Sears tower (電梯篇)

今日來到Sears tower的最後一篇, 之前講過電梯槽設計可以說是摩天大廈設計中用最多時間的一部份, 為何?

原因是電梯的配合並不是一件容易的事情, 當設計大廈早期時, 機電工程師 /屋宇設備工程師會設算這大廈大約需要多少部電梯. 電梯的多少便當然取決於大廈的層數和面積, 另一點便是電梯的速度, 工程師會計算一部電梯需要停頓的層數, 並假設電梯會停頓的次數, 需要多少時間來跑完這座大廈.

在一般情況下, 工程師都希望把等電梯的時間控制在1分鐘之內, 有時會設定在2分鐘之內. 因此有部份電梯就只跑高層、有一些就只跑低層, 目的就是希望減少停頓的層數來控制等電梯的時間. 因為萬一停頓層數大多的話, 便需要更多的電梯來滿足需求, 但大多電梯除了減少實用面積之外, 當然還增加了成本. 請不要少看一部電梯的成本, 一部普通的電梯都需要過100萬元, 如果是高速電梯或觀光電梯就更不止這個數目.

所以, 建築師和工程師便盡量把電梯的數目調整至合理的水平, 亦盡量安排電梯的排法, 如果設計出來同一區電梯是需要4部電梯平排的話, 便很容易對用家錯失電梯, 又或者是3部、3部對排的話, 亦會對用家做成困擾. 所以,近年開始流行用電腦派梯的按制系統, 就好像太古坊一帶的商廈都是用這系統, 為的是希望集中同一層的用家在同一部電梯來減少停頓的層數, 藉此減少電梯的數目, 在理論上好像可行但好像不太受用家歡迎.

萬一在設計後期收到大租戶的要求, 希望在大廈加設獨立的電梯大堂並要求部份電梯為私用電梯的話, 就更是大災難. 聽起來好像很簡單, 但如果有關佈局並未附合大租戶的要求,  就差不多要重新排過所有的電梯並重新計算有關的時間, 雖然工程部萬不願意, 但租務部的一句話” 有錢的人是最大的” 便令所有人都投降.

講到電梯就必須要講消防梯, 消防梯的要求是需要在1分鐘之內能夠把消防員送至大廈所有層數之中的其中一層, 儘管如Sears tower 或上海國金的超級摩天大廈都有同樣的要求, 所以大關的電梯都很快. 在台北101大樓的電梯是每一分鐘行540m, 所以時速可達60km/hr. 大家可能以為60km/hr不是一個很大的速度, 普通在街上的汽車都不止這個速度, 不過大家要考慮一部電梯是在靜止的狀態下, 短時間加速至60km/hr, 亦在短時間之內減速至靜止狀態, 這並不是一件簡單的事情.

要做到這樣除了要強勁的馬達和減速器之外, 還需要人類能夠承受的壓力.

F (force力) = M (mass -質量 ) x A(acceleration- 加速度)

力量和加速度(或減速度) 成一個正比, 。情況有如一個人在車上, 短時間之內加速至一個高速,亦在短時間之內停車. 他便會在加速時先彈後至椅背, 然後再在停車時向前彈.

講完上升還未講下降, 如果急速下降的話, 就很可能坐跳樓機般下降, 現實情況下當然可以做到很高速的電梯 , 汽車的引擎都可以在幾十秒之內由零加速至100km/hr, 電梯當然可以, 只是Human comfort.

所以, 建築師很多工作的時間都用在安排電梯、走火梯和電線管道的位置, 當然是盡量用最少的地方便最好, 因為可以增加銷售面積.

講到底, 消防梯在那裡? 消防梯就是大廈的送貨梯, 所以通常安排在消防門之後, 目的是讓消防員在地達火場前還有一個安全的空間準備救人, 亦避免火焰沿電梯槽漫延至其他層數.

Sears tower (摩天大廈發源地篇)

           Mies van der rohe

今日繼續講有關摩天大廈的事情, 但繼續下去之前便一定需要提一位改變了世界的建築 - Mies van der rohe. 這位德國藉的建築師可以說是摩天大廈的始祖, 他對人類的貢獻絕不簡單, 我和你都是生活在他的設計模式下生活.

大家知道混凝土是受壓力強(good in compression), 但拉力弱( weak in extension), 所以需要配合鐵筋來加強拉力, 而奇妙地混凝土和鋼鐵的熱漲泠縮程度是完全一樣的, 因此混凝土和鋼鐵可以共同使用而沒有問題, 所以對工程界來說鐵筋和水泥是上帝給予人類的一份大禮物.

另一種常用的建築材料便是工字鐵, 工字鐵的受壓力和拉力都很強而且比混凝土輕一點, 所以巴黎鐵塔和東京鐵塔都是用工字鐵作為主要材料, 但壞處是耐火度低. 鋼鐵大約在600度左右,鋼的硬度便會減少一半. 但火場一般都會有1800度的高溫, 因此便需要加上一層混凝土作為保護, 因為混凝土要在2000度左右才會燒熔.

  

330, north wabash

Mies van der rohe對人類最大的貢獻便是自創了在摩天大廈中使用了鋼結構並配合混凝土作樓板和加強耐火度之用, 並且他應該是第一代建築師發明把電梯槽放在摩天大廈中間, 而由於電梯槽需要一定厚度的混凝土牆作耐火度的保護, 這樣500mm左右厚的混凝土牆亦同樣作為結構的主要部份, 而柱便放在四周來支撐樓板.

這一個模式在1948年左右由Mies van der rohe 發明之後, 一直沿用至今. 現在接近香港所有的商業大廈都是在這個模式下演進,  Sear tower 當然都在這個模式下發展下去. 由於Mies van der rohe所設計的商廈主要都在Chicago, 因此chicago便亦因此成為摩天大廈發源地.

至於Sears tower 的設計理念其實很簡單, 就是一個正方形的地盤分成9格, 然後逐一拉高某一個層數, 所以Sears tower的外形是好像一個正方盒組合而成的.

另外, 摩天大廈的其中一個最大的敵人便是風力, 在Chicago絕對不能少看這個因素, 因為chicago應該是世界上最大風力的一個城市, chicago亦有wind city的稱號, 而香港在風力方面亦不簡單, 在世界上絕對是前列的位置.

至於超級摩天大廈如何抵擋颱風和地震? 其實我在World trade centre已提及過, 今日再作補充,當大廈愈高所承受的風力就自然愈強, 因為:

Bending Moment(擺動幅度) = Force(力) x distance(距離/高度)

所以要避免大廈因過度擺動而斷裂的話, 便需要減少大廈擺動的幅度, 地震同樣是因為大廈擺動幅度過大而導致結構損毀, 所以最簡單解決的方法便是加強結構組件來減少擺動幅度.

                                    台北101大樓的 Damper

另外, 就當然是在屋頂上加Damper, Damper是一個大約數百噸重的混凝土塊, 四邊用彈簧連接,當大廈在搖動時Damper會移至另一方以減少震動的幅度如上圖示.

大家可以看到昨日的超級摩天大廈很多都是上細下大, 就是希望減少上層的體積來減少擺動的便幅度從而減少對結構和電梯上的要求. 因此香港應該很難出現過100層高的大廈, 因為香港的發展商認為高層的銷售面積比低層更高, 所以高層的出售面積應該盡量擴大, 所以香港的IFC、ICC、中環廣場都只是在高層作少少的修細, 務求令平衡美觀和銷售兩方面, 但這樣少少的修細就不知花了多少時間才可以說服發展商.

就因為發展商不願意做一座上細下大的摩天大廈, 亦不願意為結構作過多的投資所以香港應該不大可能出現超過100層的摩天大廈.

至於  Mies van der rohe的建築將來陸續作補充, 因為他的設計風格很傳奇, 他曾經設計過最不實用的大廈, 亦設計過最實用的大廈.

其實設計摩天大廈大約需要花近一半的時間在設計電梯槽, 為何? 明天分解.

Sears tower (鬥高篇)

Sears tower, Chicago

講了幾天日本是時候轉一轉話題, 其實大家可能發現自從年初一之後我都開始擴展我的話題,除了建築物本身之外, 還希望包含多一點文化和連帶建築的人和事, 務求豐富這個網頁的內容,亦希望為自己帶來一點新鮮感, 但始終不離本位, 今日正正經經講回建築主題.

今日終於可以理行承諾為AK 君講Sears tower, 講起sears tower就必須要講它的高度.這一座曾經是世界最高的建築物原來包含了不少故事.

首先, 就是它的高度, 現在世界最高的大廈應該算是在杜拜的Burj Dubai (160層 - 818m高), 其次便是上海的國際金融中心( 101層 – 492m高) , 之後便是台北的101大樓 (101層 – 448m高), 第四便是吉隆玻的Petronas Twin Towers (88層 - 378m高), 至於Sears tower 是(108層 - 442m高), 而已倒下的World trade centre 是 (110層417m高).

大家會否發現Sear tower 的高度是比第三便是吉隆玻的Petronas Twin Towers為高, 但為何前幾年為何全世界都說Petronas Twin Towers是全世界最高的大廈呢?

以上列出的高度是計算屋頂的高度, 但若果計算Architectural features 的話又好像Sear tower比Petronas Twin Towers為高, 原因就是Sears tower的頂部的兩支並不是避雷針, 而是當地電視台的發射天線, 所以有關高度不算入大樓的高度. 而101大樓的最高部份是暸望塔, 所以屋頂部份仍是以暸望塔為最終的計算, 但其實如果計算最高層的辦公室為標淮的話, Sears tower仍是擁有世界上最高的辦公室, 因為Burj Dubai和上海的國際金融中心還未正式入伙.

 

  

Burj Dubai                     上海國際金融中心                              台北101大樓

  

  

  

        Petronas Twin Towers,吉隆玻                  Worlds trade centre, NY

其實, 當上海的國際金融中心在規劃時是一心希望設計一座大樓可以完全打破Sear tower 的所有紀錄成為世界第一高樓, 但當中東決心一開始破一個無人能破的紀錄, 一建便要建比現在所有大樓高40%的超級摩天大廈,上海的國金的夢想只能成為世界第二高的大樓, 不過現在世界上包括上海、俄羅斯、芝加哥、紐約世貿遺址都將會不斷興建500 - 600m高的大樓, 所以上海國金的世界第二高大樓的美譽將會在不久的將來被人打破, 但可能由於金融風暴的關系, 有關新發展計劃將可能推遲, 而相關的名譽將可能保留多一點時間.

講到底世界各地的人都想盡辦法興建世界最高大樓為他們的夢想, 有時儘管客觀情況未能達到目的, 於是便在計算標淮來衝出重圍, 到底世界第一大樓的意義又在何處呢?

明天將講多一點關於這位于芝加哥的摩天大廈, 因為芝加哥可以說是摩天大廈的發源地, 明天繼續.

優秀建築系列—Fallingwater

今日介紹這一座住宅同樣是每一個建築系學生必讀的建築案例，在建築史上是極度有名的。

這座建築物並不是如早前介紹過的Villa savoye 般在建築物料和工程上有重大的突破，而是在建築設計理念上的重大的創舉。這建築物是建在1934-1937年，由美國大師—Frank Lloyd Wright設計的，這個時代很多的建築師都銳意打破舊有的設計傳統，不再規限自己的設計在黃金比和中軸線的方程式，相反是希望打破正方盒的建築。

Frank Lloyd Wright 今次可以說是完全放棄了正方盒式的設計，只利用橫、直的部件來組成不同的空間，各部件綜橫交錯形成不同重疊與不重疊的空間。

這住宅名叫Fallingwater，就當然是住宅的底部是有水流經的，當Frank Lloyd Wright去到這地方時，深深被該處的瀑布所感動，認為這建築物需要完全融入這個自然環境。他認為人不應只是藏在四方盒的建築物之內，相反建築物可以是一個媒界讓人類接觸自然。因此，這建築物設有非常之多的露台讓住客可以在不同的角度來接觸這個空間，室內的窗口更是因應不同環境的角度來設置的。外牆的物料更刻意使用和自然環境配合的物料，以石材為主調，好讓整個住宅完全融入自然之中。當然最厲害是可以在屋中不同角落聽到不同的瀑布聲。

唯一分別建築物與大自然的便是直線部份，因為在大自然是沒有直線的，除了太陽和月亮之外(包括其他星球)亦沒有圓形和單一的孤線。人體同樣亦沒有直線和單一孤線的，而人類亦根本不能隨手畫一條直線的。直線是人類發明的，因為這是數學上最容易計算的，之後的孤線便需要利用微積分來計算，但是如果要計算如人體般的不規則形狀，便異常繁雜。所以，人類在設計時是盡量使用直線和相關的幾何形狀來組合，因為方便計算。

Frank Lloyds Wright就巧妙地利用直線與大自然不同的道理，在顏色上把整座大廈融合在一起，但利用直線空間使其特出。

Frank Lloyds Wright 並不是唯一一個建築師利橫、直部件來組織空間，Fallingwater亦不是世界第一座利用planar 來設計的空間，但是要做到具實用和美觀兼備的，就絕非易事，最成功的案例就莫過於Fallingwater。

Frank Lloyds Wright晚年的作品和他早期的作品有具大的分別，他早期設計的都只是典型的美國平房，但是晚年便陸續開創新的建築潮流，他對建築界的貢獻絕對不下於Le Corbusier。

Le Corbusier 就是善用正方體再配合不同的形狀來組織空間，正所謂Cubic concept。這種設計方式深深地影響了貝聿銘、安藤忠雄、Kisho Kurokawa等建築師，他們都是利用基本幾何學來組織空間和外形，而Frank Lloyds Wright則是完全開創了另一個planar 的支流。

我知道今日把太多建築理論放在文中，對行外人來說可能是一頭霧水，但是相信大家都會欣賞這住宅的設計。

像雕塑一樣的建築—Guggenheim Museum, Bilbao

上一會講完紐約的Guggenheim Museum，今會介紹西班牙的Guggenheim Museum。

這一座博物館比紐約的一座更具爭議性，因為這建築物更加違反了很多建築學的基本原則。

如果設計一座公共的建築物多數都會要求：

1)      人流動線清晰、易明，因為很多用家都是第一次使用這大廈

2)      方向感清晰，當遊客進入主入口之後，便清楚知道第一個展館，然後便自動明白另一個展館。

3)      展館的空間具靈活性，因為展覽的內容經常會改變，展品的大小都會隨之而改變，所以展覽空間需要有整合和分隔的功能來配合不同的展覽。

但是這一座博物館就接近完全違反以上的原則，第一展覽空間是分開成各個不同的小區，當旅客進入博物館之後，便會看見5個不同的展區，旅客不清楚是進入那一個空間，而且各空間並不連接，所以會出現很多盡頭路，人流動線絕不暢順。

如果是這樣的話，為何這博物館會在建築界如此有名呢? 又為何這大廈的建築師—Frank Gehry會成為大師呢?

原因就是他算是第一代推行解構主義(Deconstruction) 的建築師，而這博物館更是這主義的代表作，這建築物的外型接近完全沒有直線，完全是由多種曲線組成，而外型不同的部份是由多個不規則的型狀組合，至於組合的邏輯和理由是找不到的。形狀更不是由基本的幾何形狀如正方形、圓形、三角形等，所有的形狀都只不規則的圖案，因為Frank Gehry認為大自然根本很少出現正方形、圓形、三角形等形狀，各種大自然的東西都是由多種幾何形狀組成的，人體都不會出現一個正圓形的空間，眼球都是由多個圓形組成的，所以正方形、圓形、三角形等都是數學上的形狀，而不是大自然的形狀，而他只是把自然的美學帶進建築而已。

Frank Gehry視建築如藝術品一樣，借建築來表達他如何看這個世界、如何對待設計，務求創造出視覺上新的效果，相反建築物的功能都放在次要，因為雕塑品是不一定有其特別的功能，可能只為美學而存在，而Frank Gehry就是把建築物視為雕塑品一樣，甚至可以算是他的玩具。整座建築物的設計是完全沒有邏輯和原則，純粹是建築師內心的反映，just do what he like.

很多人批評他為何這博物館會如此奇形怪狀，又或者為何一座臨海的建築會完全看不到海呢? 但是他漠視這一切的東西，做他自己喜歡的事情，但是當世界上每一個人一看到這建築物之後，便永遠都會深深記下這建築物帶來的視覺效果。

到底設計是否必定要完全以其功能為出發點，又或者是否必須要作為設計的最重要一點呢? 這便是由大家思考的問題。

Guggenheim Museum, Bilbao官方網頁: http://www.guggenheim-bilbao.es/?idioma=en

令貝聿銘翻身的項目—美國國家藝術館東翼

1968年可以說是貝聿銘事業高峰期，因為在1964擊敗了多名大師拿下了甘乃迪總統圖書館，1966年接了Hancock tower、達拉斯行政大樓，在1968年還接下了美國國家藝術館東翼，一時間很多美國的重點項目都給貝聿銘拿下了。

但在1973年當Hancock tower的玻璃幕牆脫落時，而甘乃迪總統圖書館的選址還未得到定案，再加上多名重要客戶因Hancock tower 事件而離他而去，甚至把他列作黑名單，不能競投各大公司的項目，幸好貝聿銘還有美國國家藝術館東翼這項目為他翻身的機會。

美國國家藝術館是位於華盛頓，西翼是1941年興建的歐式建築，在1968年美術館決定增建東翼。由於西翼大樓是國家級的古建築亦是當地的地標，所以一般建築師的做法是保留舊大樓中軸線、左右對稱的做法，但貝聿銘驚人地做了一個與別不同的設計。

貝聿銘認為這地盤不是很大，大約只是舊大樓的一半面積，而且地盤不是四四方方的，根本不可能如舊大樓般做出有中軸線、左右對稱的效果。於是他便把大樓分為兩個三角形，再用一個三角形聯合起來，左邊一個主要為行政大樓、右一個三角形主要為展館，中間的三角形為中庭。雖然這大廈不是商業建築，但如此刻意制造這麼多的三尖八角的空間，在60年代可以說是完全遺反了常理。

但是貝聿銘的構想是當旅客進入了這個三角形的中庭後，再沿著三角形的路線進入不同的展廳，當通過右邊展廳之後，便會步進中庭上的橋並再次進入左邊的展廳。他刻意打破了把一個大展廳分成不同小展廳，讓旅客通過一間又一間的黑暗的房之後便完成了他們的旅程。他把展廳包圍在中庭的三邊，讓旅客是從陽光的空間進入室內的空間，再由室內步進陽光的空間。情況就有如四合院一樣，住客是通過中央庭園進入四周不同的私人室內空間，之後再通過中央庭園才進入另一邊的實室內空間。

最特別的一點，這美術館雖然是三角形，但其正門都成左右對稱的設計，而中央的庭園的中心都是對正舊大樓的中軸線，暗地裡與舊大樓配合了。

這設計最厲害一點是陽光上的處理，一個有陽光的大中庭並不是什麼特別，所有建築師都會懂得設計，但要把陽光控制得宜則是一個大學問。貝聿銘在天窗上的南邊加了一些阻擋陽光的百業，讓室內的陽光不會過高，並把天窗的框架設計成不同的三角形，這不單增加了阻擋額外陽光的效果，亦室內空間帶來與別不同的倒影，感受到一天之內時間的變化。

當太陽光在不同時候射進室內時，框架的倒影便在室內形成不同的效果。再加上當陽光照射在帶黃的雲石時，整個室內的氣氛變得和暖，令人舒懷。而且中庭中是種了數棵小樹，這除了是綠化了室內的空間之外，還可讓旅客通過植物上的改變來感受到四時之變化。

在1978年美術館開幕後，貝聿銘大獲好評，走出因Hancock tower帶來的劣勢，再加上1979甘乃迪總統圖書館終於開幕，才能令貝聿銘從谷底反彈。

不過，我相信最令貝聿銘開心的並不是生意重回正軌，而是在他臨退休前的一段訪問中，他重臨這美術館，突然一名女遊客走上前對他說了一句：You made a very beautiful building for my country. (你為我的國家建造了一座很美麗的建築。)

相信這是全世界所有建築師最希望聽到的說話。

後記:

在美術館之中，大家會發現英國雕塑大師—Henry Moore的作品，但這作品原本的大小只是現在的3分之1。在開幕初期時，Henry Moore 的作品被安排在沒有陽光角落的一旁，Henry Moore 當然向貝聿銘大表不滿並發生激烈的辯論，跟著貝聿銘說了一句：你可否把這作品做大3倍?

Henry Moore: Why Not!

就是為了鬥這一口氣，這作品便做大了三倍，並放在有陽光的空間的位置。

下會將會是Guggenheim museum

美國國家藝術館官方網頁：http://www.nga.gov/collection/20th_intro.shtm