重庆市土木建筑学会

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地球上的建筑究竟能建多高?

发布日期:2014-01-13  浏览次数:2195
  瑞贝卡·波义尔

  美国最高的建筑真的是世贸中心一号楼的1776英尺(609.6米)吗?理论上,世贸中心一号楼已经达到了这个高度,但是其中408英尺(102.4米)是塔尖,这部分显然不能划归为建筑部分。不过,算还是不算,还要看CTBUH(高层建筑与城市住宅委员会)这家高层建筑裁定机构所做的裁定。

  如果把一号楼的塔尖部分视作天线而非建筑本身,那么世贸一号楼将成为全北美第三高,仅次于芝加哥的威利斯塔和芝加哥特朗普国际大厦酒店。好吧,就算这样,一号楼还是很高了——1368英尺(417米),这个高度还没算塔尖。

  无论一号楼的高度是417米还是609.6米,威利斯塔的实际高度都要比一号楼更高。假设有两个人各自爬上这两栋建筑的最高层,那么在威利斯塔里的人会比世贸一号楼里的人高出83英尺(25.3米)。看到这里,你以为这两栋建筑就已经很“逆天”了么?瞧瞧中东和亚洲吧,已建成的,在建的,规划中的都可以轻松秒掉北美的高楼。摩天大楼的极限在哪里?可以建造出一英里(约合1609米)高的建筑么?比喜马拉雅山还高的呢?我们来看看物理是如何解答的。

  防风安全和地震安全

  全球建筑目前的最高纪录是位于迪拜的哈利法塔,高度828米,遥遥领先于第二名的苏丹麦加皇家钟塔饭店,两者相差227米。要建造如此高的大楼,需要采用一种全新的构造设计,称之为“扶壁核心”。这种概念有点类似三脚架或者三足鼎,由三条足支撑中心核心,建筑物的大部分支撑由中心核心完成。每条足都会挤压另外两足,哈利法塔的稳固与其说是依靠超强钢结构和混凝土,不如说是采用了这种新式设计。

  不过在某种意义上来说,即便采用了这种设计优势,太高的建筑所需要的钢材势必会更重,因此越高的地方,建筑物势必越瘦窄。这样做也是出于防风的考虑。哈利法塔的楼层高度错落不一,各个顶端部分也不在一个水平面上,正是这样的设计减轻了阵风的威胁,同时也避免了高楼旋风的形成。

  保护超高层建筑的另一大难题是抗震。为研究建筑物在地震中的运动模式,建筑师们通过将微缩建筑模型置于风洞和震动平台,来观察混凝土在震动中是如何变形的。超高层建筑必须能挺过特定震级下的地面晃动,这取决于建筑物的抗震需求。今年早些时候,中国的研究人员在《建筑钢材研究杂志》上发表了他们的研究结果。这些中国研究者用计算机模拟了超强地震中超高层建筑的晃动,结果是大楼就像煎饼做的一样晃动,最后倒塌。然而,研究者也指出,这种剧烈的强震几乎不可能发生。

  2012年秋天,CTBUH委员会询问了一部分精英建筑设计师:目前建造一公里甚至一英里高的建筑最大的难关是什么?有人表示:“人们的创意和想象力是最大的难题,无论是工程师、设计师还是客户都会想方设法造更高的大楼。”排开这种对超高大楼的热衷,目前超高层建筑的主要难题还是取决于人们能爬多高。

  电梯能修多高

  把人运到高处可能是超高层建筑遇到的最大难题。目前最强悍的哈利法塔电梯可以爬升到504米高度,要想登顶的话就要再做另一部电梯。速度也是个麻烦事儿,目前世界最快的电梯位于台北101大厦,从5楼直达89楼的室内观景台只需37秒,最高时速每分钟1010米。下降速度还只能保持在这个速度的2/3。如果不考虑乘客对压力变化的承受能力,技术上我们还能升降得更快。也就是说,要想造一栋一英里高的建筑不是什么难事,只不过你得坐很久很久的电梯,然后换很多很多次电梯。

  理论上,建筑越高底层需要的面积就越大。想像一下,从家坐地铁到上班的大楼,下地铁后还要换车或建筑内部的地铁。超大型建筑的规划类似于全封闭垂直建造的城市——工作区、生活区、购物区、娱乐区还有其他的功能区域。如果真是这样,交通反而变成了超高超大建筑面临的最大问题。

  当然建筑师们也可以采取埃菲尔铁塔所采用的镂空底座。也可以把超高层建筑建造在其他小型建筑之上。否则无论是占地面积还是浇灌难度,都会让建造超高层建筑看起来那么奇幻。

  什么是高度

  与世贸一号楼一样,绝大多数超高层建筑实际上没有看起来那么高,大多数建筑的最高登顶高度和塔尖顶部都差一定的高度(通常这个数字都还不小)。CTBUH将这一现象称为消弭高度,与20世纪70年代中叶修建的大楼相比,消弭高度增长了400%左右。

  如果排除消弭高度,72栋世界超高层建筑中的44栋(61%)其实都没有达到300米高,从而退出超高层建筑的排名。

  未来的建筑要达到一英里这个高度,很可能采取类似的构造,这也包括规划中的吉达王国塔。某些设计师也指出,要建造一英里以上的高楼,甚至比山还高的大楼也不是不可能。如果这些大楼真的建造出来,那么就要保证建筑里人们的健康、安全和舒适,同时弥补高层建筑气压低和缺氧的问题。

  建筑的高度没有理论极限,是否需要建造超高层建筑就是另一个问题了。

 
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