走向未來的超高建筑

河北省石家莊市鹿泉區寺家莊鎮崗上小學 劉曉紅

隨著人們生活水平的提高，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 世紀初阿聯酋迪拜828米的哈利法塔問世后，我國632 米的上海中心大廈應運而生，成為世界第二高樓。世界各國地標建筑層出不窮的背后，人們不禁要問：這些高層建筑具有什么樣的結構，它們的高度有沒有極限呢？

超高層建筑是啥樣

設計超高層建筑，最主要的難度在于能抗風抗震。設計者往往要用特殊的筒體結構，如芝加哥的西爾斯塔用的就是“成束筒”結構。舉個例子，一根竹竿是單個筒體，在大風中容易彎曲；如將一捆竹竿聯合在一起，就有很強的抗風能力。西爾斯塔是由9個邊長22.9米的正方形筒體組合成的大正方形，其中2個筒體在第52層結束，2個筒體在第67 層結束，3 個筒體在第92 層結束，最后有2 個筒體到頂。這樣，它的外觀形成高低不一、錯落有致的獨特造型。盡管這樣設計，它在強風中，頂部仍會搖擺。當風力達到每平方米305千克時，樓頂允許的振幅是高度的五百分之一，即90厘米。建成后在最大風速時，實測振幅僅達46厘米。人住在樓內，樓頂的擺動是能感覺到的，但很安全。

1945 年7 月28 日，曾有一架B-25 型轟炸機在大霧中撞到102層的紐約帝國大廈的第79 層上。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，但對整個大樓結構的影響不大。可見，超高層建筑的結構設計是十分可靠的。

位于我國香港中區（灣仔區）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，這一幾何形體的風格，正是設計大師貝聿銘的偏好。從貝聿銘設計的美國華盛頓國家藝術館東館、法國盧浮宮玻璃金字塔等建筑中，都可以領略到幾何形體的風格。

香港中國銀行底部平面是邊長50米的正方形，用對角線劃分成4 個等腰三角形；上升到20 層時減少1 個三角形；到38 層時成2 個三角形；從51 層開始就只有1 個三角形。到大樓頂部，我們可以看到，在結構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件用鋼材和鋼筋混凝土制成。如果把玻璃幕墻去掉，可以想象出它就近似于一座高壓輸電塔。其中的三角形構架，是為了抗風抗震。內部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，不能做成很封閉的形式，于是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，它們使用的建筑材料必須能夠承受數百層大樓的重量，而鋼筋水泥仍然是主要建筑材料。目前我們普通高層建筑的鋼材強度每平方厘米只能承受數千千克的重量，而不久的將來，將會出現高強度的合金鋼，它將能承受現在數倍的壓力。

我們知道，搞建筑離不開水泥砂石攪拌而成的混凝土。未來將產生高強度的混凝土，其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倍。對一般工程而言，不同部位的混凝土所承受的荷載不一樣，不是所有的建筑都用同一種強度等級的混凝土。另外，配置混凝土對水質也是有要求的，要是水中含有脂肪、鹽、糖、酸類物質，就會降低混凝土的強度。未來的混凝土更能抗壓、抗拉、抗滲和抗凍。

摩天大樓造得越高，采用的建筑材料越多，它自身的重量也就越大。為此，建筑師們大多采用框架結構，讓整幢大樓完全由框架支撐，以確保大樓的外墻不再起承重作用。那外墻怎么辦？完全可以采用質地較輕、透光性能好且美觀的玻璃幕墻。遠看上去就像一座水晶宮，增添了建筑藝術的色彩……

極限是多少層

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，內部均可容納萬人之多。站在樓頂，要是不做安全防護，一陣大風就能輕松地把你吹走了。

那人類建筑的極限是不是就停止在了800米呢？人類剛剛步入工業現代化的時候，看到幾十米的高樓已經驚嘆不已了，但是經過這么多年的發展，如今的高度已是過去的幾十倍。照這樣下去，摩天大樓的高度極限到底是多少呢？

要問摩天大樓的極限是多少，我們還是來看看世界屋脊珠穆朗瑪峰吧。它的巖石面高度超過了8844 米，照樣能夠安然無恙，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8844 米的摩天大樓也根本不是問題。但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。當然建造這么一個龐然大物，依靠現在的建筑材料是不行的，鋼材、混凝土等材料都需要重新研制了。科技的力量將會使人類朝著更高的方向發展。

絕對的“鎮樓神器”

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

其實世界各國的摩天大樓遇到強風都會搖晃，但這么多年來我們并沒有聽說它們中的哪一個晃倒了。建筑師最初設計上海中心大廈時就考慮過這個問題，他們把建筑設計成圓形，略微彎曲的外觀設計能夠有效地減小氣流，這樣遇上強風就減少了阻力。同時，大樓左右底部還裝有千斤重的減震器。除此之外，他們還在大廈的地基上打了980 個基樁，每一個深度都達到了86米，非常地牢固。

超高層建筑領域蘊含著許多讓你意想不到的高科技。建筑師們在大樓的中心加了一道非常堅固的防護墻，如同“鎮樓神器”一般，完全可以阻止大樓的倒塌，它就是一種叫做阻尼器的裝置。

所謂的阻尼器，實際上就是一個重達幾百噸甚至上千噸的大圓球。它被安裝在大樓的內部，四個角用鋼索吊著，將其懸掛在大樓中央。當遇到大風天氣，大樓開始向一邊搖晃的時候，阻尼器就會朝相反的方向擺動，用它的重量將大樓拉回到垂直的方向上。因此，摩天大樓即使遇到強風發生搖晃也不會倒塌。

隨著人類科技的發展，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到來。