摩天樓會比金字塔長壽嗎

葉青青

今天，埃及金字塔已經(jīng)佇立了5000多年。它們經(jīng)歷了地震、風(fēng)沙侵蝕以及人為破壞，見證撒哈拉從郁郁蔥蔥的草原轉(zhuǎn)變成今天的廣袤沙漠。周圍的自然環(huán)境在變化，這里的文明也不斷變遷，但金字塔依然非常“長壽”。

現(xiàn)在，隨著城市化加劇，我們也正在進(jìn)入摩天大樓時代。根據(jù)世界超高層建筑學(xué)的新標(biāo)準(zhǔn)，超過300米以上才能叫做摩天樓。如果按照這個規(guī)定，那么世界上第一座摩天大樓應(yīng)該是竣工于1931年的美國443.7米高的帝國大廈，從竣工到現(xiàn)在，帝國大廈存在的歷史還不到100年。那么同樣是人類建造的高大建筑，現(xiàn)在的摩天大樓能像金字塔一樣，屹立幾千年嗎？

金字塔有先天的理念優(yōu)勢

埃及金字塔能屹立不倒跟埃及人的設(shè)計(jì)理念有很重要的關(guān)系。埃及人認(rèn)為人死后將會有永生，所以他們會制作木乃伊保存人的軀體，以方便靈魂辨認(rèn)。同樣地，他們也會設(shè)計(jì)一個能永生的墳?zāi)埂榱诉@個目標(biāo)，埃及人只會挑選那些能夠滿足目標(biāo)的材料和建筑結(jié)構(gòu)。比如他們建造的金字塔面與面之間的角度是51度50分9秒，正好接近自然界中最穩(wěn)定的角52度角。

很明顯，埃及人對自己的建造能力很自信，許多金字塔的名字前會加上“億億年”的前綴。不過，雖說埃及人自信滿滿，但實(shí)際上他們可能并不知道自己在干什么，因?yàn)閺默F(xiàn)代設(shè)計(jì)學(xué)家們的角度看，古老的埃及人對物理規(guī)律和建筑結(jié)構(gòu)的認(rèn)識非常欠缺，早期的金字塔嚴(yán)重過度設(shè)計(jì)。比如，他們會在金字塔中建造柱，但可能并不知道柱足以支撐屋頂，為以防萬一，他們還會增加額外的墻。奇妙的是，這個知識上的不足，反而成了一個明顯的優(yōu)勢，這使得金字塔被建造得極為堅(jiān)固。

埃及金字塔能屹立不倒的另一個原因是工程量龐大。就拿建造于2570年前的胡夫金字塔來說，其建筑地基面積幾乎相當(dāng)于一座人造山，由近600萬噸的固體巖石構(gòu)成。石灰?guī)r已經(jīng)在地球上呆了5000萬年，用石灰?guī)r堆起來的建筑存在個5000年也就不是什么難事了。

匆匆竣工的摩天大樓

相比較而言，因?yàn)槌鞘邪l(fā)展速度太快，建造的用途是居住，現(xiàn)代摩天大樓的設(shè)計(jì)目標(biāo)顯然不可能會是永久存在。普通建筑的設(shè)計(jì)使用年限是50年，在英國，像隧道、橋梁這樣一些交通要道的設(shè)計(jì)使用年限是150年。在這個理念影響下，摩天大樓的建造就粗糙很多。現(xiàn)在世界上最高的摩天大樓是迪拜塔，高828米，只用了11萬噸混凝土，3.9萬噸鋼材，高度是胡夫金字塔的6倍以上，耗時卻只是它的十分之三。

就像早期金字塔一樣，最早建成的摩天大樓可能是最好的。1945年，一架B-25飛機(jī)不幸撞上了帝國大廈，但這座建筑并沒有什么損壞，經(jīng)過簡單修整后，幾天之內(nèi)又重新開放。這是因?yàn)樵缭?0世紀(jì)初，科學(xué)家們還在手動計(jì)算，所以為了以防萬一，他們會額外增加鋼鐵的使用量。雖然帝國大廈的高度不到迪拜塔的一半，但它的重量比迪拜塔多出了三分之二，所以帝國大廈格外的結(jié)實(shí)。

建筑越高，越危險(xiǎn)

正所謂爬得越高，跌得越慘。當(dāng)今天的摩天大樓建得越來越瘦、越來越高時，除了面臨所有高建筑會遇到的像腐蝕、地震等常規(guī)風(fēng)險(xiǎn)外，過高的建筑還有其他風(fēng)險(xiǎn)。

其中一個危險(xiǎn)是風(fēng)。一般情況下，風(fēng)撞到物體后無處可去，就會往上推，所以建筑物愈高，風(fēng)速愈高。像迪拜塔那樣的超高建筑，在大風(fēng)中晃動幅度可達(dá)1.8米。

其次，還會遇到閃電問題。迪拜塔的所在地阿拉伯聯(lián)合酋長國，每年有約10次閃電風(fēng)暴。每一次閃電風(fēng)暴能產(chǎn)生多達(dá)10億伏特的電力，這個電力比核反應(yīng)堆產(chǎn)生的電力還大，此時迪拜塔就像整個城市的避雷針，每1分鐘左右就會被閃電擊中。

再來對比下金字塔，世界上最高的金字塔是胡夫金字塔，胡夫金字塔塔高146.59米，幾千年的時間里，風(fēng)雨只剝蝕了10多米的頂端。而且和世界上現(xiàn)在大多數(shù)摩天大樓所處環(huán)境不一樣的是，這些金字塔處于干旱的沙漠環(huán)境，受到雨水的沖擊力也小。這樣對比下，摩天大樓似乎就沒法跟金字塔持續(xù)一樣久的時間了。

不過，令人慶幸的是，隨著現(xiàn)代科技的不斷進(jìn)步，摩天大樓所遭遇的風(fēng)和雷電問題已經(jīng)得到了很好的解決。

高層的摩天大樓頂端常常看起來像一個藝術(shù)品，形狀很不規(guī)則，比如迪拜塔的橫截面為“Y”狀十字形設(shè)計(jì)，其實(shí)是在利用不規(guī)則的形狀擾亂風(fēng)向，降低塔受到的風(fēng)力沖擊。在對付閃電問題上，人們也用到了最先進(jìn)的科技。迪拜塔的每一根鋼筋，每一個窗框，一直到地基都由電氣連通，形成建筑表面的防雷網(wǎng)。金屬梁柱構(gòu)成的防雷網(wǎng)，就像“金鐘罩”一樣保護(hù)著建筑本身。這個網(wǎng)與主體結(jié)構(gòu)的防雷系統(tǒng)可靠連接，通過主體結(jié)構(gòu)的防雷導(dǎo)線將雷電引入地下，所以在多次被雷擊后，外面的幕墻都不會受到損壞。

地震、火災(zāi)、雨水的影響

此外，歷史上著名的建筑大都難逃火災(zāi)和地震這兩個宿命，所以，我們不妨在這兩個最致命因素上做一番比較。

在20世紀(jì)30年代，世界上100個最高建筑中有96個采用的是純鋼結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)很輕，但同時太柔，在大風(fēng)作用下，容易位移，而且鋼材抗火性能較差，當(dāng)溫度達(dá)到幾百攝氏度時，鋼結(jié)構(gòu)就立即失效，產(chǎn)生連續(xù)倒塌效應(yīng)，紐約世貿(mào)雙子塔就是這樣倒塌的。今天，大多數(shù)摩天樓采用的都是混凝土鋼筋，用混凝土把鋼結(jié)構(gòu)包起來，形成所謂“鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)”，這種結(jié)構(gòu)結(jié)合了金屬的抗張強(qiáng)度與巖石的抗壓抗火能力。現(xiàn)在的摩天樓一般采用分區(qū)建造，十幾層做一個分區(qū)，以此來隔斷空間的連續(xù)性，防止垂直空間中，火勢急速向上蔓延。

埃及金字塔的建筑材料則有四個來源：石灰石、石灰、水和泥。這些材料一起反應(yīng)形成化學(xué)膠，黏住了10%的巖石，剩余90%的巖石經(jīng)過人們鑿過之后完美地嵌套在一起。這種方式結(jié)構(gòu)單一，卻能夠很好地防火。

那么，在抗地震方面，金字塔和摩天樓誰的表現(xiàn)更好呢？

結(jié)構(gòu)上，抗震能力從強(qiáng)到弱依次為：鋼結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、砌體結(jié)構(gòu)。像金字塔這樣的巖石類建筑強(qiáng)度雖高但韌性很差，考慮到體積龐大，高度更低，可能更扛不住地震，公元1300年一次強(qiáng)烈的地震曾震松了胡夫金字塔的大部分表層外包石塊。而現(xiàn)代摩天大樓的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，抗震能力明顯技高一籌。而且，現(xiàn)在建筑物在建設(shè)時都會避免地震頻發(fā)地帶，還會裝上減震的阻尼器，這使得摩天大樓抗震能力更強(qiáng)。

那么，今天的摩天大樓會和金字塔持續(xù)一樣久的時間嗎？

很可能會。因?yàn)楝F(xiàn)在的建筑材料比過去都先進(jìn)。當(dāng)保持干燥時，鋼筋混凝土的建筑也許可以永遠(yuǎn)存在下去。但如果在降雨頻繁的地區(qū)，水會慢慢與石灰石水泥發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，沖走這些水泥，讓鋼筋生繡。不過，金字塔要是也處于多雨水、多地震帶的地區(qū)，情形也好不到哪去。干燥的沙漠環(huán)境和地震不頻發(fā)也是金字塔存在的一個重要原因，處于沙漠地帶的胡夫金字塔在4570年的時間里也才經(jīng)歷了3次地震。

所以，如果能精心維護(hù)，再加上科技不斷地發(fā)展，摩天樓將有可能和金字塔存在一樣久的時間。換句話說，如果人類不推倒摩天大樓，它們就不會倒，而這些堅(jiān)固的高層建筑將在未來，成為見證我們這個時代文明的奇跡。