98 BUILD 120 October/November 2010

98 BUILD 120 October/November 2010 BUILDING HISTORY BUILDING HISTORY Iron before steel Steel is now widely used to support buildings – whether as reinforcing in concrete, hot rolled sections for multi-storey tower blocks or cold formed sections for smaller- scale buildings – but iron came first. By Nigel Isaacs, BRANZ Principal Scientist and Teaching/Research Fellow, Victoria University of Wellington It was centuries after the start of the Iron Age, around 1200 BC, before iron was widely used in buildings. Because of limited and costly supplies, its first uses were in conjunction with stone or brick. Unlike stone or brick, iron performs well in both tension and compression, although it’s about five times stronger in compression. Iron in construction The strength of iron largely relates to the proportion of carbon: cast iron has around 3% carbon; wrought iron under 0.1%; and steel a controlled proportion from 0.15 to 1.5%. Smelting iron ores into metal invariably involved the use of fuels and furnaces (wood or coal) that created an uncontrolled carbon environment. Repeated striking with hammers (and in the industrial revolution, by power rollers) forced out carbon and other impurities to create wrought iron – less brittle than cast iron although not as strong as steel. By the 1st century, Vitruvius was recording the use of iron clamps for binding stone or brick walls to prolong their life and iron frameworks to support vaulted ceilings. In medieval buildings, wrought iron rods were used: ❚ to stabilise the stone voussoirs in arches ❚ as ties to transfer the tension forces between the tops of walls or columns ❚ in the mullions and frames in large stained glass cathedral windows. Bigger buildings needed greater strength As buildings became larger, wrought iron’s tensile strength became ever more important. Filippo Brunelleschi’s great Duomo, the 42 m cupola on the Cathedral of Santa Maria del Fiore in Florence, was completed in 1436. It used three iron ‘chains’ formed of sandstone blocks linked by wrought iron cramps embedded in the masonry to encircle the dome and resist the horizontal thrust. Once sufficient iron was being produced at a reasonable cost, it was used as a major construction material. The first cast iron bridge – ‘Ironbridge’ at Coalbrookdale, England – was completed in 1779. The five cast iron ribs span 47 m, supporting cast iron spandrels on which the roadway is carried. Reflecting the lack of experience with this new material, ‘timber’ jointing techniques such as dovetails, wedges, and mortise and tenons were used. Wrought iron and riveting Henry Cort’s 1784 patent for ‘puddling’, where a shallow tank (puddle) of molten iron was heated by flames from a separate furnace, enabled production of wrought iron. Wrought iron could be rolled into plates or rods. Plates could be riveted to form boilers or shaped into corrugated iron. Rods could be used to make nails and form ties for masonry or timber trusses. Riveting, developed by boilermakers and ship builders, could create spans longer than 60 ft (18.3 m). Girders could then be made of wrought iron plates and angles as well as Z, H and I shapes. The 1851 Great Exhibition, ancestor of the modern World Fair (including Expo 2010 Shanghai), was housed in the Crystal Palace, a 70,000 m² expanse covered with a glass and steel framework, designed by Joseph Paxton. The prefabricated, modular construction, self-scaffolding frame system was erected in only 27 weeks. It made extensive use of wood and iron – 24 ft (7.3 m) nominal span wooden trusses assembled with screws, wooden pins and wrought iron straps, 24 ft cast iron girders and 48 ft (14.6 m) and 72 ft (21.9 m) combined cast and wrought iron trusses assembled with rivets. Iron houses make it to New Zealand By 1855, portable iron and timber-framed houses were being imported into New Zealand (see Build 108, pages 94–95). The benefits of iron construction were recognised in The City of Auckland Building Act 1854, Puddling furnace built to smelt ironsands at Onehunga in 1883. (Source: Chambers, 1917, ‘New Zealand ironsands’, Transactions of the New Zealand Institute.) BUILD 120 October/November 2010 99 which permitted buildings to be constructed of ‘iron or other incom- bustible material’ without restriction – presumably due to their lack of flammability. Blacksmiths could work with imported iron to meet a wide range of industrial, agricultural, residential and building needs. Early foundries include the Vulcan Foundry started in Wellington in 1847, John Anderson’s Canterbury Foundry in Christchurch in 1857, the Phoenix Foundry in Auckland in 1861 and A & T Burt in Dunedin in 1862. The first publication of the Statistics of New Zealand in 1865 recorded imports of bolt, bar, hoop and pig iron totalling 5,506 tons (5,594 tonnes) – equivalent to 23 kg per head of population. In 2010, the national steel consumption is about 150 kg per head of population, although about 58 kg of this is from New Zealand ironsand and about 46 kg is from steel that has been recycled here. The 1867 Census of Manufactories, Works, etc recorded 16 ‘iron and brass foundries’ throughout the country. By 1870, there were 28 foundries employing 855 people. Cast iron from household items to lighthouses Cast iron items in everyday household use included coal stoves from ‘iron- master’ Henry Ely Shacklock’s South End Foundry (started in Dunedin in 1871) and kettles and pots. It could also be used as decorative balustrades, valances and brackets. Structural cast iron was also available. The first Canterbury races held in Christchurch on 19 January 1864 had a new grandstand supported by cast iron pillars made in the Canterbury Foundry. Although cast iron housing was being produced in England in 1843 and being promoted in New Zealand newspapers, it doesn’t seem to have been used here, possibly because of the wealth of other portable and reasonably durable materials. On a far larger scale, the Thames Iron Works made cast iron lighthouses for Cape Campbell (1905) weighing 63 tons (64 tonnes), Cape Brett (1910), East Cape (1900) and Kahurangi Point (1903). Wrought iron was also widely used in early New Zealand, including as corrugated iron (see Build 95, page 115). A two-room ‘wrought iron cottage’, imported from England, was auctioned in Auckland on 14 May 1851. The story continues in the next Build with the building history of steel framing. East Cape Lighthouse (1900) made in cast iron by the Thames Iron Works. (Source: Cyclopaedia of NZ Vol. 2, Auckland 1902.) 4668 Barnes Voidform Ad Paths.indd 1 6/3/09 2:49:24 PM

Kết quả (Việt) 2:

98 BUILD 120 tháng mười / tháng mười một năm 2010 XÂY DỰNG LỊCH SỬ LỊCH SỬ XÂY DỰNG Sắt Thép giờ trước khi được sử dụng rộng rãi để hỗ trợ các tòa nhà - cho dù là gia cố bằng bê tông, phần cán nóng cho khối tháp cao tầng hoặc phần hình thành lạnh cho các công trình quy mô smaller- - nhưng sắt đến đầu tiên. Nigel Isaacs, BRANZ nhà khoa học chính và giảng dạy / nghiên cứu viên, Đại học Victoria của Wellington Đó là thế kỷ sau khi bắt đầu thời đại đồ sắt, khoảng 1200 trước Công nguyên, trước khi sắt được sử dụng rộng rãi trong các tòa nhà. Do nguồn cung hạn chế và tốn kém, sử dụng đầu tiên của nó là kết hợp với đá hoặc gạch. Không giống như đá hoặc gạch, sắt hoạt động tốt trong cả hai căng thẳng và nén, mặc dù nó mạnh hơn gấp năm lần trong nén. Sắt xây dựng Sức mạnh của sắt chủ yếu liên quan đến tỷ lệ carbon: gang có khoảng 3% cacbon; sắt non dưới 0,1%; và thép một kiểm soát tỷ lệ 0,15-1,5%. Luyện quặng sắt thành kim loại không thay đổi liên quan đến việc sử dụng các nhiên liệu và lò nung (gỗ hoặc than) đã tạo ra một môi trường carbon không kiểm soát được. Lặp đi lặp lại nổi bật với búa (và trong cuộc cách mạng công nghiệp, bằng các con lăn điện) buộc phải rời khỏi carbon và các tạp chất khác để tạo ra rèn sắt - ít giòn hơn gang mặc dù không mạnh mẽ như thép. Vào thế kỷ thứ 1, Vitruvius đã ghi việc sử dụng các kẹp sắt để gắn đá hoặc gạch tường để kéo dài cuộc sống và khung sắt của họ để hỗ trợ trần nhà hình vòm. Trong tòa nhà trung cổ, rèn thanh sắt đã được sử dụng: ❚ để ổn định voussoirs đá trong vòm ❚ như các mối quan hệ để chuyển các lực lượng căng thẳng giữa các đỉnh của bức tường hoặc cột ❚ trong song cửa và khung cửa sổ bằng kính màu trong nhà thờ lớn. Tòa nhà lớn hơn cần sức mạnh lớn hơn như các tòa nhà trở nên lớn hơn, rèn sức bền sắt trở nên quan trọng hơn bao giờ hết. Lớn Duomo Filippo Brunelleschi, mái vòm 42 m trên Nhà thờ Santa Maria del Fiore ở Florence, được hoàn thành vào 1436. Nó được sử dụng ba sắt 'chuỗi' hình thành các khối đá sa thạch được liên kết bởi chuột rút bằng sắt nhúng vào nề bao vây và mái vòm chống lại các lực đẩy ngang. Sau khi đủ sắt đã được sản xuất với chi phí hợp lý, nó được sử dụng như một vật liệu xây dựng lớn. Cầu gang đầu tiên - 'Ironbridge' tại Coalbrookdale, Anh - được hoàn thành vào 1779. Năm sườn gang kéo dài 47 m, hỗ trợ spandrels gang mà trên đó các đường được thực hiện. Phản ánh sự thiếu kinh nghiệm với các vật liệu mới này, 'gỗ' kỹ thuật nứt nẻ như ăn khớp, nêm, và mộng mộng và đã được sử dụng. Wrought sắt và 1784 bằng sáng chế tán đinh Henry Cort cho 'puddling', nơi một bể cạn (vũng nước) của sắt nóng chảy đã được làm nóng bởi ngọn lửa từ một lò riêng biệt, cho phép sản xuất sắt non. Sắt rèn có thể được cuộn lại thành tấm hoặc thanh. Mảng có thể được gắn chặt để tạo thành nồi hơi hoặc hình thành tôn lượn sóng. Thanh có thể được sử dụng để làm móng tay và các mối quan hệ hình thức cho xây hoặc gỗ giàn. Khoan đứng, được phát triển bởi nồi hơi và các nhà xây dựng tàu, có thể tạo ra nhịp dài hơn 60 ft (18,3 m). Dầm sau đó có thể được làm bằng các tấm sắt và góc độ cũng như Z, H và I hình dạng. Các 1851 Đại triển lãm, tổ tiên của hội chợ thế giới hiện đại (bao gồm cả hội chợ triển lãm Thượng Hải năm 2010), được đặt trong Crystal Palace, một vùng 70.000 m² được phủ một khung kính và thép, được thiết kế bởi Joseph Paxton. Các cấu kiện đúc sẵn, xây dựng mô-đun, hệ thống khung tự giàn giáo được dựng lên chỉ trong 27 tuần. Nó làm cho sử dụng rộng rãi của gỗ và sắt - 24 ft (7,3 m) khoảng giàn gỗ danh nghĩa lắp ráp bằng ốc vít, chân bằng gỗ và dây đai bằng sắt, 24 ft đúc dầm sắt và 48 ft (14,6 m) và 72 ft (21,9 m) kết hợp đúc và vì kèo bằng sắt lắp ráp với các đinh tán. Nhà sắt làm cho nó đến New Zealand bởi năm 1855, sắt di động và nhà khung gỗ đã được nhập khẩu vào New Zealand (xem Xây dựng 108, trang 94-95). Lợi ích của việc xây dựng sắt đã được công nhận ở Thành phố Auckland Luật Xây dựng năm 1854, xây dựng Puddling lò để nấu chảy ironsands tại Onehunga năm 1883. (Nguồn:. Chambers, năm 1917, 'New Zealand ironsands', giao dịch của Viện New Zealand) BUILD 120 Tháng Mười / 99 tháng 11 năm 2010 trong đó cho phép các tòa nhà được xây dựng trong 'sắt hoặc vật liệu bustible incom- khác không hạn chế - có lẽ là do họ thiếu tính dễ cháy. Thợ rèn có thể làm việc với sắt nhập khẩu để đáp ứng một loạt các nhu cầu công nghiệp, nông nghiệp, khu dân cư và xây dựng. Đúc ban đầu bao gồm các Vulcan Foundry bắt đầu tại Wellington vào năm 1847, Canterbury Foundry John Anderson ở Christchurch vào năm 1857, Phoenix Foundry tại Auckland vào năm 1861 và A & T Burt ở Dunedin vào năm 1862 Ấn phẩm đầu tiên của Thống kê New Zealand vào năm 1865 ghi lại nhập khẩu của bu lông, quầy bar, vòng và gang tổng cộng 5.506 tấn (5.594 tấn) - tương đương với 23 kg trên đầu người. Năm 2010, tiêu thụ thép cả nước là khoảng 150 kg trên đầu người, mặc dù khoảng 58 kg này là từ New Zealand ironsand và khoảng 46 kg là từ thép đã được tái chế ở đây. Tổng điều tra năm 1867 của nhà máy sản xuất, công trình, vv ghi 16 'sắt và đồng thau đúc' trong cả nước. Bởi năm 1870, đã có 28 xưởng đúc sử dụng 855 người. Diễn viên sắt từ các hộ gia đình để ngọn hải đăng đúc sắt mục được sử dụng trong gia đình hàng ngày bao gồm bếp than từ 'thầy iron-' South End Foundry Henry Ely Shacklock của (bắt đầu ở Dunedin vào năm 1871) và ấm đun nước và chậu. Nó cũng có thể được sử dụng như lan can trang trí, diềm và khung. Kết cấu gang cũng đã có sẵn. Các chủng tộc Canterbury đầu tiên được tổ chức tại Christchurch vào ngày 19 tháng 1 năm 1864 đã có một khán đài mới được hỗ trợ bởi những cây cột gang thực hiện trong Canterbury Foundry. Mặc dù nhà ở gang đã được sản xuất ở Anh vào năm 1843 và đang được thúc đẩy trên các tờ báo New Zealand, nó không có vẻ như đã được sử dụng ở đây, có thể vì sự giàu có vật liệu di động và hợp lý bền khác. Trên quy mô lớn hơn nhiều, sông Thames Iron Works khiến đúc sắt ngọn hải đăng Cape Campbell (1905) có trọng lượng 63 tấn (64 tấn), Cape Brett (1910), Đông Cape (1900) và Kahurangi Point (1903). Sắt rèn cũng được sử dụng rộng rãi vào đầu New Zealand, bao gồm như tôn lượn sóng (xem Xây dựng 95, trang 115). Một hai phòng 'ngôi nhà bằng sắt, nhập khẩu từ Anh, đã được bán đấu giá tại Auckland vào ngày 14 Tháng 5 năm 1851. Câu chuyện tiếp tục trong xây dựng tiếp theo với lịch sử xây dựng khung thép. Đông Ngọn hải đăng Cape (1900) được thực hiện trong gang bởi sông Thames Iron Works. (Nguồn:. Cyclopaedia New Zealand Vol 2, Auckland năm 1902) 4668 Barnes Voidform rao Paths.indd 1 6/3/09 14:49:24