綜述
隨著科技的日新月異,各個國家的高樓拔地而起,這也逐漸成為了顯示國家經濟繁榮與否的標準。
比如來到兩個地方,一個全是低矮的小平樓,每一處小樓都格外精緻漂亮;一個是林立的鋼筋鐵瓦,高聳如入雲霄。面對這兩個地方,你會認為哪一個比較繁榮?想必都會異口同聲選擇後者。
為什麼城市的樓層會這麼高呢?
這是因為經濟發達的城市裡,經濟效益下土地面積的價錢也就越來越高,越靠近市中心或者商業區的地方,土地價格也就越貴。
在此基礎上,房地產商為了追求利益的最大化,也就不斷地增加樓層高度,樓層越高,買或者租的人就越多,那麼就能獲取更多的金錢。然而我們的寫字樓和住房一般是在20至30層左右,少數有寫字樓達到100層。
100層的高樓
事實上,我國古代就有著高樓的出現了。據古時的文獻記載,商紂王為了博得蘇妲己的歡心,建造了摘星樓,這座樓到底有多高,爭議頗多,但是能到手可摘星辰的地步,想必也是高可入雲的。
而在現在的中國,就有真的“可摘星辰”的百層高樓存在。
比如深圳最高的建築,京基100大廈,由17.5萬平米的寫字樓,及4.6萬平米的酒店結合而成,高達441.8米,地上有100層,地下有4層;
香港環球貿易廣場是一座118層樓高的大樓,共484米,總建築面積為2822039平方尺,香港九龍麗嘉酒店就位於環球貿易中心最上面的15層,成為了世界上最高的六星級酒店;
上海環球金融中心處在上海陸家嘴金融貿易區,佔地面積為1.44萬平方米,總樓面的面積為38.16平方米,樓高492米,地上共有101層,地下有3層,並於2008年被評為“2008年度最佳高層建築”。
而世界上最高的高樓目前為哈利法塔,原名為迪拜塔,高達828米,共有樓層162,佔地面積約為34.4公頃,耗費15億美元,從2004年開始修建,於2010年1月4日宣告落成,並改名為哈利法塔。
100層高的樓層是怎麼建成的
如果玩過搭積木的人應該都有體會,搭建低矮的積木是非常簡單輕鬆的,然而當你搭得越高,就越要小心翼翼,這時候的積木格外脆弱,一陣風就能輕易把它吹倒。
樓層的建造雖然不像積木一樣不牢固,但是也有一定的相似度,那麼100層的高樓是如何建成的,又為什麼屹立不倒呢?
想要高樓不倒,首先要保證的,就是底座的穩固。不管是建什麼房屋,建築工人都會先挖一個比較大的坑,將樓層的地基打在很深的地下,保證高樓的穩定性。也因此100層的高樓就需要一個非常穩固的底座,既要保證房屋本身的穩定性,也要防止大風襲來,高樓不會像積木一樣柔弱不堪,一吹就倒。
而這也只是其中的一步而已,想要高樓建立起來,並且能夠站得穩,站得牢,還需要一個非常重要的東西,那就是承重柱。
承重柱就類似於人類身體裡的骨骼,是支撐高樓的靈魂所在,也是能夠站而不倒的重要原因之一。除了這個,還有一個是承重牆,它是支撐著上部樓層重量的牆體,在建築結構裡非常重要,一旦受到損壞,所在建築的抗震也隨即受到破壞。
這麼高的樓層的修建過程,一般是透過電梯運送物資,到了工作層後,再將物資利用塔吊吊運,但在極高的樓層時,地面的塔吊已經無法接觸,這時會將塔吊安裝在建築結構的頂部,能夠隨著建好結構的上升而上升,也因此可以把樓層越修越高。
- 承重柱
正如上文所說,在修建100層高的樓層時,最為關鍵的就是承重柱。房屋主體主要是由承重柱和構造柱組成,承重柱擔負著整個樓層的重量以及穩定。
承重柱主要的承壓是由混凝土承擔的,而混凝土的標號決定著承重柱所能承受的重量,當標號為C20時,經過計算,混凝土標準試塊換算成平米的就是20000KN/㎡,每平米可以承受的重量約為2000噸,雖然實際上的承擔重要有些出入,但是仍然有著可參考的地方;
假設用的是C60,那麼它每平方毫米能夠承重大約為2.75公斤,普通的高層建築底部的承重柱至少都有一米平方,那麼經過換算,就是2750噸,這還只是普通混凝土,沒有增加鋼筋的理論承重值。
按照普通辦公樓的框架結構和樓板厚度等,透過計算,上例的承重柱可以修建到48層樓,然而實際上按照安全係數來說是不被允許的,還需要其他的一些結構來支撐。
而混凝土根據密度,可以劃分為重混凝土、普通混凝土,輕質混凝土。
重混凝土的表觀密度大於2500公斤/平方米,主要由重晶石和鐵礦石集料配製,非常密實和厚重。
而輕質混凝土主要分為輕集料混凝土、多孔混凝土、大孔混凝土三類,其中大孔混凝土又分成由碎石、軟石、重礦渣集料製成的普通大孔混凝土,以及由陶粒、碎磚、浮石等為集料配製的輕骨料大孔混凝土。
我們在土木工程中常用的就是普通混凝土,一般由砂、石子為主要集料配製。
為什麼承重柱能夠承受100層高樓
目前我們所常見建築物的結構支承系統,力的傳導過程是荷載傳給樓層的板,板再將力傳給梁,梁又傳給柱子,最後傳給地基,底部的梁和板只會承擔一層的荷載,但柱子越是越往下,受到的力就越大。
因此可以說,除了最下面的地基,最主要的受力結構便是承重柱了。那麼修建100層高樓的時候,怎麼保證承重柱能夠承受這樣的重量呢?
- 加粗柱子
修建房屋時,工人一般都會使用混凝土來作為承重柱,高樓也是如此,只是平時修建的房屋低矮,用比較小一點的混凝土支柱就足夠支撐住我們的房子,還能節約成本和空間。
可是100層的高樓所用的承重柱的規格顯然與其不同,是要大很多的,因此需要加粗承重柱,但是也不能過大,這樣很容易導致房屋重量增加,使得壓力增加。
同時太大的承重柱還可能導致內部熱量無法散出去,形成外冷內熱的情況,造成承重柱裂開,從而對房屋安全造成隱患。
- 增加鋼筋
如果只能在一定程度以內加粗承重柱,那麼承重柱的受力有限,修建的高度也會相應受到限制。然而實際上,混凝土還有一個名字,叫做鋼筋混凝土,也就是在混凝土裡加入鋼筋,增強承重柱的抗拉強能力,因此設計師就會透過加強混凝土內部的鋼筋結構,選用更加粗壯的鋼筋。
很多工地都採用了這種鋼筋混凝土的方式,先用鋼筋紮成一個柱子的模樣,然後再灌入混凝土。樓層越高,承重柱的橫截面積就越大,面積增加的鋼筋也就越多,樓層的支撐面也就越來越大,這也就大大提高了承重的能力。
同時,這類高樓一般底部的支柱很多,越往上面,支柱反而越少,因為高樓的主要承擔者是底部,底部的支柱多,能更好地支撐高樓的面積和重量,而越往上,壓力就越小,為了底部減輕壓力,上面的支柱很少,夠用就行了。
- 提高混凝土強度
增加了鋼筋以後,我們還要對混凝土進行相應的調整。實際上,普通混凝土一共被劃分為14個等級,高層建築中,比較常用到的就是C30到C60了,一般最下面的承重柱需要用到的標號一般來說都較高。
修建100層高樓的時候,自然就會選用強度更高的水泥,同時還會加入早強劑、減水劑等,提高承重柱混凝土的效能,增加強度的穩定性。
而一般的承重柱的結構,大概每平米能夠承受1噸的重量,如果承重柱與承重柱之間的距離為8米,那麼每一根承重柱的承重面積就是64平方米,加入按照1.5噸的重量算,那麼每一根承重柱可以承擔的重量為100噸。
而100層的高樓,經過計算,最底部的承重柱需要承受大概10000噸的重量,是能夠承受100層高的建築的,只是需要對其進行其他的測算,比如計算在發生颱風、地震等自然災害時,這座樓層能夠支撐多少等級。
- 改良土層土質
從上面我們能夠知道,樓層的承受力最後會透過承重柱回到地基上,那麼底部的土壤對高樓的穩定性至關重要。
一般在設計高樓的時候,設計師都會選擇地質良好的地段,如果沒有地質好的地方,則需要對土壤進行改良措施,比如排除地下水、在地下打入連續牆或者是往地下鑽孔灌注樁。
透過這些,來加固土層,加強土體的強度,阻攔地下水的影響,免得土層因此而變軟,導致地基不穩。
100層高樓的優缺點
- 優點:
一般高樓建立的位置都位於城市的繁華地段,這樣可以節約土地,增加土地的利用率,同時視野好、採光好。
- 缺點:
投資成本巨大,所用的鋼材和混凝土的消耗量驚人,再加上100層高樓所要配備的電梯、高壓水泵,並且還要為其進行不斷的檢修和維護,日常管理成本也不低;
樓層過高,電梯雖然方便,但不免會因為出行的人太多而導致擁堵,尤其是上下班的人流高峰時期,將會導致樓層的擁擠,或者遇到遭到停電和修理的問題,上下樓就顯得非常麻煩;
高樓內部分佈著大量的電線電纜,裝修中難免也會使用一些可燃性材料,一旦發生火災,由於樓層過高,施救難度也會增加數倍。並且消防部門的雲梯只有100米,可以想象,100層的巨大高度下,消防官兵根本難以滅火,同時火災還會對周遭的建築物造成嚴重的影響。
結論
人類的智慧真是令人感嘆不已,如果放在以前,可能紂王都會忍不住“自愧不如”,古書中的摘星樓真實性尚且存疑,然而我們現在已經有了真正可以與星辰“並肩”,與飛雲同遊,俯瞰萬里河山的“摘星樓”了。
對於那些林立的龐然大物來說,人類的身影無比渺小,人類的存在也微乎其微。但是這一座座直插雲端的高樓大廈,是人類一點一點親自搭建出來的,是人類一步一步拼湊而成的。
風能輕易地吹倒積木,卻無法吹動佇立的百層大樓。底座的鋼筋混凝土是人類智慧的產物,有著巨大的承重力,是人類根據計算和試驗,創造出來的“手臂”。也正是有了這些,我們才能建造出越來越高的建築。