走向未来的超高建筑

河北省石家庄市鹿泉区寺家庄镇岗上小学 刘晓红

随着人们生活水平的提高，人类对高层建筑的向往油然而生，于是都市里一座座摩天大楼拔地而起。自21 世纪初阿联酋迪拜828米的哈利法塔问世后，我国632 米的上海中心大厦应运而生，成为世界第二高楼。世界各国地标建筑层出不穷的背后，人们不禁要问：这些高层建筑具有什么样的结构，它们的高度有没有极限呢？

超高层建筑是啥样

设计超高层建筑，最主要的难度在于能抗风抗震。设计者往往要用特殊的筒体结构，如芝加哥的西尔斯塔用的就是“成束筒”结构。举个例子，一根竹竿是单个筒体，在大风中容易弯曲；如将一捆竹竿联合在一起，就有很强的抗风能力。西尔斯塔是由9个边长22.9米的正方形筒体组合成的大正方形，其中2个筒体在第52层结束，2个筒体在第67 层结束，3 个筒体在第92 层结束，最后有2 个筒体到顶。这样，它的外观形成高低不一、错落有致的独特造型。尽管这样设计，它在强风中，顶部仍会摇摆。当风力达到每平方米305千克时，楼顶允许的振幅是高度的五百分之一，即90厘米。建成后在最大风速时，实测振幅仅达46厘米。人住在楼内，楼顶的摆动是能感觉到的，但很安全。

1945 年7 月28 日，曾有一架B-25 型轰炸机在大雾中撞到102层的纽约帝国大厦的第79 层上。飞机坠毁，大厦的损失是一部电梯震落，一道边梁和部分楼板损毁，但对整个大楼结构的影响不大。可见，超高层建筑的结构设计是十分可靠的。

位于我国香港中区（湾仔区）的香港中国银行，高70 层，315 米，是座造型别致的超高层建筑。它的平面和立面都由三角形组合而成，这一几何形体的风格，正是设计大师贝聿铭的偏好。从贝聿铭设计的美国华盛顿国家艺术馆东馆、法国卢浮宫玻璃金字塔等建筑中，都可以领略到几何形体的风格。

香港中国银行底部平面是边长50米的正方形，用对角线划分成4 个等腰三角形；上升到20 层时减少1 个三角形；到38 层时成2 个三角形；从51 层开始就只有1 个三角形。到大楼顶部，我们可以看到，在结构上它采用的也是成束筒体形式。和西尔斯塔不同的是，它用的是三角形的筒体，这些三角形的柱和构件用钢材和钢筋混凝土制成。如果把玻璃幕墙去掉，可以想象出它就近似于一座高压输电塔。其中的三角形构架，是为了抗风抗震。内部用许多电梯井筒组成较封闭的筒体，刚度很高。但外面的筒体由于要开窗采光和通风，不能做成很封闭的形式，于是就采用框架或桁架的方式，称为“框架筒”或“桁架筒”，它的原理和高压输电塔一样。

特殊的建筑材料

作为建筑中的庞然大物，它们使用的建筑材料必须能够承受数百层大楼的重量，而钢筋水泥仍然是主要建筑材料。目前我们普通高层建筑的钢材强度每平方厘米只能承受数千千克的重量，而不久的将来，将会出现高强度的合金钢，它将能承受现在数倍的压力。

我们知道，搞建筑离不开水泥砂石搅拌而成的混凝土。未来将产生高强度的混凝土，其强度是普通建筑钢筋混凝土的25倍，比一般的钢铁材料还要坚硬数倍。对一般工程而言，不同部位的混凝土所承受的荷载不一样，不是所有的建筑都用同一种强度等级的混凝土。另外，配置混凝土对水质也是有要求的，要是水中含有脂肪、盐、糖、酸类物质，就会降低混凝土的强度。未来的混凝土更能抗压、抗拉、抗渗和抗冻。

摩天大楼造得越高，采用的建筑材料越多，它自身的重量也就越大。为此，建筑师们大多采用框架结构，让整幢大楼完全由框架支撑，以确保大楼的外墙不再起承重作用。那外墙怎么办？完全可以采用质地较轻、透光性能好且美观的玻璃幕墙。远看上去就像一座水晶宫，增添了建筑艺术的色彩……

极限是多少层

迪拜的哈利法塔和我国的上海中心大厦，它们的高度一个超过了800 米，一个超过了600 米，内部均可容纳万人之多。站在楼顶，要是不做安全防护，一阵大风就能轻松地把你吹走了。

那人类建筑的极限是不是就停止在了800米呢？人类刚刚步入工业现代化的时候，看到几十米的高楼已经惊叹不已了，但是经过这么多年的发展，如今的高度已是过去的几十倍。照这样下去，摩天大楼的高度极限到底是多少呢？

要问摩天大楼的极限是多少，我们还是来看看世界屋脊珠穆朗玛峰吧。它的岩石面高度超过了8844 米，照样能够安然无恙，这说明土地的承受能力是很大的。如果我们拥有足够的材料，建造一座8844 米的摩天大楼也根本不是问题。但要是真的建造如此大的高层建筑，它就像一座金字塔，仅地基的面积就超过十多个大城市了。当然建造这么一个庞然大物，依靠现在的建筑材料是不行的，钢材、混凝土等材料都需要重新研制了。科技的力量将会使人类朝着更高的方向发展。

绝对的“镇楼神器”

上海中心大厦被称为我国第一高楼，当它遇到强劲的大风时，摇晃的幅度将近一米，让很多人感到害怕。那这样人们还敢居住吗？

其实世界各国的摩天大楼遇到强风都会摇晃，但这么多年来我们并没有听说它们中的哪一个晃倒了。建筑师最初设计上海中心大厦时就考虑过这个问题，他们把建筑设计成圆形，略微弯曲的外观设计能够有效地减小气流，这样遇上强风就减少了阻力。同时，大楼左右底部还装有千斤重的减震器。除此之外，他们还在大厦的地基上打了980 个基桩，每一个深度都达到了86米，非常地牢固。

超高层建筑领域蕴含着许多让你意想不到的高科技。建筑师们在大楼的中心加了一道非常坚固的防护墙，如同“镇楼神器”一般，完全可以阻止大楼的倒塌，它就是一种叫做阻尼器的装置。

所谓的阻尼器，实际上就是一个重达几百吨甚至上千吨的大圆球。它被安装在大楼的内部，四个角用钢索吊着，将其悬挂在大楼中央。当遇到大风天气，大楼开始向一边摇晃的时候，阻尼器就会朝相反的方向摆动，用它的重量将大楼拉回到垂直的方向上。因此，摩天大楼即使遇到强风发生摇晃也不会倒塌。

随着人类科技的发展，令人瞩目的超高层建筑将会越来越多，一个走向超高层建筑的时代已经到来。