剖析：建設(shè)超高層建筑的物理極限
發(fā)布時(shí)間：2013-11-19 新聞來源：驅(qū)動(dòng)之家
防風(fēng)安全和地震安全
全球建筑目前的最高紀(jì)錄是位于迪拜的哈利法塔，高度828米，遙遙領(lǐng)先于第二名的蘇丹麥加皇家鐘塔飯店，兩者相差227米。要建造如此高的大樓，需要采用一種全新的構(gòu)造設(shè)計(jì)，稱之為“扶壁核心”。這種概念有點(diǎn)類似三腳架或者三足鼎，由三條足支撐中心核心，建筑物的大部分支撐由中心核心完成，每條足都會(huì)擠壓另外兩足。哈里發(fā)塔的穩(wěn)固與其說是依靠超強(qiáng)鋼結(jié)構(gòu)和混凝土，不如說是采用了這種新式設(shè)計(jì)。不過在某種意義上來說，即便采用了這種設(shè)計(jì)優(yōu)勢(shì)，太高的建筑所需要的鋼材勢(shì)必會(huì)更重，因此越高的地方，建筑物勢(shì)必越瘦窄。這樣做也是出于防風(fēng)的考慮。哈利法塔的樓層高度錯(cuò)落不一，各個(gè)頂端部分也不在一個(gè)水平面，正是這樣的設(shè)計(jì)減輕了陣風(fēng)的威脅，同時(shí)也避免了高樓旋風(fēng)的形成。
保護(hù)超高建筑的另一大難題是抗震。為研究建筑物在地震中的運(yùn)動(dòng)模式，建筑師們通過將微縮建筑模型置于風(fēng)洞和震動(dòng)平臺(tái)，來觀察混凝土在震動(dòng)中是如何變形。超高建筑必須能挺過特定震級(jí)下的地面晃動(dòng)，這取決于建筑物的抗震需求。
今年早些時(shí)候，中國(guó)的研究人員在《建筑鋼材研究雜志》發(fā)表了他們的研究結(jié)果。這些中國(guó)研究者用計(jì)算機(jī)模擬了超強(qiáng)地震中超高建筑的晃動(dòng)，結(jié)果是大樓就像煎餅做的一樣晃動(dòng)，最后倒塌。然而，研究者也指出，這種劇烈的強(qiáng)震幾乎不可能發(fā)生。
2012年秋天，CTBUH委員會(huì)詢問了一部分精英建筑設(shè)計(jì)師目前建造1公里甚至1英里高的建筑最大的難關(guān)。Sauerbruch Hutton事務(wù)所的Matthias Sauerbruch表示：“人們的創(chuàng)意和想象力是最大的難題，無論是工程師、設(shè)計(jì)師還是客戶都會(huì)想方設(shè)法造更高的大樓。”排開這種對(duì)超高大樓的熱衷，目前超高建筑的主要難題還是取決于人們能爬多高。
電梯能修多高
把人運(yùn)到高出可能是超高建筑遇到的最大難題。目前最強(qiáng)悍的哈里發(fā)塔電梯可以爬升到504米高度，要想登頂?shù)脑捑鸵僮隽硪徊侩娞�。速度也是個(gè)麻煩事，目前世界最快的電梯位于臺(tái)北101大廈，從5樓直達(dá)89樓的室內(nèi)觀景臺(tái)只需37秒，最高時(shí)速每分鐘1010米。下降速度還只能保持在這個(gè)速度的2/3。
如果不考慮乘客對(duì)壓力變化的承受能力，技術(shù)上我們還能升降地更快。也就是說，要想造一棟1英里高的建筑不是什么難事，只不過你得坐很久很久很久的電梯然后換很多很多很多次電梯。理論上，建筑越高，底層需要的面積就越大。想像一下，從家坐地鐵到上班的大樓，下地鐵后還要換車或建筑內(nèi)部地鐵。超大型建筑的規(guī)劃類似于全封閉垂直建造的城市——工作區(qū)、生活區(qū)、購(gòu)物區(qū)、娛樂區(qū)還有其他的功能區(qū)域。如果真是這樣，交通反而變成了超高超大建筑面臨的最大問題。當(dāng)然建筑師們也可以采取埃菲爾鐵塔所采用的鏤空底座，也可以把超高建筑建造在其他小型建筑之上。否則無論是占地面積還是澆灌難度，都會(huì)讓建造超高建筑看起來那么奇幻。
什么是高度
與世貿(mào)一號(hào)樓一樣，絕大多超高建筑實(shí)際上沒有看起來那么高，大多數(shù)建筑的最高登頂高度和塔尖頂部都差一定的高度(通常這個(gè)數(shù)字都還不小)。CTBUH將這一現(xiàn)象稱為“消弭高度”，與20世紀(jì)70年代中葉修建的大樓相比，消弭高度增長(zhǎng)了400%左右。如果排除消弭高度，72棟世界超高建筑中的44棟(61%)其實(shí)都沒有達(dá)到300米高，從而退出超高建筑排名。
未來的建筑要達(dá)到1英里這個(gè)高度，很可能采取類似的構(gòu)造，這也包括規(guī)劃中的吉達(dá)王國(guó)塔。某些設(shè)計(jì)師也指出，要建造一英里以上的高樓，甚至比山還高的大樓也不是不可能。如果這些大樓真的建造出來，那么就要保證建筑里人們的健康、安全和舒適，同時(shí)彌補(bǔ)高層建筑氣壓低和缺氧的問題。
Sauerbruch說：“建筑的高度沒有理論極限，是否需要建造超高建筑就是另一個(gè)問題了。”
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