走向未來的超高層建筑

顏士州

隨著生活水平的提高，人類對高層建筑的向往油然而生，于是都市里一座座摩天大樓拔地而起。自21世紀(jì)初阿聯(lián)酋迪拜828米的哈利法塔問世后，我國632米的上海中心大廈應(yīng)運而生，成為世界第二高樓。當(dāng)然世界各國地標(biāo)建筑也層出不窮。那么這些超高層建筑具有什么樣的結(jié)構(gòu)，人類所建的超高層建筑的高度有沒有極限？

超高層建筑是啥樣

設(shè)計超高層建筑，最主要的難度在于能抗風(fēng)抗震。設(shè)計者往往要用特殊的筒體結(jié)構(gòu)，芝加哥的西爾斯塔用的是“成束筒”結(jié)構(gòu)。比如，一根竹竿是單個簡體，在大風(fēng)中容易彎曲。如用一捆竹竿聯(lián)合在一起，就有很強的抗風(fēng)能力。西爾斯塔是由9個每邊22.9米的正方形筒體組合成大正方形，其中2個簡體在第52層結(jié)束，2個筒在第67層結(jié)束，3個筒體在第92層結(jié)束，最后是2個筒到頂。這樣，它的外觀形成高低不一、錯落有致的獨特造型。盡管這樣設(shè)計，它在強風(fēng)中，頂部仍會搖擺。當(dāng)風(fēng)力每平方米達(dá)305千克時，樓頂允許振幅是高度的1/500，即90厘米。建成后在最大風(fēng)速時，實測振幅僅達(dá)46厘米。人住在樓內(nèi)，樓頂?shù)臄[動是能感覺到的，但很安全。

1945年7月28日，曾有一架B一52重型轟炸機在大霧中撞到102層的紐約帝國大廈的第79層。飛機墜毀，大廈的損失是一部電梯震落，一道邊梁和部分樓板損毀。但對整個大樓結(jié)構(gòu)影響不大?？梢姵邔咏ㄖ慕Y(jié)構(gòu)設(shè)計是十分可靠的。

位于我國香港中區(qū)（灣仔區(qū)）的香港中國銀行，高70層315米，是座造型別致的超高層建筑。它的平面和立面都由三角形組合而成。這一幾何形體的風(fēng)格，正是設(shè)計大師貝聿銘的偏好。貝聿銘設(shè)計的美國華盛頓國立美術(shù)館東館、法國盧浮宮擴建中的一組玻璃金字塔建筑中都可領(lǐng)略到幾何形體的風(fēng)格。

香港中國銀行平面底部是每邊50米的正方形，用對角線劃分成4個等腰三角形，上升到20層減少1個三角形，到38層時成2個三角形，從5l層開始就只有1個三角形。在3樓頂部，我們可以看到，在結(jié)構(gòu)上它采用的也是成束筒體形式。和西爾斯塔不同的是，它用的是三角形的筒體，這些三角形的柱和構(gòu)件用鋼和鋼筋混凝土制成。如果把玻璃幕墻去掉，可以想象出它近似于一座高壓輸電塔。其中三角形構(gòu)架，是為了抗風(fēng)抗震。一般內(nèi)部的筒體用許多電梯井筒組成較封閉的筒體，剛度很高。但外面的筒體由于要開窗采光和通風(fēng)，不能做成封閉的形式，就采用框架或桁架的方式，稱為“框架筒”或“桁架筒”，它的原理和高壓輸電塔一樣。

特殊的建筑材料

作為建筑中的龐然大物，超高層建筑的主要建筑材料仍是鋼筋水泥，它能承受數(shù)百層大樓的重量。目前我們普通高層建筑每平方厘米的鋼材強度只能承受數(shù)千公斤的壓力。不久的將來，將會出現(xiàn)高強度的合金鋼，它將承受數(shù)倍于鋼材的壓力。

我們知道，搞建筑離不開水泥，未來水泥將是高強度的混凝土。這種新型超級水泥的強度是普通建筑鋼筋混凝土的25倍，比一般的鋼鐵材料還要堅硬數(shù)倍。對一般工程而言，不同部位的混凝土所受的荷載不一樣，不是所有的建筑都用同一種強度等級的混凝土。另外，配置混凝土對水質(zhì)也是有要求的，要是水中含有脂肪、鹽、糖、酸類物質(zhì)，會降低混凝土的強度。未來的混凝土更能抗壓、抗拉、抗?jié)B、抗凍。

超高層建筑造得越高，采用的建筑材料越多，自身的重量也越重。為此，建筑師們大多采用框架結(jié)構(gòu)的建筑，讓整幢大樓完全由框架支撐，這樣能確保大樓的外墻不再起承重作用。那么外墻怎么辦？完全可以采用質(zhì)地較輕，透光性能好和美觀的玻璃幕墻。玻璃幕墻遠(yuǎn)看就像一座水晶宮，增添了建筑藝術(shù)的色彩……

極限是多少層

說起超高層建筑，咱們自然會想到迪拜的哈利法塔和我國的上海中心大廈，它們的高度一個超過了800米，一個超過了600米，內(nèi)部可容納萬人之多。站在樓頂，要是不作安全防護，一陣大風(fēng)輕松地就把你吹走了。

那么人類建筑的極限是不是就停止在了800米？假如人類不計成本地建設(shè)超高層建筑，它的高度極限到底會是多少呢？要回答這個問題，我們先看看人類剛剛步入工業(yè)現(xiàn)代化的時候，看到幾十米的高樓就已經(jīng)驚嘆不已了，但是經(jīng)過這么多年的發(fā)展，如今的高度已是過去的幾十倍。

我們再來看看世界屋脊珠穆朗瑪峰吧，它的高度超過了8848米，照樣能夠穩(wěn)穩(wěn)的，而且安然無恙，這說明土地的承受能力是很大的。如果我們擁有足夠的材料，建造一座8848米的摩天大樓根本不是問題。要是真的建造如此大的高層建筑，它就像一座金字塔，僅地基的面積就超過十多個大城市了。當(dāng)然建筑這么一個龐然大物，依靠現(xiàn)在的建筑材料是不行的，鋼材、混凝土等材料需要重新研制?？萍嫉牧α繉钩邔咏ㄖ叩姆较虬l(fā)展。

絕對的鎮(zhèn)樓神器

上海中心大廈被稱為我國第一高樓。當(dāng)它遇到強勁的大風(fēng)，搖晃的幅度將近一米，這讓很多人感到害怕，人們還敢居住嗎？

其實，世界各國的超高層建筑遇到強風(fēng)都會搖晃。這么多年來，我們并沒聽說哪個國家的超高層建筑晃倒了。建筑師最初設(shè)計上海中心大廈時就考慮過這個問題，他們把超高層建筑設(shè)計成圓形，略微彎曲的外形設(shè)計能夠有效地減小氣流，這樣遇上強風(fēng)可減少阻力。而且大樓底部還裝有千斤重的減震器，他們在大廈的地基打了980個基樁，每一個樁的深度都達(dá)到了86米，非常牢固。

超高層建筑領(lǐng)域蘊含著許多讓你意想不到的高新技術(shù)。建筑師們在大樓的中心加上了一道非常堅固的防護墻，如同鎮(zhèn)樓神器一般，完全可以阻止大樓的倒塌。它就是一種叫阻尼器的裝置。

所謂的阻尼器，實際上就是一個重達(dá)幾百噸甚至上千噸的大圓球，它被安裝在大樓的內(nèi)部，用鋼索吊著，讓它懸掛在大樓中央。當(dāng)遇到大風(fēng)天氣，大樓開始向一邊搖晃的時候，阻尼器就會朝著相反的方向擺動，用它的重量將大樓拉回到垂直的方向上。這樣，超高層建筑即使遇到強風(fēng)發(fā)生搖晃也不會倒塌，就是因為這個被稱為“鎮(zhèn)樓神器”的大圓球在起作用。

隨著科技的發(fā)展，令人矚目的超高層建筑將會越來越多，一個走向超高層建筑的時代已經(jīng)到來。