@ 2013.11.03 , 00:28
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超高层建筑的物理极限

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美国最高的建筑真的是世贸中心一号楼的1776英尺(609.6米)高吗?设计师们只要再等上几周就能知道答案了。理论上,世贸中心1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1号楼的塔尖部分视作天线而非建筑本身,那么世贸1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,1号楼还是忒你妹高了——1368英尺(417米),这个高度还没算塔尖。美国人又给恐怖分子修了个固定靶,嗯?

无论1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1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1号楼的人高出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,哈里发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,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。

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保护超高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。超高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》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1公里甚至1英里高的建筑最大的难关,Sauerbruch Hutton 事务所的Matthias Sauerbruch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

把人运到高出可能是超高建筑遇到的最大难题。目前最强悍的哈里发塔电梯可以爬升到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,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地更快。也就是说,要想造一栋1英里高的建筑不是什么难事,只不过你得坐很久很久很久的电梯然后换很多很多很多次电梯。

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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,绝大多超高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实际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栋世界超高建筑中的44栋(61%)其实都没有达到300米高,从而退出超高建筑排名。

未来的建筑要达到1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。

Sauerbruch说:“建筑的高度没有理论极限,是否需要建造超高建筑就是另一个问题了。”

本文译自 DVICE,由译者 王大发财 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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TOTAL COMMENTS: 34+1

  1. 二黑
    @4 years ago
    2237130

    太空电梯算建筑吗?

    [25] XX [2] 回复 [0]
  2. 2237131

    不服上楼顶PK

    [46] XX [3] 回复 [0]
  3. Snowstar
    @4 years ago
    2237132

    = =# 不晓得碳纳米管能不能用上

  4. 招兵买马
    @4 years ago
    2237133

    讲的是什么?

  5. 2237137

    在领导的野心面前,都是渣渣

    [96] XX [5] 回复 [0]
  6. (⊙o⊙)哦!
    @4 years ago
    2237140

    我可不喜欢坐快速电梯,导致气压变化带来的头疼!

  7. bxfxyltc
    @4 years ago
    2237141

    感觉摩天大厦楼顶的尖塔都是为了提高高度用的

    [10] XX [3] 回复 [0]
  8. bxfxyltc
    @4 years ago
    2237145

    麦加皇家钟塔饭店在沙特阿拉伯,不在苏丹。。。

  9. 2237150

    被标题吸引进来就想看看到底物理极限是到什么程度,结果眯着眼看完发现通篇都在讲理论,这特么在逗我?

    [59] XX [7] 回复 [0]
  10. 惩戒
    @4 years ago
    2237163

    人民日报大楼:别得瑟 等我大起来你们看着

    [227] XX [8] 回复 [0]
  11. 胡萝卜是鱼香肉丝的肉
    @4 years ago
    2237180

    这算什么,有本事搞一个地下1776英尺的建筑,,,,,,,

  12. 只喝菠萝啤
    @4 years ago
    2237185

    @elf: 谁能爬到楼顶就算赢!

  13. 天や罚
    @4 years ago
    2237188

    有的是这样有的不是,经济大萧条的时候兴建摩天大厦竞赛,帝国大厦设计的只比克莱斯勒大厦高一点点,所以弄了个塔,于是金刚爬上去打飞机了。芝加哥希尔斯大厦(我还是感觉改名后的威利斯太难听了)实际建筑面积比迪拜塔多,台北101里有一个大金属球缀着防风。话说如果说理论上的话,

    [21] XX [4] 回复 [0]
  14. 2237193

    上海开瓶器旁边不是刚弄好一个超高大楼吗,我只想说,造型为嘛不是酒瓶状!?这不搭调!

  15. 百得
    @4 years ago
    2237204

    史玉柱掩面泪奔而过.

  16. 2237207

    以后会有反重力部件在结构中使用的,更强的材料譬如纳米碳管,更轻的材料譬如轻烟气溶胶这类东东的出现最终会突破目前人类的想象力

  17. 称呼
    @4 years ago
    2237217

    所以说 通篇看下来 跟特么我没看是没区别喽? 谢特

  18. 约尔曼冈德
    @4 years ago
    2237218

    驻马店cbd大楼不服

  19. 肉蛋蛋
    @4 years ago
    2237228

    芝加哥那两栋都上去过,也不怎样,还要20刀呢,要看摩天大楼还真的只有看亚洲的。

  20. 2237232

    极限就是是否让绿教的疯子看上,成为他去见安拉的垫脚石。

  21. 梁亚丽
    @4 years ago
    2237233

    lkjhgfdsssfdsgfhjggfdhgf

  22. 大饼先生
    @4 years ago
    2237288

    @二黑:
    那样的话等于是“距离地面最高”的问题,那月球建筑比太空电梯高,火星建筑比月球的高了不是?

  23. xhiang
    @4 years ago
    2237309

    物理极限就是材料强度与密度的比。

  24. 一文鸡
    @4 years ago
    2237323

    建那么高的楼,空置率也很高吧。

  25. 小小虾
    @4 years ago
    2237340

    记得前一阵子长沙不是说要建个世界第一高楼的么?还吹牛逼要在一个月内完成~估计是领导的牛逼给吹爆了,到现在也没个影~

  26. 水坂兔
    @4 years ago
    2237343

    歹徒携带一个GPS波段的干扰器就没用了

  27. 你爷爷
    @4 years ago
    2237397

    没有人吐槽609.6-102.4=417米?

  28. 高山菌
    @4 years ago
    2237458

    “电梯能修多高

    把人运到高出可能是超高建筑遇到的最大难题。”

    既然如此,那把人运到中出是不是就比较简单了呢?

  29. 草泥马
    @4 years ago
    2237483

    很简单啊,修成金字塔形就行了,绝对防风防震想造多高就造多高。

  30. 2237485

    可以算算C200混凝土能够自立到多高而不至于无法承受自己的自重。。。

  31. 二黑
    @4 years ago
    2237594

    @大饼先生: 太空电梯又不是浮在天上的,是从地面一直到太空里

  32. 2237946

    @vs2: 好像碳纳米和气溶胶是要在失重中制造的……否则性能不好。

  33. 2238142

    @vs2: 就算突破人类想象力还不是没突破您的想象力么……

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