100多層高的大樓，承重柱為啥不會(huì)被壓垮？它能夠承受多少壓力？
隨著科技的日新月異，各個(gè)國(guó)家的高樓拔地而起，這也逐漸成為了顯示國(guó)家經(jīng)濟(jì)繁榮與否的標(biāo)準(zhǔn)。
比如來(lái)到兩個(gè)地方，一個(gè)全是低矮的小平樓，每一處小樓都格外精致漂亮；一個(gè)是林立的鋼筋鐵瓦，高聳如入云霄。面對(duì)這兩個(gè)地方，你會(huì)認(rèn)為哪一個(gè)比較繁榮？想必都會(huì)異口同聲選擇后者。
高樓林立
為什么城市的樓層會(huì)這么高呢？
這是因?yàn)榻?jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的城市里，經(jīng)濟(jì)效益下土地面積的價(jià)錢(qián)也就越來(lái)越高，越靠近市中心或者商業(yè)區(qū)的地方，土地價(jià)格也就越貴。
在此基礎(chǔ)上，房地產(chǎn)商為了追求利益的最大化，也就不斷地增加樓層高度，樓層越高，買(mǎi)或者租的人就越多，那么就能獲取更多的金錢(qián)。然而我們的寫(xiě)字樓和住房一般是在20至30層左右，少數(shù)有寫(xiě)字樓達(dá)到100層。
樓層越高，土地利用率越高
100層的高樓?
事實(shí)上，我國(guó)古代就有著高樓的出現(xiàn)了。據(jù)古時(shí)的文獻(xiàn)記載，商紂王為了博得蘇妲己的歡心，建造了摘星樓，這座樓到底有多高，爭(zhēng)議頗多，但是能到手可摘星辰的地步，想必也是高可入云的。
而在現(xiàn)在的中國(guó)，就有真的“可摘星辰”的百層高樓存在。
比如深圳最高的建筑，京基100大廈，由17.5萬(wàn)平米的寫(xiě)字樓，及4.6萬(wàn)平米的酒店結(jié)合而成，高達(dá)441.8米，地上有100層，地下有4層；
香港環(huán)球貿(mào)易廣場(chǎng)是一座118層樓高的大樓，共484米，總建筑面積為2822039平方尺，香港九龍麗嘉酒店就位于環(huán)球貿(mào)易中心最上面的15層，成為了世界上最高的六星級(jí)酒店；
中國(guó)香港環(huán)球貿(mào)易廣場(chǎng)
上海環(huán)球金融中心處在上海陸家嘴金融貿(mào)易區(qū)，占地面積為1.44萬(wàn)平方米，總樓面的面積為38.16平方米，樓高492米，地上共有101層，地下有3層，并于2008年被評(píng)為“2008年度最佳高層建筑”。
而世界上最高的高樓目前為哈利法塔，原名為迪拜塔，高達(dá)828米，共有樓層162，占地面積約為34.4公頃，耗費(fèi)15億美元，從2004年開(kāi)始修建，于2010年1月4日宣告落成，并改名為哈利法塔。
迪拜哈利法塔
100層高的樓層是怎么建成的?
如果玩過(guò)搭積木的人應(yīng)該都有體會(huì)，搭建低矮的積木是非常簡(jiǎn)單輕松的，然而當(dāng)你搭得越高，就越要小心翼翼，這時(shí)候的積木格外脆弱，一陣風(fēng)就能輕易把它吹倒。
樓層的建立雖然不像積木一樣不牢固，但是也有一定的相似度，那么100層的高樓是如何建成的，又為什么屹立不倒呢？
想要高樓不倒，首先要保證的，就是底座的穩(wěn)固。不管是建什么房屋，建筑工人都會(huì)先挖一個(gè)比較大的坑，將樓層的地基打在很深的地下，保證高樓的穩(wěn)定性。也因此100層的高樓就需要一個(gè)非常穩(wěn)固的底座，既要保證房屋本身的穩(wěn)定性，也要防止大風(fēng)襲來(lái)，高樓不會(huì)像積木一樣柔弱不堪，一吹就倒。
樓層打地基
而這也只是其中的一步而已，想要高樓建立起來(lái)，并且能夠站得穩(wěn)，站得牢，還需要一個(gè)非常重要的東西，那就是承重柱。
承重柱就類(lèi)似于人類(lèi)身體里的骨骼，是支撐高樓的靈魂所在，也是能夠站而不倒的重要原因之一。除了這個(gè)，還有一個(gè)是承重墻，它是支撐著上部樓層重量的墻體，在建筑結(jié)構(gòu)里非常重要，一旦受到損壞，所在建筑的抗震也隨即受到破壞。
這么高的樓層的修建過(guò)程，一般是通過(guò)電梯運(yùn)送物資，到了工作層后，再將物資利用塔吊吊運(yùn)，但在極高的樓層時(shí)，地面的塔吊已經(jīng)無(wú)法接觸，這時(shí)會(huì)將塔吊安裝在建筑結(jié)構(gòu)的頂部，能夠隨著建好結(jié)構(gòu)的上升而上升，也因此可以把樓層越修越高。
建設(shè)中的樓房塔吊
承重柱
正如上文所說(shuō)，在修建100層高的樓層時(shí)，最為關(guān)鍵的就是承重柱。房屋主體主要是由承重柱和構(gòu)造柱組成，承重柱擔(dān)負(fù)著整個(gè)樓層的重量以及穩(wěn)定。
承重柱主要的承壓是由混凝土承擔(dān)的，而混凝土的標(biāo)號(hào)決定著承重柱所能承受的重量，當(dāng)標(biāo)號(hào)為C20時(shí)，經(jīng)過(guò)計(jì)算，混凝土標(biāo)準(zhǔn)試塊換算成平米的就是20000KN/㎡，每平米可以承受的重量約為2000噸，雖然實(shí)際上的承擔(dān)重要有些出入，但是仍然有著可參考的地方；
假設(shè)用的是C60，那么它每平方毫米能夠承重大約為2.75公斤，普通的高層建筑底部的承重柱至少都有一米平方，那么經(jīng)過(guò)換算，就是2750噸，這還只是普通混凝土，沒(méi)有增加鋼筋的理論承重值。
混凝土部分標(biāo)號(hào)和強(qiáng)度等級(jí)
按照普通辦公樓的框架結(jié)構(gòu)和樓板厚度等，通過(guò)計(jì)算，上例的承重柱可以修建到48層樓，然而實(shí)際上按照安全系數(shù)來(lái)說(shuō)是不被允許的，還需要其他的一些結(jié)構(gòu)來(lái)支撐。
而混凝土根據(jù)密度，可以劃分為重混凝土、普通混凝土，輕質(zhì)混凝土。
重混凝土的表觀密度大于2500公斤/平方米，主要由重晶石和鐵礦石集料配制，非常密實(shí)和厚重。
混凝土
而輕質(zhì)混凝土主要分為輕集料混凝土、多孔混凝土、大孔混凝土三類(lèi)，其中大孔混凝土又分成由碎石、軟石、重礦渣集料制成的普通大孔混凝土，以及由陶粒、碎磚、浮石等為集料配制的輕骨料大孔混凝土。
我們?cè)谕聊竟こ讨谐Ｓ玫木褪瞧胀ɑ炷粒话阌缮?、石子為主要集料配制?/strong>
普通混凝土制造
為什么承重柱能夠承受100層高樓?
目前我們所常見(jiàn)建筑物的結(jié)構(gòu)支承系統(tǒng)，力的傳導(dǎo)過(guò)程是荷載傳給樓層的板，板再將力傳給梁，梁又傳給柱子，最后傳給地基，底部的梁和板只會(huì)承擔(dān)一層的荷載，但柱子越是越往下，受到的力就越大。
因此可以說(shuō)，除了最下面的地基，最主要的受力結(jié)構(gòu)便是承重柱了。那么修建100層高樓的時(shí)候，怎么保證承重柱能夠承受這樣的重量呢？
加粗柱子
修建房屋時(shí)，工人一般都會(huì)使用混凝土來(lái)作為承重柱，高樓也是如此，只是平時(shí)修建的房屋低矮，用比較小一點(diǎn)的混凝土支柱就足夠支撐住我們的房子，還能節(jié)約成本和空間。
混凝土承重柱
可是100層的高樓所用的承重柱的規(guī)格顯然與其不同，是要大很多的，因此需要加粗承重柱，但是也不能過(guò)大，這樣很容易導(dǎo)致房屋重量增加，使得壓力增加。
同時(shí)太大的承重柱還可能導(dǎo)致內(nèi)部熱量無(wú)法散出去，形成外冷內(nèi)熱的情況，造成承重柱裂開(kāi)，從而對(duì)房屋安全造成隱患。
增加鋼筋
如果只能在一定程度以?xún)?nèi)加粗承重柱，那么承重柱的受力有限，修建的高度也會(huì)相應(yīng)受到限制。然而實(shí)際上，混凝土還有一個(gè)名字，叫做鋼筋混凝土，也就是在混凝土里加入鋼筋，增強(qiáng)承重柱的抗拉強(qiáng)能力，因此設(shè)計(jì)師就會(huì)通過(guò)加強(qiáng)混凝土內(nèi)部的鋼筋結(jié)構(gòu)，選用更加粗壯的鋼筋。
鋼筋混凝土
很多工地都采用了這種鋼筋混凝土的方式，先用鋼筋扎成一個(gè)柱子的模樣，然后再灌入混凝土。樓層越高，承重柱的橫截面積就越大，面積增加的鋼筋也就越多，樓層的支撐面也就越來(lái)越大，這也就大大提高了承重的能力。
同時(shí)，這類(lèi)高樓一般底部的支柱很多，越往上面，支柱反而越少，因?yàn)楦邩堑闹饕袚?dān)者是底部，底部的支柱多，能更好地支撐高樓的面積和重量，而越往上，壓力就越小，為了底部減輕壓力，上面的支柱很少，夠用就行了。
提高混凝土強(qiáng)度
增加了鋼筋以后，我們還要對(duì)混凝土進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。實(shí)際上，普通混凝土一共被劃分為14個(gè)等級(jí)，高層建筑中，比較常用到的就是C30到C60了，一般最下面的承重柱需要用到的標(biāo)號(hào)一般來(lái)說(shuō)都較高。
混凝土強(qiáng)度等級(jí)
修建100層高樓的時(shí)候，自然就會(huì)選用強(qiáng)度更高的水泥，同時(shí)還會(huì)加入早強(qiáng)劑、減水劑等，提高承重柱混凝土的性能，增加強(qiáng)度的穩(wěn)定性。
而一般的承重柱的結(jié)構(gòu)，大概每平米能夠承受1噸的重量，如果承重柱與承重柱之間的距離為8米，那么每一根承重柱的承重面積就是64平方米，加入按照1.5噸的重量算，那么每一根承重柱可以承擔(dān)的重量為100噸。
而100層的高樓，經(jīng)過(guò)計(jì)算，最底部的承重柱需要承受大概10000噸的重量，是能夠承受100層高的建筑的，只是需要對(duì)其進(jìn)行其他的測(cè)算，比如計(jì)算在發(fā)生臺(tái)風(fēng)、地震等自然災(zāi)害時(shí)，這座樓層能夠支撐多少等級(jí)。
承重柱承重測(cè)試
改良土層土質(zhì)
從上面我們能夠知道，樓層的承受力最后會(huì)通過(guò)承重柱回到地基上，那么底部的土壤對(duì)高樓的穩(wěn)定性至關(guān)重要。
一般在設(shè)計(jì)高樓的時(shí)候，設(shè)計(jì)師都會(huì)選擇地質(zhì)良好的地段，如果沒(méi)有地質(zhì)好的地方，則需要對(duì)土壤進(jìn)行改良措施，比如排除地下水、在地下打入連續(xù)墻或者是往地下鉆孔灌注樁。
通過(guò)這些，來(lái)加固土層，加強(qiáng)土體的強(qiáng)度，阻攔地下水的影響，免得土層因此而變軟，導(dǎo)致地基不穩(wěn)。
選好地基土壤
100層高樓的優(yōu)缺點(diǎn)?
優(yōu)點(diǎn)：
一般高樓建立的位置都位于城市的繁華地段，這樣可以節(jié)約土地，增加土地的利用率，同時(shí)視野好、采光好。
缺點(diǎn)：
投資成本巨大，所用的鋼材和混凝土的消耗量驚人，再加上100層高樓所要配備的電梯、高壓水泵，并且還要為其進(jìn)行不斷的檢修和維護(hù)，日常管理成本也不低；
樓層過(guò)高，電梯雖然方便，但不免會(huì)因?yàn)槌鲂械娜颂喽?strong>導(dǎo)致?lián)矶?/strong>，尤其是上下班的人流高峰時(shí)期，將會(huì)導(dǎo)致樓層的擁擠，或者遇到遭到停電和修理的問(wèn)題，上下樓就顯得非常麻煩；
擁擠的電梯
高樓內(nèi)部分布著大量的電線(xiàn)電纜，裝修中難免也會(huì)使用一些可燃性材料，一旦發(fā)生火災(zāi)，由于樓層過(guò)高，施救難度也會(huì)增加數(shù)倍。并且消防部門(mén)的云梯只有100米，可以想象，100層的巨大高度下，消防官兵根本難以滅火，同時(shí)火災(zāi)還會(huì)對(duì)周遭的建筑物造成嚴(yán)重的影響。
結(jié)論?
人類(lèi)的智慧真是令人感嘆不已，如果放在以前，可能紂王都會(huì)忍不住“自愧不如”，古書(shū)中的摘星樓真實(shí)性尚且存疑，然而我們現(xiàn)在已經(jīng)有了真正可以與星辰“并肩”，與飛云同游，俯瞰萬(wàn)里河山的“摘星樓”了。
對(duì)于那些林立的龐然大物來(lái)說(shuō)，人類(lèi)的身影無(wú)比渺小，人類(lèi)的存在也微乎其微。但是這一座座直插云端的高樓大廈，是人類(lèi)一點(diǎn)一點(diǎn)親自搭建出來(lái)的，是人類(lèi)一步一步拼湊而成的。
高樓
風(fēng)能輕易地吹倒積木，卻無(wú)法吹動(dòng)佇立的百層大樓。底座的鋼筋混凝土是人類(lèi)智慧的產(chǎn)物，有著巨大的承重力，是人類(lèi)根據(jù)計(jì)算和試驗(yàn)，創(chuàng)造出來(lái)的“手臂”。也正是有了這些，我們才能建造出越來(lái)越高的建筑。
