走向未来的超高层建筑

走向未来的超高层建筑作者：***
来源：《下一代英才》2020年第11期
随着生活水平的提高，人类对高层建筑的向往油然而生，于是都市里一座座摩天大楼拔地而起。

自21世纪初阿联酋迪拜828米的哈利法塔问世后，我国632米的上海中心大厦应运而生，成为世界第二高楼。

当然世界各国地标建筑也层出不穷。

那么这些超高层建筑具有什么样的结构，人类所建的超高层建筑的高度有没有极限？
超高层建筑是啥样
设计超高层建筑，最主要的难度在于能抗风抗震。

设计者往往要用特殊的筒体结构，芝加哥的西尔斯塔用的是“成束筒”结构。

比如，一根竹竿是单个简体，在大风中容易弯曲。

如用一捆竹竿联合在一起，就有很强的抗风能力。

西尔斯塔是由9个每边22.9米的正方形筒体组合成大正方形，其中2个简体在第52层结束，2个筒在第67层结束，3个筒体在第92层结束，最后是2个筒到顶。

这样，它的外观形成高低不一、错落有致的独特造型。

尽管这样设计，它在强风中，顶部仍会摇摆。

当风力每平方米达305千克时，楼顶允许振幅是高度的1/500，即
90厘米。

建成后在最大风速时，实测振幅仅达46厘米。

人住在楼内，楼顶的摆动是能感觉到的，但很安全。

1945年7月28日，曾有一架B一52重型轰炸机在大雾中撞到102层的纽约帝国大厦的第79层。

飞机坠毁，大厦的损失是一部电梯震落，一道边梁和部分楼板损毁。

但对整个大楼结构影响不大。

可见超高层建筑的结构设计是十分可靠的。

位于我国香港中区（湾仔区）的香港中国银行，高70层315米，是座造型别致的超高层建筑。

它的平面和立面都由三角形组合而成。

这一几何形体的风格，正是设计大师贝聿铭的偏好。

贝聿铭设计的美国华盛顿国立美术馆东馆、法国卢浮宫扩建中的一組玻璃金字塔建筑中都可领略到几何形体的风格。

香港中国银行平面底部是每边50米的正方形，用对角线划分成4个等腰三角形，上升到20层减少1个三角形，到38层时成2个三角形，从5l层开始就只有1个三角形。

在3楼顶部，我们可以看到，在结构上它采用的也是成束筒体形式。

和西尔斯塔不同的是，它用的是三角形的筒体，这些三角形的柱和构件用钢和钢筋混凝土制成。

如果把玻璃幕墙去掉，可以想象出它近似于一座高压输电塔。

其中三角形构架，是为了抗风抗震。

一般内部的筒体用许多电梯井筒组成较封闭的筒体，刚度很高。

但外面的筒体由于要开窗采光和通风，不能做成封闭的形式，就采用框架或桁架的方式，称为“框架筒”或“桁架筒”，它的原理和高压输电塔一样。

特殊的建筑材料
作为建筑中的庞然大物，超高层建筑的主要建筑材料仍是钢筋水泥，它能承受数百层大楼的重量。

目前我们普通高层建筑每平方厘米的钢材强度只能承受数千公斤的压力。

不久的将来，将会出现高强度的合金钢，它将承受数倍于钢材的压力。

我们知道，搞建筑离不开水泥，未来水泥将是高强度的混凝土。

这种新型超级水泥的强度是普通建筑钢筋混凝土的25倍，比一般的钢铁材料还要坚硬数倍。

对一般工程而言，不同部位的混凝土所受的荷载不一样，不是所有的建筑都用同一种强度等级的混凝土。

另外，配置混凝土对水质也是有要求的，要是水中含有脂肪、盐、糖、酸类物质，会降低混凝土的强度。

未来的混凝土更能抗压、抗拉、抗渗、抗冻。

超高层建筑造得越高，采用的建筑材料越多，自身的重量也越重。

为此，建筑师们大多采用框架结构的建筑，让整幢大楼完全由框架支撑，这样能确保大楼的外墙不再起承重作用。

那么外墙怎么办？完全可以采用质地较轻，透光性能好和美观的玻璃幕墙。

玻璃幕墙远看就像一座水晶宫，增添了建筑艺术的色彩……
极限是多少层
说起超高层建筑，咱们自然会想到迪拜的哈利法塔和我国的上海中心大厦，它们的高度一个超过了800米，一个超过了600米，内部可容纳万人之多。

站在楼顶，要是不作安全防护，一阵大风轻松地就把你吹走了。

那么人类建筑的极限是不是就停止在了800米？假如人类不计成本地建设超高层建筑，它的高度极限到底会是多少呢？要回答这个问题，我们先看看人类刚刚步入工业现代化的时候，看到几十米的高楼就已经惊叹不已了，但是经过这么多年的发展，如今的高度已是过去的几十倍。

我们再来看看世界屋脊珠穆朗玛峰吧，它的高度超过了8848米，照样能够稳稳的，而且安然无恙，这说明土地的承受能力是很大的。

如果我们拥有足够的材料，建造一座8848米的摩天大楼根本不是问题。

要是真的建造如此大的高层建筑，它就像一座金字塔，仅地基的面积就超过十多个大城市了。

当然建筑这么一个庞然大物，依靠现在的建筑材料是不行的，钢材、混凝土等材料需要重新研制。

科技的力量将会使超高层建筑朝着更高的方向发展。

绝对的镇楼神器
上海中心大厦被称为我国第一高楼。

当它遇到强劲的大风，摇晃的幅度将近一米，这让很多人感到害怕，人们还敢居住吗？
其实，世界各国的超高层建筑遇到强风都会摇晃。

这么多年来，我们并没听说哪个国家的超高层建筑晃倒了。

建筑师最初设计上海中心大厦时就考虑过这个问题，他们把超高层建筑设计成圆形，略微弯曲的外形设计能够有效地减小气流，这样遇上强风可减少阻力。

而且大楼底部还装有千斤重的减震器，他们在大厦的地基打了980个基桩，每一个桩的深度都达到了86米，非常牢固。

超高层建筑领域蕴含着许多让你意想不到的高新技术。

建筑师们在大楼的中心加上了一道非常坚固的防护墙，如同镇楼神器一般，完全可以阻止大楼的倒塌。

它就是一种叫阻尼器的装置。

所谓的阻尼器，实际上就是一个重达几百吨甚至上千吨的大圆球，它被安装在大楼的内部，用钢索吊着，让它悬挂在大楼中央。

当遇到大风天气，大楼开始向一边摇晃的时候，阻尼器就会朝着相反的方向摆动，用它的重量将大楼拉回到垂直的方向上。

这样，超高层建筑即使遇到强风发生摇晃也不会倒塌，就是因为这个被称为“镇楼神器”的大圆球在起作用。

随着科技的发展，令人瞩目的超高层建筑将会越来越多，一个走向超高层建筑的时代已经到来。