走向未來的超高建筑

顏士州

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(jì)初阿聯(lián)酋迪拜828米高的哈利法塔問世后，我國632米高的上海中心大廈應(yīng)運而生，成為世界第二高樓。當(dāng)然，世界各國地標(biāo)建筑也層出不窮。那么，這些高層建筑具有什么樣的結(jié)構(gòu)？人類所建的高層建筑的高度有沒有極限？

特殊的筒體結(jié)構(gòu)

設(shè)計超高層建筑，最主要的難度在于要能抗風(fēng)抗震。設(shè)計者往往要用上特殊的筒體結(jié)構(gòu)，像美國芝加哥的西爾斯塔用的就是“成束筒”結(jié)構(gòu)。比如，一根竹竿是單個筒體，在大風(fēng)中容易彎曲。如用一捆竹竿捆在一起，就有很強(qiáng)的抗風(fēng)能力。西爾斯塔是由9個邊長22.9米的正方形筒體組合成大正方形，其中2個筒體在第52層結(jié)束，2個筒體在第67層結(jié)束，3個筒體在第92層結(jié)束，最后是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(shè)計，它在強(qiáng)風(fēng)中頂部仍會搖擺。當(dāng)風(fēng)壓在每平方米達(dá)305千克時，樓頂允許振幅是高度的五百分之一，即90厘米。西爾斯塔建成后在最大風(fēng)速時，實測振幅僅達(dá)46厘米。人住在樓內(nèi)，樓頂?shù)臄[動是能感覺到的，但還是很安全。

1945年7月28日，曾有一架“B-52”重型轟炸機(jī)在大霧中撞到高達(dá)102層的美國紐約帝國大廈的第79層上。飛機(jī)墜毀，大廈的損失則是使一部電梯震落，一道邊梁和部分樓板損毀。但這些損失對整個大樓結(jié)構(gòu)影響不大，可見超高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計是十分可靠的。

位于我國香港中區(qū)（灣仔區(qū)）的中國銀行香港分行，高70層，總高度達(dá)到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(fēng)格，正是建筑設(shè)計大師貝聿銘的偏好。在由貝聿銘設(shè)計的美國華盛頓國立美術(shù)館東館和法國盧浮宮擴(kuò)建的一組玻璃金字塔建筑中，都可領(lǐng)略到這種幾何形體的風(fēng)格。

中國銀行香港分行大廈的底部是邊長50米的正方形，用對角線劃分成4個等腰三角形，上升到20層減少1個三角形;到38層時成2個三角形;51層開始就只有1個三角形。到3樓頂部，我們可以看到，在結(jié)構(gòu)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(gòu)件用鋼和鋼筋混凝土制成。如果把玻璃幕墻去掉，可以想象出它就近似于一座高壓輸電塔，其中三角形構(gòu)架的作用是為了抗風(fēng)抗震。一般內(nèi)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(fēng)，不能做成完全封閉的形式，就采用了框架或桁架的方式，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，高層建筑最基本的部分就是建筑材料，它能承受數(shù)百層大樓的重量，鋼筋水泥仍然是主要的建筑材料。目前，普通高層建筑每平方厘米的鋼材強(qiáng)度只能承受數(shù)千公斤的承受力。而不久的將來，將會出現(xiàn)高強(qiáng)度的合金鋼，它能承受超出數(shù)倍的壓力。

我們知道，建筑離不開水泥砂石攪拌而成的混凝土。未來水泥將是高強(qiáng)度的混凝土，這種新型的超級水泥，其強(qiáng)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(shù)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(qiáng)度等級的混凝土。另外配置混凝土對水質(zhì)也是有要求的，要是水中含有脂肪、鹽、糖、酸類物質(zhì)，都會降低混凝土的強(qiáng)度。未來的混凝土更能抗壓、抗拉、抗?jié)B、抗凍。

摩天大樓造得越高，采用的建筑材料越多，它自身的重量也越重。為此，建筑師們大多采用框架結(jié)構(gòu)的建筑，讓整幢大樓完全由框架支撐，這樣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(zhì)地較輕，透光性能好和美觀的玻璃幕墻。遠(yuǎn)看上去就像一座水晶宮，增添了建筑地藝術(shù)色彩。

極限的樓層高度

位于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(nèi)部可容納萬人之多。站在樓頂，要是不做安全防護(hù)，一陣大風(fēng)就能輕松地把你吹走了。

那么，人類建筑的極限是不是就停止在了800多米？假如人類不計成本地去建設(shè)，它的高度極限到底會是多少呢？人類剛剛步入工業(yè)現(xiàn)代化的時候，看到幾十米的高樓已經(jīng)驚嘆不已了，但是經(jīng)過這么多年的發(fā)展，如今的高度已是過去的幾十倍。

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，它的高度超過了8848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8848米高的摩天大樓根本不是問題。不過要是真的建造如此大的高層建筑，它就會像一座金字塔，僅地基的面積就超過十多個大城市了。當(dāng)然，建筑這么一個龐然大物，依靠現(xiàn)在的建筑材料也是不行的，鋼材、混凝土等材料需要重新研制，而科技的力量將會使人類朝著更高的方向發(fā)展。

絕對的鎮(zhèn)樓神器

上海中心大廈被稱為我國第一高樓，當(dāng)它遇到強(qiáng)勁的大風(fēng)時，搖晃的幅度將近一米，讓很多人感到害怕，這樣一來人們還敢在里面居住嗎？

其實世界上所有的摩天大樓遇到強(qiáng)風(fēng)都會搖晃，可這么多年來，我們并沒有聽說哪個國家的摩天大樓晃倒了。建筑師最初設(shè)計上海中心大廈時就考慮過這個問題，他們把高層建筑設(shè)計成圓形，略微彎曲的外觀設(shè)計能夠有效地減小氣流，這樣遇上強(qiáng)風(fēng)減少了阻力，大樓左右底部還裝有千斤重的減震器，大廈的地基有980個基樁，每一個深度都達(dá)到了86米，非常牢固。

超高層建筑領(lǐng)域蘊含著許多讓你意想不到的高超技術(shù)，比如建筑師們在大樓的中心加上了一道非常堅固的防護(hù)墻，如同鎮(zhèn)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。

阻尼器，實際上就是一個重達(dá)幾百噸甚至上千噸的大圓球，它被安裝在大樓的內(nèi)部，四個角用鋼索吊著，讓它懸掛在大樓中央。當(dāng)遇到大風(fēng)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。這樣緩和風(fēng)勢，摩天大樓即使遇到強(qiáng)風(fēng)發(fā)生搖晃也不會倒塌，就是因為這個被稱為“鎮(zhèn)樓神器”的大圓球在起作用。

隨著人類科技的發(fā)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(jīng)到來。