不均匀沉降而向东向北有所倾斜,但已保持稳定,可见这种密木桩基础是解决上海软土地质的有效办法。

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龙华塔塔基处理剖面图

来源:《共同的遗产》

开埠后,关于上海的地基处理是建筑师和工程师遇到的首要问题。

开埠初期,英国土木工程师和建筑师、玛礼孙洋行(Morrison, Gratton & Scott)的创建者玛礼孙(Gabriel James Morrison),因上海地质状况差甚至提议在上海只能建造非常低矮且基础巨大的建筑。

开埠初期数十年中,地基与基础技术的工程实践,可以用三代圣三一堂的建造历程为例。1848年,第一代圣三一堂在九江路建成,但因基础薄弱等因素很快损毁。数年后在原址上利用原基础和墙体建成了第二代圣三一堂,但羸弱的基础也不能保证建筑的安全,第二代圣三一堂在1862年因局部坍塌而被拆除。

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第二代圣三一堂(1858年冬)

来源:cronobook.com

1866年,第三代圣三一堂由英国建筑师司科特(George Scott)设计,在沪建筑师凯德纳(William Kidner)负责具体实施,并于1869年建成开放。施工方是英商番汉公司(Messrs. Farnham & Co.),地基打桩超过6000根木桩,木桩上铺设花岗石,作为教堂的基础。建成后的150余年时间证实,第三代圣三一堂的基础措施是正确的。

在圣三一堂以北,1893年建成了钟楼。钟楼高73英尺(22.25米),地面到塔尖十字架总高159英尺(48.46米),地基处理已经采用新的混凝土处理方式,钟楼基础在地下5英尺处,基础由边长40英尺宽4英尺厚4英寸的混凝土组成,角部采用木桩基,混凝土基础重约300吨。这一高耸的塔楼在建成后一段时间都是外滩的制高点,成为邮轮顺黄浦江到达上海最先看到的地标。

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1897年拍摄第三代圣三一堂和钟楼

来源:cronobook.com

与此同时,1901年在华外国工程师成立的“中华国际工程协会”(Shanghai Society of Engineers and Architects)将地基和基础技术作为重要的基础专题持续观察和研究。协会各年几乎均有关于基础的论文发表,协会组织成员还参加了1936年首届世界土力学与地基基础国际会议,并举办地基基础专题研讨会,成立“基础研究委员会”,对上海的基础技术发展做出了深入的探讨,也为高层建筑等大型建筑物解决沉降问题摸索出了适应性的技术方案。

建于1908年的外滩汇中饭店(Palace Hotel)高达94英尺(28.65米),是外滩地区的第一座高层建筑。建筑采用砖木混合结构,从历史图纸看,此时的基础仍为传统的大放脚形式。

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汇中饭店大放脚基础(1908)

来源:上海市城建档案馆馆藏图纸

但此后的地基与基础技术正加速发展。经历研究分析、试错、观察监测和迭代优化,到20世纪20年代高层建筑或者重要的公共建筑已基本采用平板式混凝土筏型基础与桩基结合的形式。

筏型基础如同一块平板船筏,将上部的高层建筑承托在地基上,筏板下为石灰混凝土垫层,筏板地梁下都有深插地下的杆桩。

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卜内门洋碱公司(1921)剖面图

来源:百联集团商业储运公司档案室藏

从放大节点详图看,筏板厚度大多9-10英寸不等,板下的桩长12英尺即3.6米左右,桩均匀布置在筏板地梁下。但历史图纸中Foochow Pole Piles的Foochow(福州)不知作何解释,待后续挖掘。

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卜内门洋碱公司(1921)桩基节点详图

来源:百联集团商业储运公司档案室藏

在使用筏型基础的同时,高层建筑也为了充分利用地下空间而开挖了地下室。考虑到上海地下水位高,地下室大多为地下一层,并多采用半地下室的方式还可使地下室具有一定的自然采光。地下室底板下仍是筏型基础和桩基。

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聚兴诚银行剖面图(1939)

来源:上海市城建档案馆馆藏图纸

20世纪30年代后,可靠的地基和基础技术,使新建筑的高度一再突破。1936年建成的17层中国建设银公司大楼(又称通商银行大楼),由新瑞和洋行(Davies, Brooke & Gran Architects)设计、陶桂记营造厂(Doe Kwei Kee)承建,建筑高度到塔楼(水箱层)楼面199英尺(60.66米)、塔楼屋面顶223英尺(67.97米),超越了一路之隔的14层的都城饭店与汉弥尔登双子楼,成为近代“外滩第二立面”区域的制高点。

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中国建设银公司大楼设计图

来源:《建筑月刊》第二卷第一期,1934

中国建设银公司大楼的1934年的施工过程资料,也呈现出当时用“拉森钢板桩”做围护和筏型基础下木桩打桩的情景,直观记录下近代基础施工场景。

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中国建设银公司大楼施工照片

围护用钢板桩(左),木桩打桩(右)

来源:《建筑月刊》第二卷第五期,1934

   电梯   

高层建筑在向空中发展的同时,还必须解决人员上下楼的垂直交通问题,建筑中的升降机(电梯)发挥了重大的作用。

1853年,美国发明家奥的斯(Elisha Graves Otis)在纽约世博会上向世人展示了可以防止电梯轿厢坠落的安全电梯,从而这种安全升降电梯在高层建筑中得以推广应用,解决了多层和高层建筑的垂直交通问题,为建筑继续“向上生长”提供了技术支撑。

据记载,1887年开业的五层客利饭店(Grand hotel kalee)已经安装了电梯。此后,美国沃的斯(OTIS)、德国西门子(Siemens)、英国伊斯顿(Easton)和Smith Major & Stevens等电梯厂家分别在上海开设代理,使电梯成为高品质多层和高层酒店、办公建筑的标准配置。

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沃的斯(OTIS)电梯广告

来源:1936年2约24日《新闻报》

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