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危樓高百尺,科學可摘星

(來源:網站編輯 2020-11-19 09:19)

  “828”的夜晚
  2010年1月4日的夜晚注定屬于迪拜。
  巨大的激光投影在迪拜的天空中勾勒出一個又一個轉瞬即逝的數字,洋溢著濃郁阿拉伯氣息的音樂在人們耳邊回放,璀璨的燈光從迪拜各式鬼斧神工的建筑物中放射出來,將迪拜的夜空渲染得燦爛輝煌。此刻,迪拜似乎在等待著什么。
  “825”“826”“827”……
  激光投射的數字凝固在“828”上, 828米!曾經引起無數人揣測的迪拜塔的高度,終于揭開了最后的面紗!霎時間,音樂聲起,無數煙花從迪拜塔中迸射出來,煙火映襯之下,迪拜塔仿佛連通了天空與大地。
  1月4日凌晨,迪拜酋長謝赫穆罕默德在揭幕式上正式宣布,迪拜塔更名為哈利法塔,以向阿聯酋總統哈利法表達敬意,因為哈利法在迪拜陷入債務危機時伸出援手。
  迪拜酋長的努力還是收到了一定的成效。在當地電視臺的采訪中,35歲的迪拜商人蘇爾坦表示, “作為一個迪拜人,我由衷地感到自豪,盡管現在的經濟形勢糟糕透頂,但我們依然能夠完成這么偉大的建筑,未來一定會好起來的?!?
  從歷史的角度看,很多事情其實并不陌生。1931年5月1日,美國總統胡佛走進白宮的電報室按下電鈕,遠在紐約的帝國大廈頓時燈火輝煌,彼時美國正深陷大蕭條之中,帝國大廈成為美國人民信心的化身。帝國大廈與哈利法塔,二者分別在自己時代的高層建筑中睥睨天下,又由于歷史的巧合分享著相同的境遇。
  正如尼采所說:“在建筑中,人的自象感、人對萬有引力的勝利和追求權力的意志,都呈現出看得見的形狀?!?
  結構是關鍵
  作為人類進入工業社會之后建筑行業的新品種,人們對摩天大樓的要求從未變過,那就是——比最高更高!
  想做到這一點,“堆土包”的方法肯定不行,設計者需要找到特殊的筒體結構才能完成。比如,美國芝加哥市的象征性建筑西爾斯塔,它首創了“成束筒”這種超高層結構。它的原理很簡單:一根樓筒是單個簡體,在大風中容易彎曲,如用一捆樓筒聯合一起,就有很強的抗風能力。
  這不禁讓人聯想到中國的一句諺語:“一根筷子容易折斷,一把筷子就變得堅固無比?!?
  西爾斯塔高442米,完工于1974年,此后的22年一直是世界的最高樓。它是由9個23米寬的正方形筒體組合成的大廈,外觀看起來就像一捆參差不齊的混凝土筷子,其中兩個筒體在第五十二層結束;兩個筒在第六十七層結束,3個筒體在第九十二層結束,最后是兩個筒到頂。這樣,它的外觀就形成高低不一、錯落有致的獨特造型。
  其實,現今建成的摩天大樓千奇百怪,很大程度上并不是因為刻意追求造型別致,而是出于結構需要。
  位于我國香港中區的香港中國銀行,高315米,有70層高。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,正是設計大師貝聿銘的偏好。香港中國銀行平面在底部是每邊50米的正方形,用對角線劃分成4個等腰三角形,上升到20層減少一個三角形;到38層時呈兩個三角形;51層開始就只有一個三角形。到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,香港中國銀行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,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,強度非常高。但外面的筒體由于要開窗采光和通風,不能做成很封閉的形式,就采用框架或桁架的方式,稱為“框架筒”或“桁架筒”,它的原理和高壓輸電塔一樣。
  中國的定海神針
  雖然多筒結構讓摩天大樓建出了新高度,但它有一個致命的缺陷,上窄下寬的形態讓它占用了大量的城市用地。要知道,之所以建高層,說明這個地區一定是寸土寸金。想根本解決這一難題,必須找到一個土地利用率高,且抗風、抗震的單一筒體建筑方案才行。
  2016年,上海中心大廈落成,建筑主體119層,總高632米,是我國第一、世界第二高層建筑,雖然高度不及哈利法塔,但單一筒體結構讓它占地面積還不到哈利法塔的1/4,實現了土地最優化利用。再加上筆直向上的造型,更多人喜歡稱它是“中國的定海神針”。
  上海是一座臨海城市,大風和柔軟的地基是所有建筑的大敵,所以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柱體,略微彎曲的外觀設計能夠有效地減小氣流,大樓底部兩端還裝有數噸重的減震器,可以在大風或是地震時吸收震動。還在大廈的地基中打了980個基樁,每一個深度都達到了86米,讓大廈牢牢抓住地面。
  不僅如此,讓上海中心大廈實現針樣結構,還需要一項黑科技,它就是阻尼器。
  所謂的阻尼器,實際上就是一個數百噸的大砣,有的是鐵球,有的是罐裝防火液,它被安裝在大樓的中上部,4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,阻尼器就會受重力影響,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,以此緩和風勢。所以,摩天大樓即使遇到強風發生搖晃也不會倒塌,就是因為這個被稱為“鎮樓神器”的大砣在起作用。
  很多摩天大樓都采用了阻尼器,比如,我國首個大型阻尼器就安裝于臺北101大廈,上海中心大廈也有這一裝置。不過,上海中心大廈這臺1000噸的電渦流阻尼器,不僅是世界上個頭兒最大、效率最高的阻尼器,而且是我國獨創的工程技術。
  2019年,超強臺風“利奇馬”席卷上海,瞬時風速一度突破每秒40米,上海中心大廈阻尼器單邊擺幅超過50厘米,瞬時峰值一度達到了70厘米,有效降低了全樓43%以上的擺動,讓大廈里90%的人仍能感受到較大的舒適度。
  “危樓高百尺,手可摘星辰?!边@是李白在1200多年前所寫的詩,若忽視其中的藝術手法,后世人對高樓的想象力似乎就局限在330米。如今,工業發展和人們對立體城市的需求都在不斷攀升,令人仰望的超高層建筑將越來越多,它們的高度和技術也在不斷刷新。雖然哈利法塔是當今建筑史上唯一超過800米的建筑物,但它僅僅是人類挑戰萬有引力征途的一個驛站。世界上從來不缺少“敢想更敢為”的人。就在哈利法塔落成之時,距離它50公里的“棕櫚島塔”已經處于規劃之中,而它的預計高度將由750米調整至1050米。這又是人類“摘星”理想的新高度。

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