至今達(dá)不到1000米:人類到底能造多高的大樓呢
有一組數(shù)據(jù)可能會(huì)讓許多人大吃一驚:
目前全世界超過400米的大樓有43座,其中有41座是在中國(guó)。
另外,正在建造預(yù)計(jì)高度會(huì)超過350米的幾十座未來高樓中,基本都是在中國(guó),只有極個(gè)別在其它國(guó)家。
這些數(shù)據(jù)可以看出,中國(guó)確實(shí)是新時(shí)代的基建狂魔,但是從這些數(shù)據(jù)中你也會(huì)發(fā)現(xiàn),目前全世界最高的樓——阿聯(lián)酋迪拜的哈利法塔,其高度只有829.9米,這個(gè)高度是目前人類建造的最高建筑了。
而2023年恢復(fù)建工的沙特阿拉伯吉達(dá)塔或者王國(guó)塔,它的預(yù)計(jì)高度也只有1000米。
那么有趣的問題是,人類到底能建造出多高的高樓,為什么至今沒有一座大樓能夠超過1000米呢?
樓到底可以蓋多高?
第一個(gè)問題其實(shí)還比較好回答,因?yàn)榇笞匀灰呀?jīng)在人類之前創(chuàng)造了屬于它的“高樓大廈”,也就是山,而大自然能達(dá)到的高度,理論上人類建筑可以比那更高。
眾所周知,目前地球上最高的山是珠穆朗瑪峰,它的高度是8848米,這個(gè)高度其實(shí)已經(jīng)很難變得更高了,因?yàn)樗芟抻谠S多因素。
喜馬拉雅山脈是由板塊碰撞形成的——印度板塊和歐亞板塊的碰撞,兩個(gè)板塊的壓力導(dǎo)致了地面隆起,這種壓力至今還存在,這意味著喜馬拉雅山脈實(shí)際上一直還在長(zhǎng)高,據(jù)信每年增長(zhǎng)4毫米左右。
喜馬拉雅山脈的“長(zhǎng)高”速度在所有類似山脈中算是非常快的,與之相似的阿爾卑斯山脈每年只增長(zhǎng)0.75毫米。
然而,我們必須謹(jǐn)慎對(duì)待山脈的增高數(shù)據(jù),因?yàn)橛幸恍┳匀贿^程會(huì)起到相反的作用,并讓山脈變矮。
其中最顯而易見的是侵蝕作用,對(duì)于越高的山脈,侵蝕作用會(huì)越明顯。
侵蝕作用主要包括兩方面——風(fēng)和水,我們知道,地球上的高山頂部會(huì)被冰雪覆蓋,而且隨著山的增高冰雪的覆蓋區(qū)域會(huì)增加,冰蓋會(huì)隨著季節(jié)變化增加和減少,當(dāng)它減少的時(shí)候,水流會(huì)侵蝕山體讓它變得更矮。
風(fēng)也是以同樣的方式在作用,同樣越高的山往往意味著風(fēng)的侵蝕作用越明顯,因?yàn)樯皆礁咴侥軌蜃钃鯕饬鳎瑫r(shí)體積還更大更容易被侵蝕。
之所以自然界的山越高,它的體積就會(huì)越大,這就要說阻擋山變高最重要的 一個(gè)因素了,那就是重力。
如果把珠穆朗瑪峰放到太陽系中與其它星球的山體做對(duì)比的話,它其實(shí)一點(diǎn)都不算高,比如太陽系最高行星山脈在火星,被稱作奧林帕斯山,這是一座火山噴發(fā)形成的山脈,高度達(dá)到22.5公里。
火星上能出現(xiàn)這種高度的山,原因是它的質(zhì)量或者引力比地球小很多。
山脈需要對(duì)抗重力才能變得更高,這就取決于它的體積和支撐材料,更大的體積和更強(qiáng)的抗壓材料才能讓山長(zhǎng)得更高。
喜馬拉雅山脈底部的基座部分面積達(dá)到4100平方公里,由于地殼是漂浮在軟流層上的,山的下面是流體,更大的體積只會(huì)讓它更重而下沉更多,從而難以長(zhǎng)高。
其實(shí)地球上是有一座山比喜馬拉雅山更高的,就是夏威夷莫納克亞山,它的高度實(shí)際高度達(dá)到10210 米,只是它的大部分——6000米左右都在水下。
雖然它是由火山噴發(fā)形成的,和喜馬拉雅山有所不同,但是它能長(zhǎng)得比喜馬拉雅山更高,與水給了它足夠的橫向支撐力有很大關(guān)系。
很難說,在最適合的位置上,當(dāng)一切達(dá)到平衡的時(shí)候,在地球上山脈到底能成長(zhǎng)到多高,但有一些專家表示不會(huì)超過15000米。
但是人造建筑物肯定可以比這個(gè)高度更高許多,因?yàn)槲覀兛梢允褂脧?qiáng)度更高的材料,以及中空的結(jié)構(gòu)來讓它的重量更小。
那么還有一個(gè)問題,既然人的建筑物能達(dá)到如此高的高度,那為什么現(xiàn)在最高的大廈,以及其它建筑物都沒有超過1000米呢?
其實(shí),你可能沒猜到,對(duì)于大廈來說,很難變得更高的主要原因是電梯或者交通問題和投資回報(bào)問題。
目前世界最高樓哈利法塔的設(shè)計(jì)者之一威廉·貝克在接受采訪的時(shí)候表示,大廈的結(jié)構(gòu)不會(huì)是問題,它可以變得更高。

圖:哈利法塔的支撐核心與威利斯大廈的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的比較
他設(shè)計(jì)的哈利法塔有一個(gè)專門的升高系統(tǒng),被稱為支撐核心(The buttressed core),是一種三翼矛結(jié)構(gòu),它具有穩(wěn)定性的同時(shí)還限制了結(jié)構(gòu)元素的空間損失。
威廉·貝克聲稱支撐核心完全可以讓樓變得更高,他表示可以輕松到達(dá)1英里(1610米)。
但是樓變高了,隨著它的單元變多,交通系統(tǒng)將會(huì)變得非常困難,很難設(shè)計(jì)出一套不會(huì)癱瘓的交通系統(tǒng)。
另外,隨著樓層的增高,它的投資回報(bào)率將變得越來越差,因?yàn)闃菍釉礁呤┕こ杀竞途S護(hù)成本就越高。
據(jù)信,樓層在60-70層的時(shí)候回報(bào)率就會(huì)趨于穩(wěn)定了,超過這個(gè)層數(shù),回報(bào)率會(huì)越來越差,直到它變得虧損。
那么,如果是不圖回報(bào)的話,像埃菲爾鐵塔一樣的地標(biāo)建筑呢,為什么沒有更高的呢?
這個(gè)其實(shí)主要是因?yàn)?strong>隨著建筑的增高,它的底部會(huì)像喜馬拉雅山脈的基座一樣變得越來越大,最終導(dǎo)致用地成本過高,從而讓人失去興趣。
上世紀(jì)90年代,日本有一個(gè)雄心勃勃的項(xiàng)目,他們?cè)噲D在東京打造一個(gè)火山狀的超級(jí)塔結(jié)構(gòu),被稱為X-Seed 4000,其設(shè)計(jì)高度達(dá)到4000米。
毫無疑問這座超級(jí)塔沒有成功,有人說X-Seed 4000本身就是一個(gè)博眼球的計(jì)劃,根本沒打算真的給它建起來。
也有一些人則認(rèn)為是東京的地價(jià)太貴了,這個(gè)建筑的底部會(huì)綿延10來公里,在大城市里根本不可能要到這樣的土地。
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