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，這些高層建筑具有什么樣的結構？人類所建的高層建筑的高度有沒有極限？

特殊的筒體結構

設計超高層建筑，最主要的難度在于要能抗風抗震。設計者往往要用上特殊的筒體結構，像美國芝加哥的西爾斯塔用的就是“成束筒”結構。比如，一根竹竿是單個筒體，在大風中容易彎曲。如用一捆竹竿捆在一起，就有很強的抗風能力。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層結束，2個筒體在第67層結束，3個筒體在第92層結束，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。盡管這樣設計，它在強風中頂部仍會搖擺。當風壓在每平方米達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速時，實測振幅僅達46厘米。人住在樓內，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”重型轟炸機在大霧中撞到高達102層的美國紐約帝國大廈的第79層上。飛機墜毀，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(qū)（灣仔區(qū)）的中國銀行香港分行，高70層，總高度達到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，這一幾何形體的風格，正是建筑設計大師貝聿銘的偏好。在由貝聿銘設計的美國華盛頓國立美術館東館和法國盧浮宮擴建的一組玻璃金字塔建筑中，都可領略到這種幾何形體的風格。

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，可以想象出它就近似于一座高壓輸電塔，其中三角形構架的作用是為了抗風抗震。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。未來水泥將是高強度的混凝土，這種新型的超級水泥，其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(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，都會降低混凝土的強度。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構的建筑，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？完全可以采用質地較輕，透光性能好和美觀的玻璃幕墻。遠看上去就像一座水晶宮，增添了建筑地藝術色彩。

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，內部可容納萬人之多。站在樓頂，要是不做安全防護，一陣大風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，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，當它遇到強勁的大風時，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風都會搖晃，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。建筑師最初設計上海中心大廈時就考慮過這個問題，他們把高層建筑設計成圓形，略微彎曲的外觀設計能夠有效地減小氣流，這樣遇上強風減少了阻力，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超技術，比如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(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幾百噸甚至上千噸的大圓球，它被安裝在大樓的內部，四個角用鋼索吊著，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。這樣緩和風勢，摩天大樓即使遇到強風發(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。