迪拜828米高的哈利法塔是人类建筑高度的极限吗？ 人类能建造1000米以上的建筑物吗？
而如果想要建造一座超高层摩天大楼，需要解决哪些问题呢？
今天我想和大家谈谈高楼是如何拔地而起的。
这些是目前世界上十座最高的建筑。 第一个是迪拜的哈利法塔，高828米，共有169层钢结构楼板，耗资15亿美元。
在哈利法塔建成之前，世界最高建筑的称号经常被打破，记录也只是略高一些。 哈利法塔建成后，比当时世界第一高楼台北101高出60%，这一纪录至今仍未被打破。
那么，哈利法塔是人类建筑高度的极限吗？ 人类能建造1000米以上的建筑物吗？
而如果想要建造一座超高层摩天大楼，需要解决哪些问题呢？
今天我想和大家谈谈高楼是如何拔地而起的。
摩天大楼结构、悬臂结构奇幻
1956 年，89 岁的建筑师弗兰克·劳埃德·赖特 (Frank Lloyd Wright) 在芝加哥谢尔曼酒店公布了他的“世界最高摩天大楼”计划。
赖特将其命名为“伊利诺伊号”（TheIllinois），也有人称其为“伊利诺伊州一英里高塔”（theIllinoisMile-HighTower）。 顾名思义，这座高楼一英里高，即1609米。
“伊利诺伊州”据说有528层，76部电梯，计划容纳13万人，包括15000个停车位，总面积是五角大楼的三倍，帝国大厦的七倍。
所以当莱特在新闻发布会上展示这个7.6米的设计时，在场的人都被吓到了。
在他的设计中，“伊利诺伊州”就像一棵有四个分支的大树。 建筑物的中心是一个深深嵌入地下的混凝土核心。 四个钢结构悬臂从核心筒伸出，楼板架设在这些悬臂上。
这样的结构在当时无疑是一种幻想，因此当时很多人都认为赖特很困惑。 当然，“伊利诺伊”号最终没有建成。
但“伊利诺伊州”的结构中有一个非常重要的东西。 它承载着20世纪60年代以后几乎所有超高层建筑设计的核心钢结构楼板，那就是深埋于地下的核心筒。
摩天大楼的钢结构时期
19世纪末，工业钢材已经非常普及，因此建筑物开始大量使用钢材来减轻荷载。 这不仅节省了石材，而且减轻了建筑物的荷载。 这也使得楼层越来越高，于是“摩天大楼”的概念开始出现。
世界上第一座摩天大楼诞生于芝加哥。 那是家庭保险大楼。 这座建筑虽然只有10层、高42米，但却是当时最高的建筑之一，也是第一座采用钢结构建造的建筑。 该建筑的重量仅为相同体积的石头建筑的三分之一。
然而，钢结构建筑需要三维钢框架，因此钢材会占用大量的内部空间，建筑的空间利用率很低。 而且随着建筑物越来越高，人们发现钢架建筑由于表面积大、密度低，更容易受到风力的影响。
结构简化时代
这时，SOM建筑设计事务所的建筑师Fazl Khan想到，如果将钢框架建筑内部的钢梁网格换成由钢筋和混凝土组成的外部承重结构，是不是可以提高建筑的抗风能力呢？建筑物？ ？ 而且，外部剪力墙和密框柱承担了大部分荷载，因此空间内部的支撑柱可以拆除，节省更多的可用空间。
法兹勒将这种结构命名为圆柱体结构。 其最大的特点是建筑内部有一个核心筒，一般设计为电梯井、楼梯、通风井等，并围成一个封闭的空间。 这种结构在抵抗侧向风荷载方面非常有效，从人类的角度来看，它具有很强的抗风能力。
筒结构发明后，几乎所有的超高层建筑都采用了这种结构，比如著名的纽约世贸中心双子塔、上海环球金融中心等，其中哈利法塔也设计了由SOM。 塔。
建筑师还围绕圆筒结构创造了一系列新的结构体系，如束管结构、内管结构、管中管结构等。
可以说，筒结构造就了我们今天高楼林立的城市景观。
摩天大楼如何克服自身重量
除了解决结构的水平荷载外，还需要解决竖向荷载，即建筑物在重力作用下如何承受自身重量。
随着楼层越来越高，每一层的结构都必须能够承受其上面的所有楼层，因此坚实的地基非常重要。
很多摩天大楼都会选择建在基岩上，即以基岩为地基，在基岩上铺设钢筋混凝土基础，这样可以保证整个建筑的稳定性。
但基岩并非随处可见。 它可能分布在地下几米至数百米处。 土木工程师不可能建造几百米的地基。 这不是从摩天大楼变成了水井吗？ 所以还有一个比较常见的方法，就是利用摩擦力。
比如哈利法塔，迪拜当地的地质是由脆弱的砂岩构成的，所以不可能直接锚定它。 于是建筑师使用了192根钢筋混凝土柱子，并将它们打入地下五十米处。 砂岩和桩之间的摩擦力用于稳定哈利法塔。
此外，高强混凝土也是承重超高层建筑的重要工具。 混凝土一般分为C15-C80 14个强度等级。 数字越大，抗压强度越高。 普通住宅建筑的混凝土标号在C30-C50之间，而像哈利法塔这样的建筑，127层以下全部采用C80混凝土，127层以上则采用C60混凝土。 每平方米混凝土可承受8000吨压力，几乎相当于1185个金箍棒的重量。
摩天大楼克服风荷载
还有一个问题不知道大家注意到没有。 超高层摩天大楼一般形状奇特，很少有方形的。 事实上，这些建筑标志性外观的第一个要素就是抗风性。
我们之前说过，楼层越高，横向风荷载越大。 在超高层建筑上，风会引起一种特殊的现象，称为“涡流脱落”。
高层建筑并非完全刚性，并以固定频率振动。 当风吹过建筑物时，会在建筑物后面产生涡流并脱落，同时产生压力差。 漩涡会交替产生低压区域，将建筑物吸进去。这个循环将导致高层建筑来回摇摆。 当建筑物本身的固定频率与涡流脱落的频率相匹配时，就会产生剧烈的摇摆强度。
人体对加速度特别敏感，所以人会立即感受到建筑物的晃动，产生恶心、头晕等类似晕车的效果。
要解决这个问题，不能仅仅依靠结构来抵抗，还需要在造型设计上发挥一些巧思。
例如，如果摩天大楼是圆角设计的，你应该经常看到一些圆形的建筑物，比如这个，这个，这个。
或者在边缘使用小切口来达到类似的效果。 例如，在台北101，建筑师将原设计的方角改为锯齿状角，在风洞测试中减少了25%的晃动。
另一种办法是直接在建筑物顶部开一个洞，让风直接从最强点通过。 最典型的是上海环球金融中心和沙特阿拉伯的王国中心。 他们都这样做。
还有一些螺旋形的建筑，如上海中心大厦、广州塔、瑞典马尔默螺旋中心大厦等。 他们利用螺旋形状来改变风向，让风向上吹。 原理与以前的汽车天线类似。
除了这些造型设计之外，还有一种为建筑物添加外围设备的方式，那就是调谐质量阻尼器，也称为TMD系统（调谐质量阻尼器），一般安装在300米以上高度的建筑物上。
当建筑物晃动时，悬挂在建筑物内部的重量会摆动，并将能量传递到下面的阻尼杆，从而抵消风的影响。
有些建筑物会使用数吨的防溅水箱，水会来回晃动以抵消建筑物的晃动。 这就是广州塔的作用。 建筑师在“小腰部”安装了两个容量为540吨的铁质消防水箱，水箱平时用作阻尼器，发生火灾时也可以喷水灭火。
另一件事是钟摆的形状。 台北101最出名的就是它的风阻尼器，他们还专门为它制作了吉祥物。 （C位的其实叫洪金宝……）
上海中心大厦125层拥有世界上最重的阻尼器，重达1000吨。 该风阻尼的单边摆动极限为1米。 2019年台风“利奇马”登陆上海时，其单侧阻尼器侧摆超过50厘米，瞬时峰值甚至达到70厘米，创下上海中心大厦开业以来的最大纪录。
为什么现在人们不热衷于建造高层建筑？
那么我们现在可以回答一开始的问题了。 如果以现有技术和材料来看，设计建造千米以上超高层建筑是完全有可能的。
那为什么千米高楼还没有出现呢？
原因很简单。 买地建楼太贵了，人们对建高层建筑不再感兴趣。
在一线城市，摩天大楼的空置率并不低。 戴德梁行数据显示，2023年上半年，北京、上海、广州、深圳甲级写字楼空置率分别为16.9%、18.6%、18%、24.5%。 部分二线城市写字楼空置率甚至高达40%。 今年美国摩天大楼的空置率也接近19%，比疫情期间高出5%。
此外，超高层建筑的维护成本也相当高。 2001年，上海金茂大厦的建设成本为每平方米2万元，日常管理维护费用超过100万元。 仅这个维护成本就超过了节省土地所带来的经济价值。
另外，关于摩天大楼，还有一个非常著名的经济概念——摩天大楼指数，也被称为“劳伦斯诅咒”。
1999年，德意志银行证券分析师安德鲁·劳伦斯首次提出了这一概念。 他认为，经济衰退或股市萧条通常发生在世界最高摩天大楼建成前后。
因为这些超大型工程项目上马的时候，就意味着政策宽松，市场对经济的心态过于乐观。 随着大楼即将竣工，过度投资和投机造成的泡沫即将危及经济，政府将转向紧缩政策作为应对。 因此在某种程度上，摩天大楼反映了社会的经济周期。
19世纪摩天大楼兴起后，“劳伦斯诅咒”至少发生了十次。 近二十年来，这样的事情发生过三次。 1997年，吉隆坡双子塔落成，取代西尔斯大厦，成为最高建筑，高452米。 同年，亚洲金融危机爆发。 台北101大楼于1999年建成，2004年竣工，跨越了整个互联网泡沫时期。 哈利法塔于2009年底竣工，恰逢次贷危机引发的全球金融危机。
当然，现在看来，摩天大楼指数的兑现大部分都是事后诸葛亮，有点临时起意，也肯定挡不住大家对超高层建筑的热情。 尤其是二三线城市，更容易陷入摩天大楼热潮。 这些城市会盲目地建造高层建筑来显示自己的经济实力。
因此，2022年7月，国家发改委出台《十四五新型城镇化实施方案》，明确规定不得新建500米以上建筑，对250米以上新建建筑也实行严格限制。米。
这是2020年以来国家第四次提到“限高”政策，也算是给我国的摩天大楼热潮降温了。
最后的话：
有人说摩天大楼是现代人生育崇拜的图腾，确实有一定道理。 当摩天大楼成为权力和财富的象征，盲目攀比高度时，建筑本身就没有比炫耀更大的意义了。
在当今的后工业社会，建造摩天大楼很难直接提高生活质量，甚至可能产生适得其反的效果。 当遇到突发情况时，建筑规模越大，安全性就越低。 控制建筑规模是减少意外损失的重要途径。 “9·11”等事件让人们重新认识摩天大楼的安全性。
为了人类社会的健康发展，大楼越高越好。 它存在的意义就是让人类的生活更加美好。 人性化设计是建筑需要考虑的首要标准。
那么当今城市中有多少建筑是真正为人而建的呢？
