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危楼高百尺,科学可摘星

(来源:网站编辑 2020-11-19 09:19)

  “828”的夜晚
  2010年1月4日的夜晚注定属于迪拜。
  巨大的激光投影在迪拜的天空中勾勒出一个又一个转瞬即逝的数字,洋溢着浓郁阿拉伯气息的音乐在人们耳边回放,璀璨的灯光从迪拜各式鬼斧神工的建筑物中放射出来,将迪拜的夜空渲染得灿烂辉煌。此刻,迪拜似乎在等待着什么。
  “825”“826”“827”……
  激光投射的数字凝固在“828”上, 828米!曾经引起无数人揣测的迪拜塔的高度,终于揭开了最后的面纱!霎时间,音乐声起,无数烟花从迪拜塔中迸射出来,烟火映衬之下,迪拜塔仿佛连通了天空与大地。
  1月4日凌晨,迪拜酋长谢赫穆罕默德在揭幕式上正式宣布,迪拜塔更名为哈利法塔,以向阿联酋总统哈利法表达敬意,因为哈利法在迪拜陷入债务危机时伸出援手。
  迪拜酋长的努力还是收到了一定的成效。在当地电视台的采访中,35岁的迪拜商人苏尔坦表示, “作为一个迪拜人,我由衷地感到自豪,尽管现在的经济形势糟糕透顶,但我们依然能够完成这么伟大的建筑,未来一定会好起来的。”
  从历史的角度看,很多事情其实并不陌生。1931年5月1日,美国总统胡佛走进白宫的电报室按下电钮,远在纽约的帝国大厦顿时灯火辉煌,彼时美国正深陷大萧条之中,帝国大厦成为美国人民信心的化身。帝国大厦与哈利法塔,二者分别在自己时代的高层建筑中睥睨天下,又由于历史的巧合分享着相同的境遇。
  正如尼采所说:“在建筑中,人的自象感、人对万有引力的胜利和追求权力的意志,都呈现出看得见的形状。”
  结构是关键
  作为人类进入工业社会之后建筑行业的新品种,人们对摩天大楼的要求从未变过,那就是——比最高更高!
  想做到这一点,“堆土包”的方法肯定不行,设计者需要找到特殊的筒体结构才能完成。比如,美国芝加哥市的象征性建筑西尔斯塔,它首创了“成束筒”这种超高层结构。它的原理很简单:一根楼筒是单个简体,在大风中容易弯曲,如用一捆楼筒联合一起,就有很强的抗风能力。
  这不禁让人联想到中国的一句谚语:“一根筷子容易折断,一把筷子就变得坚固无比。”
  西尔斯塔高442米,完工于1974年,此后的22年一直是世界的最高楼。它是由9个23米宽的正方形筒体组合成的大厦,外观看起来就像一捆参差不齐的混凝土筷子,其中两个筒体在第五十二层结束;两个筒在第六十七层结束,3个筒体在第九十二层结束,最后是两个筒到顶。这样,它的外观就形成高低不一、错落有致的独特造型。
  其实,现今建成的摩天大楼千奇百怪,很大程度上并不是因为刻意追求造型别致,而是出于结构需要。
  位于我国香港中区的香港中国银行,高315米,有70层高。它的平面和立面都由三角形组合而成,这一几何形体的风格,正是设计大师贝聿铭的偏好。香港中国银行平面在底部是每边50米的正方形,用对角线划分成4个等腰三角形,上升到20层减少一个三角形;到38层时呈两个三角形;51层开始就只有一个三角形。到楼顶部我们可以看到,在结构上它采用的也是成束筒体形式。
  和西尔斯塔不同的是,香港中国银行用的是三角形的筒体,这些三角形的柱和构件用钢和钢筋混凝土制成。如果把玻璃幕墙去掉,可以想象出它就近似于一座高压输电塔。其中三角形构架,是为了抗风抗震。一般内部的筒体用许多电梯井筒组成较封闭的筒体,强度非常高。但外面的筒体由于要开窗采光和通风,不能做成很封闭的形式,就采用框架或桁架的方式,称为“框架筒”或“桁架筒”,它的原理和高压输电塔一样。
  中国的定海神针
  虽然多筒结构让摩天大楼建出了新高度,但它有一个致命的缺陷,上窄下宽的形态让它占用了大量的城市用地。要知道,之所以建高层,说明这个地区一定是寸土寸金。想根本解决这一难题,必须找到一个土地利用率高,且抗风、抗震的单一筒体建筑方案才行。
  2016年,上海中心大厦落成,建筑主体119层,总高632米,是我国第一、世界第二高层建筑,虽然高度不及哈利法塔,但单一筒体结构让它占地面积还不到哈利法塔的1/4,实现了土地最优化利用。再加上笔直向上的造型,更多人喜欢称它是“中国的定海神针”。
  上海是一座临海城市,大风和柔软的地基是所有建筑的大敌,所以建筑师最初设计上海中心大厦时就考虑过这个问题。他们把高层建筑设计成圆柱体,略微弯曲的外观设计能够有效地减小气流,大楼底部两端还装有数吨重的减震器,可以在大风或是地震时吸收震动。还在大厦的地基中打了980个基桩,每一个深度都达到了86米,让大厦牢牢抓住地面。
  不仅如此,让上海中心大厦实现针样结构,还需要一项黑科技,它就是阻尼器。
  所谓的阻尼器,实际上就是一个数百吨的大砣,有的是铁球,有的是罐装防火液,它被安装在大楼的中上部,4个角用钢索吊着,让它悬挂在大楼中央。当遇到大风天气,大楼开始向一边摇晃的时候,阻尼器就会受重力影响,朝着相反的方向摆动,用它的重量将大楼拉回到垂直的方向上,以此缓和风势。所以,摩天大楼即使遇到强风发生摇晃也不会倒塌,就是因为这个被称为“镇楼神器”的大砣在起作用。
  很多摩天大楼都采用了阻尼器,比如,我国首个大型阻尼器就安装于台北101大厦,上海中心大厦也有这一装置。不过,上海中心大厦这台1000吨的电涡流阻尼器,不仅是世界上个头儿最大、效率最高的阻尼器,而且是我国独创的工程技术。
  2019年,超强台风“利奇马”席卷上海,瞬时风速一度突破每秒40米,上海中心大厦阻尼器单边摆幅超过50厘米,瞬时峰值一度达到了70厘米,有效降低了全楼43%以上的摆动,让大厦里90%的人仍能感受到较大的舒适度。
  “危楼高百尺,手可摘星辰。”这是李白在1200多年前所写的诗,若忽视其中的艺术手法,后世人对高楼的想象力似乎就局限在330米。如今,工业发展和人们对立体城市的需求都在不断攀升,令人仰望的超高层建筑将越来越多,它们的高度和技术也在不断刷新。虽然哈利法塔是当今建筑史上唯一超过800米的建筑物,但它仅仅是人类挑战万有引力征途的一个驿站。世界上从来不缺少“敢想更敢为”的人。就在哈利法塔落成之時,距离它50公里的“棕榈岛塔”已经处于规划之中,而它的预计高度将由750米调整至1050米。这又是人类“摘星”理想的新高度。

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