剖析:建設(shè)超高層建筑的物理極限

發(fā)布時間:2013-11-19      新聞來源:驅(qū)動之家

   

  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,稱之為“扶壁核心”。這種概念有點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,每條足都會擠壓另外兩足。哈里發(fā)塔的穩(wěn)固與其說是依靠超強鋼結(jié)構(gòu)和混凝土,不如說是采用了這種新式設(shè)計。不過在某種意義上來說,即便采用了這種設(shè)計優(yōu)勢,太高的建筑所需要的鋼材勢必會更重,因此越高的地方,建筑物勢必越瘦窄。這樣做也是出于防風(fēng)的考慮。哈利法塔的樓層高度錯落不一,各個頂端部分也不在一個水平面,正是這樣的設(shè)計減輕了陣風(fēng)的威脅,同時也避免了高樓旋風(fēng)的形成。

  保護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動模式,建筑師們通過將微縮建筑模型置于風(fēng)洞和震動平臺,來觀察混凝土在震動中是如何變形。超高建筑必須能挺過特定震級下的地面晃動,這取決于建筑物的抗震需求。

  今年早些時候,中國的研究人員在《建筑鋼材研究雜志》發(fā)表了他們的研究結(jié)果。這些中國研究者用計算機模擬了超強地震中超高建筑的晃動,結(jié)果是大樓就像煎餅做的一樣晃動,最后倒塌。然而,研究者也指出,這種劇烈的強震幾乎不可能發(fā)生。

  2012年秋天,CTBUH委員會詢問了一部分精英建筑設(shè)計師目前建造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)計師還是客戶都會想方設(shè)法造更高的大樓。”排開這種對超高大樓的熱衷,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

  把人運到高出可能是超高建筑遇到的最大難題。目前最強悍的哈里發(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。速度也是個麻煩事,目前世界最快的電梯位于臺北101大廈,從5樓直達(dá)89樓的室內(nèi)觀景臺只需37秒,最高時速每分鐘1010米。下降速度還只能保持在這個速度的2/3。

  如果不考慮乘客對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)一號樓一樣,絕大多超高建筑實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)王國塔。某些設(shè)計師也指出,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,同時彌補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問題了。”


 

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