摩天大楼能否超过珠穆朗玛峰?

日前,International Highrise Award 2020(国际高层建筑奖)提名揭晓,来自14个国家/地区的31个项目获得了提名,和往年一样,中国是入围项目最多的国家,占11座。


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那么,我们不妨来思考一个有趣的问题,为什么世界各地不将摩天大楼盖的越高越高,摩天大楼的高度是否有理论上的上限?

只要我们有足够的资源,人力和先进技术,摩天大楼的高度就没有限制。

从理论上讲,一栋高度为8,849米(比珠穆朗玛峰的高度高一米)的建筑物,需要的基础面积为4,100平方公里。要找到一块如此巨大的土地是极其困难的。摩天大楼的高度与基础面积成正比。

当建筑物变高时,它将变得更难建造,更昂贵,效率更低,主要原因如下:

较高,较重的建筑需要更坚固,更深,因此更昂贵的基础。该因素的灵敏度取决于实际的地面条件。 较低楼层的结构需要承受更多较高楼层的负载,因此需要更坚固,更笨重,从而导致布局效率较低(该结构占用更多的地面空间)。 根据建筑物的所在区域,对地震的敏感性也可以说是相同的。 较高的建筑物更容易受到风的影响。更大的风载荷再次需要更坚固的结构和更坚固的立面(例如幕墙),从而增加了效率低下和成本。 在可接受的时间内上下运送人员所需的电梯数量随建筑物的高度而增加。额外的升降机会占用更多的地面空间和成本。 当设计高度增加时,防火和逃生规定也会变得更加复杂。 摩天大楼的一个主要限制因素不是材料或设计的强度,而是风。当风在摩天大楼上猛烈吹动时,它会弯曲,这种弯矩会导致摩天大楼的行进,而风的杠杆作用会向下传递到地基的一侧,从而极大地增加了地基的载荷。您可以通过仔细的轮廓设计来减轻风的影响,但是即使那样,您仍然会承受此载荷,并 且由于这是杠杆效应,因此载荷会随着高度的增加而迅速增加。

通常,建筑物每平方米的成本最多增加8到10层。

从10层增加到35-40层,成本可能会显着增加,但通常结构参数仍处于相似的比率内。

在35至40层楼以上,我们有一栋真正的高层建筑,通常具有不同的结构假设,避难层和额外的消防设施(建筑物的顶部超出任何外部梯子的范围)。

超过200m(60到70层)的建筑物的效率将大大降低,每平方米的建造成本将大大提高。建造如此高的建筑物的决定通常是基于缺乏空间或自我的原因,而不是纯粹出于经济原因。

世界上最高的建筑,哈利法塔 (高度:828米),但耗资约15亿美元。每米高度的成本超过180万美元,并且随着建筑物的变高,单位成本只会增加。

建筑物的绝对高度限制取决于实际的地面条件,风和地震分区以及建筑的技术水平。

材料强度显然受到限制。在实践中,摩天大楼通常在其在结构中采用轻质材料(不仅是结构,还包括饰面材料)并结合了锥形设计来缓解此问题。锥形设计允许在较低水平上积累的增加的负载分配到不断扩展的基座上,从而不会超过材料强度。这种加宽还通过减小由地震和风力引起的在结构底部的拉压耦合力矩来增强结构的侧向承载能力。附加材料还允许结构承受可能由侧向载荷引起的增加的剪切力。

只要有足够轻,足够坚固的材料,这是完全可行的。因此,问题是地球表面上的基本足迹压力和任何已知的现有材料的强度和密度是否创建了高度限制。


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目前决定摩天大楼的高度超过珠穆朗玛峰限制不是由于技术或技术限制,而是由于经济原因,即使在利润最高的真实市场中,一个城市也几乎不需要拥有超过70-80层出租或出售空间的塔楼。它可以更高效,更便宜地进行水平构建。但是,我敢肯定,如果您没有财务考虑。在此刻或不久的将来,可能会建造出一座两倍于当前最高塔(迪拜的哈利法塔塔高828米)的塔。但是如上所述,这在财务上没有任何意义,最有可能是采用当前电梯和结构技术的高塔,其平面图的分配可能会受到影响,这对公司的租用效率非常低。

总而言之,我相信高层建筑的工程甚至实用性问题与此类建筑物的巨大财务成本相形见绌.。