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科普:人類能蓋出1萬米高的摩天大樓嗎?建筑技術(shù)是否有瓶頸?

2021-07-21 12:43 作者:紅葉奇說  | 我要投稿

早期一般10-20層的大樓就會(huì)被稱為摩天大樓,但到現(xiàn)在通常是指50層以上的大樓!在日本,超過60米的大樓就是摩天大樓,美國則是500英尺(152米),而在中國則一般指100米以上!

當(dāng)今全球最高的建筑是位于阿聯(lián)酋迪拜的哈利法塔,高度達(dá)到了828米。然而正在位于沙特阿拉伯建造的吉達(dá)塔,高度卻超過了1000米??偼顿Y額更是超過了200億美元。如果想要建造一座高達(dá)1萬米的摩天大樓,則需要將10座吉達(dá)塔拼起來?;蛘邔?2座迪拜塔拼起來。

如果按照吉達(dá)塔的費(fèi)用來計(jì)算的話,需要花費(fèi)5.46萬億美元來建造,約合35.5萬億元人民幣。目前深圳成指的2446家上市公司的總市值才不到35萬億。

另外當(dāng)下馬云的財(cái)富為475億美元,想要建造如此高的摩天大樓,大約需要115個(gè)馬云的財(cái)產(chǎn)總合才得以實(shí)現(xiàn)。然而實(shí)際上越往上建筑難度越大,所建造的成本更是成倍增加,因而實(shí)際費(fèi)用恐怕遠(yuǎn)高于此。

技術(shù)難點(diǎn)

盡管看起來造個(gè)房子很簡單,但事實(shí)上高度增加后大樓的建造難度是指數(shù)級(jí)增加的,因?yàn)楦邔咏ㄖ怪备叨纫辉黾?,?duì)建筑技術(shù)、材料與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等,將會(huì)產(chǎn)生極大的影響,主要包括如下幾個(gè)方面:結(jié)構(gòu)框架,材料抗壓強(qiáng)度,垂直交通設(shè)計(jì),強(qiáng)電弱電暖通等安全與穩(wěn)定,消防覆蓋,主動(dòng)阻尼技術(shù),地震與側(cè)風(fēng)影響。

目前,超高層建筑因高度不一所采用的結(jié)構(gòu)形式也有所差異,但都以筒體結(jié)構(gòu)為主,其中高度較高的超高層一般采用束筒結(jié)構(gòu),例如:哈利法塔。

那么當(dāng)建筑高度達(dá)到10000米時(shí),依照現(xiàn)在的技術(shù)水平也只能采用筒體結(jié)構(gòu)。但又由于之前所說的,水平荷載作用將是考驗(yàn)結(jié)構(gòu)整體的一大難題!

它所要求的建筑結(jié)構(gòu)必須具備比一般超高層建筑所采用結(jié)構(gòu)還要大的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性,這也就說明一點(diǎn)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的尺寸會(huì)遠(yuǎn)超現(xiàn)有的超高層結(jié)構(gòu)尺寸。

簡單來說,假設(shè)一般超高層的剪力墻厚度為1米,那么達(dá)到10000米的建筑剪力墻厚度可能需要超過10米甚至更多。

因此建筑的可使用空間會(huì)大大縮水!

不僅如此,現(xiàn)有的技術(shù)水平也規(guī)定了建筑的高寬比,當(dāng)高寬比超過一定的上限值時(shí),容易引起建筑的彎矩破壞以及結(jié)構(gòu)失穩(wěn)。因此當(dāng)建筑高度達(dá)到10000米時(shí),建筑的寬度要達(dá)到2000米之多,這也是比較難以實(shí)現(xiàn)的。

我們可以舉個(gè)例子,位于上海市的上海中心大樓高度為632米,一共有128層,屬于超高建筑。這種摩天大樓在建立之初,人們會(huì)考慮到地震和臺(tái)風(fēng)等帶來的不確定因素。

螺旋式結(jié)構(gòu)可以有效減少風(fēng)力,而且上海中心大廈還安裝了“上海慧眼”的風(fēng)阻尼器,風(fēng)阻尼器重達(dá)1000噸,有大風(fēng)來的時(shí)候,風(fēng)阻尼器可以通過反作用力有效減少上海中心大廈的擺動(dòng)幅度,這樣就可以起到固定和減震的效果,甚至使樓體出現(xiàn)1.4米的晃動(dòng)都屹立不倒。

而上海中心大廈2019年經(jīng)受住了16級(jí)的超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)“利奇馬”的考驗(yàn),就別說10級(jí)一下的大風(fēng)了,根本不是問題。

同樣道理,沙特阿拉伯的王國大廈同樣考慮了大風(fēng)和地震因素,王國大廈在建筑設(shè)計(jì)上與當(dāng)?shù)氐臍夂蛱攸c(diǎn)非常契合,中間的圓拱型空洞設(shè)計(jì)能抵抗當(dāng)?shù)仡l發(fā)的沙塵暴,減少颶風(fēng)對(duì)建筑物的影響,在沙漠腹地建起這樣的高層建筑本身就是一個(gè)奇跡。

而蓋10000米的摩天大廈,同樣要考慮地震和颶風(fēng)因素,是上海中心大廈的16倍,也就是說大廈擺動(dòng)幅度要達(dá)到20米,真的有人敢住嗎?

還有一點(diǎn)上海中心大廈阻尼器重1000噸,10000米的摩天大廈需要的阻尼器重量起碼要16000噸,大廈能承受的住這么大的重量嗎?

而且建造物越高承受的風(fēng)力越大,因此阻尼器設(shè)計(jì)估要超過16000噸重量。這是必須解決的技術(shù)問題。

氣候難點(diǎn)

一般住在平原的人,到了3000米以上海拔的地方都會(huì)有不同程度的高原反應(yīng),5000米以上更嚴(yán)重,而8800多米的珠穆朗瑪峰頂峰更是常人所不能接受的稀薄空氣,而現(xiàn)在要在10000米高的頂樓辦公?這個(gè)瘋狂的想法還是打住吧。

再者說,10000米高空辦公都是問題,那這座10000米的高樓,到了建設(shè)最頂端的時(shí)候,有什么人能去施工呢?

就舉一個(gè)例子,目前每上升100米氣溫下降0.6度。10000米那就是跟地面相差60度,而當(dāng)?shù)孛鏈囟榷煸?10度時(shí),大樓頂部就是零下70度。住在上面就如同后天電影里那樣的恐怕,一不留神就一命歸天。

現(xiàn)在建600多米的摩天大樓就需要最高規(guī)格的建筑材料,而一萬米高度的大樓可不是600米的簡單疊加,對(duì)材料的強(qiáng)度壽命要求肯定是呈指數(shù)級(jí)增長的,但是這種材料目前來看還不存在。

最后這座1萬米的高樓建造起來恐怕頂部并不適合人類居住,因?yàn)樗鼘?shí)在太晃了。目前高828米的迪拜塔在受到強(qiáng)風(fēng)時(shí)都有3米的來回?cái)[動(dòng),1萬米的摩天大樓受到強(qiáng)風(fēng)時(shí)擺動(dòng)幅度起碼有幾十米。甚至頂層都是一直不停的在晃動(dòng)的,壓根就不適合人類居住。

綜上所述,人類科技不斷進(jìn)步,對(duì)于我們來說建造10000米的摩天大廈真的不是問題,但是技術(shù)問題、成本問題、氣溫問題、實(shí)用問題等都是需要考慮的。

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