超高建筑：極限之美還是極限之危
人類(lèi)建造超高樓的歷史，可以追溯到1909年，美國紐約大都會(huì )人壽保險大樓主體50層，樓高213.4米，成為人類(lèi)歷史上第一座200米以上的大樓。之后，這個(gè)紀錄一次又一次被打破。數字也從200米攀升至千米。
近日，外媒報道，沙特阿拉伯將建造一棟高達3000英尺(914米)的未來(lái)摩天大樓。這棟名為王國高樓的建筑將在吉達建造，但目前仍存在很多需要克服的巨大挑戰，包括如何建造高聳入云的電梯和減少整體的重量。
報道稱(chēng)，研發(fā)者已經(jīng)證實(shí)高級建造科技服務(wù)公司(ACTS)已經(jīng)開(kāi)始調查建造這棟摩天大樓所需要的材料。據稱(chēng)需要100萬(wàn)立方米的混凝土和8萬(wàn)噸的鋼鐵。這棟建筑將成為王國城市的中心裝飾品，它將有200層樓，其中160層可用于居住，預計花費12.3億美元，它將比迪拜的哈利法塔高173米。
但是，對于超高建筑，總有人抱著(zhù)質(zhì)疑的態(tài)度。就在2012年，我國湖南省長(cháng)沙市還計劃建造一座名叫“天空之城”的超高建筑，計劃高度為838米?？上У氖?，就在宣布建造一個(gè)月之后，這座超高樓就因為沒(méi)有完成相關(guān)法定的報建手續，被有關(guān)部門(mén)叫停。曾有媒體稱(chēng)，被叫停并不僅是因為這個(gè)原因，事實(shí)上，“天空之城”自醞釀階段就爭議不斷。安全性與否、資金是否充裕、周邊配套等都讓“天空之城”陷入輿論的漩渦。
為何各地爭先恐后地建造世界第一高?如此超高的建筑，又有哪些建筑難點(diǎn)?
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超高層建筑設計有要求
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要了解超高建筑，首先要明確超高建筑的概念。1972年8月，在美國賓夕法尼亞州的伯利恒市召開(kāi)的國際高層建筑會(huì )議上，專(zhuān)門(mén)討論并提出高層建筑的分類(lèi)和定義，規定40層以上(高度100米以上)的為超高層建筑。
當樓層高度超過(guò)一定極限時(shí)，要解決的問(wèn)題就比普通住宅多，首當其沖的就是建筑材料。中國工程院院士、東方明珠塔總負責人江歡成在接受采訪(fǎng)時(shí)表示：“隨著(zhù)建筑材料的不斷進(jìn)化，建筑的高度已經(jīng)不是技術(shù)難題。不用說(shuō)沙特正在建的接近1000米高度的建筑，就算是3000米高的建筑也不是沒(méi)有實(shí)現的可能?！?span>
現代超高建筑往往選擇鋼材作為主材料，這是因為鋼材本身強度高、自重輕、剛度大，而且材料勻質(zhì)性和各向同性好，屬理想彈性體，最符合一般工程力學(xué)的基本假定。再加上其材料塑性、韌性好，可有較大變形，能很好地承受動(dòng)力荷載。因此，鋼材成為超高建筑的首選。
若想建高樓，地基也是重中之重，因此超高建筑的地基比普通建筑要求更高。江歡成進(jìn)一步解釋說(shuō)，超高層建筑的高度和地基的寬度有恰當的比例要求，只有達到一定面積，其單位面積的負荷才能被分散，不至于承載過(guò)重的壓力。
而外部結構卻只是對超高建筑考驗的第一步。清華大學(xué)土木工程系教授錢(qián)稼茹在接受記者采訪(fǎng)時(shí)表示，超高建筑，抗風(fēng)的難度極大，難點(diǎn)在于獲得符合實(shí)際的風(fēng)荷載，結構如何滿(mǎn)足規范規定的舒適度要求，以及保證設備(如電梯)的正常運行。一般來(lái)說(shuō)，在正常風(fēng)壓狀態(tài)下，如果距地面高度為10米處風(fēng)速是5米/秒，那么在90米的高空，風(fēng)速就可達到15米/秒，不難看出，風(fēng)速與高度成正比。因此當超高建筑遭遇強風(fēng)，那么其如何化解?
對此，江歡成表示，高層側風(fēng)對于超高建筑確實(shí)是個(gè)難題，但是因為現在鋼材質(zhì)量越來(lái)越好，而且具有一定的延展性，因此超高層建筑可以通過(guò)隨風(fēng)輕微擺動(dòng)化解風(fēng)力?！白≡诔邔咏ㄖ械淖?hù)，并不會(huì )因為大樓的輕微擺動(dòng)感到不舒服。因為讓人感覺(jué)眩暈的不是擺動(dòng)幅度，而是擺動(dòng)速度的加速度?！苯瓪g成說(shuō)，“至于擺動(dòng)角度，這些都會(huì )在設計之初就被考慮進(jìn)去?！敝劣诂F代建筑中應用最廣的玻璃外墻結構，江歡成則表示不會(huì )對超高建筑產(chǎn)生威脅，因為墻體與玻璃之間可以留出縫隙，為層間結構變形留出余地。
但是對于地震這種自然災害，專(zhuān)家表示目前沒(méi)有固定的解決方式?！皩τ谖挥诘卣饏^的900米高的建筑，結構抗震是建筑面臨的巨大挑戰?！卞X(qián)稼茹說(shuō)。江歡成也認為，地震中如何逃生是居住在超高層建筑中居民的最大難題，目前沒(méi)有更好的解決辦法，需要人們自備逃生設備。
對于人們擔心的另一項災害——火災，建筑師們似乎并不那么憂(yōu)心。因為在世界各地都有各自的防火設計規范。我國的《高層建筑防火設計規范》中就規定，超過(guò)100米的公共建筑應設立避難層(間)?！盎馂臅r(shí)，很多人都因為吸入煙氣而致命。因此在層間建造避難層是非常必要的，提供給人們相對安全的環(huán)境等待救援?！苯瓪g成說(shuō)。
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距離綠色節能還有距離
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超高建筑在功能上滿(mǎn)足了人們居住的需求，但是在環(huán)保意識提升的今天，人們對建筑的功能賦予了更多的意義——節能、環(huán)保、綠色、生態(tài)。但是，超高層建筑想要滿(mǎn)足這些條件，似乎顯得有些力不從心。
上海市建筑科學(xué)研究院(集團)有限公司教授級高工范宏武認為，以現階段的節能環(huán)保標準來(lái)評判的話(huà)，傳統的超高層建筑都不能滿(mǎn)足要求，因為調研結果顯示，傳統的超高層建筑都對城市風(fēng)、光、熱、聲等微環(huán)境造成光污染等負面影響。為維持正常運營(yíng)，其單位面積能耗是目前我國大型公共建筑(建筑面積超過(guò)2萬(wàn)平米)的2~3倍，是一般公共建筑的4~10倍，這說(shuō)明超高層建筑在高速發(fā)展的同時(shí)，也帶來(lái)了資源消耗大、環(huán)境影響大、能源消耗大的問(wèn)題。因此，如果要發(fā)展超高層建筑，就必須對其實(shí)施可持續發(fā)展戰略。
超高層建筑被業(yè)界稱(chēng)為“垂直城市”，其功能多樣、體量大、系統復雜、環(huán)境影響明顯，給建筑設計和運營(yíng)管理帶來(lái)極大挑戰。超高層建筑為了減輕自重，幾乎全部采用了玻璃幕墻系統?！岸Ａ粔ο到y的應用不僅對室外光環(huán)境帶來(lái)影響，也對室內熱舒適環(huán)境造成不利影響，因此超高層建筑玻璃幕墻系統的節能環(huán)保設計是難點(diǎn)之一?！狈逗晡湔f(shuō)，“而隨著(zhù)建筑高度的增加，室外溫度、風(fēng)速和太陽(yáng)輻射都會(huì )對建筑產(chǎn)生一定的影響，如果按照我國目前公共建筑節能設計標準的熱工分區方式，一棟超高層建筑可能會(huì )涵蓋2到3個(gè)熱工分區，因此超高層建筑的系統設備如空調系統、給排水系統等設計邊界的確定就成為難點(diǎn)，另外現有系統設備的承壓能力也給超高層建筑設備系統的設計提出挑戰?！?span>
不僅是樓體本身很難達到要求，它對于再生能源的利用，也缺少相應的研究成果和設計依據?！凹幢闶窃诔邔咏ㄖ敳靠紤]安裝高空風(fēng)力發(fā)電系統，也要對如何保證風(fēng)力發(fā)電機的安全運行進(jìn)行研究，將風(fēng)力發(fā)電機對整個(gè)建筑的安全影響降到最低?！狈逗晡湔f(shuō)。
為了主動(dòng)引導超高層建筑的可持續發(fā)展，建設部組織力量頒布實(shí)施了《綠色超高層建筑評價(jià)技術(shù)細則》(以下簡(jiǎn)稱(chēng)《細則》)，希望能夠為超高層建筑的設計、施工與運行提供依據。但是，范宏武認為，僅僅依靠《細則》并不能完全解決超高層建筑的可持續發(fā)展問(wèn)題，還需要進(jìn)一步針對超高層建筑加強研究力量，爭取盡快達成共識，完善建筑規劃、建筑設計、空調系統、給排水系統、照明系統、智能管理系統等一系列的相關(guān)標準規范，超高層建筑的可持續發(fā)展才有可能真正落地。
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虛榮心作祟還是發(fā)展需要？
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自超高建筑誕生的第一天，人們關(guān)于超高建筑的爭論就從未停止。破壞環(huán)境、占地面積大、光污染、舒適性等都成為超高建筑被人詬病的因素。有些專(zhuān)家也認為超高層建筑只是人類(lèi)追逐政績(jì)、利益的“手段”，因為許多超高層建筑的窗戶(hù)基本上無(wú)法打開(kāi)，至于住在其中是否舒適，則是如人飲水冷暖自知了。
隨著(zhù)超高建筑越來(lái)越多，世界上已有一些高樓因選址和運營(yíng)不佳而出現大面積空置。美國哈佛大學(xué)建筑技術(shù)教授基爾·莫曾在接受英國《金融時(shí)報》采訪(fǎng)時(shí)說(shuō)：“無(wú)論從城市規劃還是生態(tài)學(xué)角度看，在郊外建設摩天大樓都是一個(gè)糟糕的想法?！比欢x址市內，又遇到建設安全和運營(yíng)安全等問(wèn)題，因此除了“高度”問(wèn)題，在哪里建設超級高樓，如何使高樓得到充分利用，已成為城市規劃者和建筑師必須慎重考慮的重要問(wèn)題。
隨著(zhù)建造與保障摩天大樓的技術(shù)手段越來(lái)越成熟，人類(lèi)將締造越來(lái)越多的世界建筑之最。然而超級高樓遇到的問(wèn)題并沒(méi)有減少，除了安全與環(huán)保，后勤保障、高效運輸、節能、垃圾處理和經(jīng)濟等都需要考慮，設計師與開(kāi)發(fā)商在多大程度上能解決這些問(wèn)題，將決定未來(lái)超級高樓的命運。
錢(qián)稼茹則對超高層建筑作出了自己的評價(jià)：“建筑是財富、技術(shù)的象征?，F如今，超高層建筑更是業(yè)主在公眾面前炫耀其財富的實(shí)體。攀比心理誘導一些人為建筑高度第一而競爭。我國500米以上的建筑越來(lái)越多，其實(shí)，這么高的建筑以后的利用率有多高，有的可能還是個(gè)未知數?！?span>
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