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。當然世界各國地標建筑也層出不窮。那么這些超高層建筑具有什么樣的結構，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，芝加哥的西爾斯塔用的是“成束筒”結構。比如，一根竹竿是單個簡體，在大風中容易彎曲。如用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層結束，2個筒在第67層結束，3個筒體在第92層結束，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。盡管這樣設計，它在強風中，頂部仍會搖擺。當風力每平方米達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。但對整個大樓結構影響不大。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。貝聿銘設計的美國華盛頓國立美術館東館、法國盧浮宮擴建中的一組玻璃金字塔建筑中都可領略到幾何形體的風格。

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。其中三角形構架，是為了抗風抗震。一般內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，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千公斤的壓力。不久的將來，將會出現高強度的合金鋼，它將承受數倍于鋼材的壓力。

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，配置混凝土對水質也是有要求的，要是水中含有脂肪、鹽、糖、酸類物質，會降低混凝土的強度。未來的混凝土更能抗壓、抗拉、抗滲、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構的建筑，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？完全可以采用質地較輕，透光性能好和美觀的玻璃幕墻。玻璃幕墻遠看就像一座水晶宮，增添了建筑藝術的色彩……

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，內部可容納萬人之多。站在樓頂，要是不作安全防護，一陣大風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現代化的時候，看到幾十米的高樓就已經驚嘆不已了，但是經過這么多年的發展，如今的高度已是過去的幾十倍。

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，照樣能夠穩穩的，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。當然建筑這么一個龐然大物，依靠現在的建筑材料是不行的，鋼材、混凝土等材料需要重新研制。科技的力量將會使超高層建筑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，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計成圓形，略微彎曲的外形設計能夠有效地減小氣流，這樣遇上強風可減少阻力。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到了86米，非常牢固。

超高層建筑領域蘊含著許多讓你意想不到的高新技術。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幾百噸甚至上千噸的大圓球，它被安裝在大樓的內部，用鋼索吊著，讓它懸掛在大樓中央。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發生搖晃也不會倒塌，就是因為這個被稱為“鎮樓神器”的大圓球在起作用。

隨著科技的發展，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。