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2024-02-21 21:39·中科院物理所
高 828 米的迪拜哈利法塔是人类的建筑高度的极限吗？人类能不能造出超过 1 千米高度以上的建筑呢？
而要想造一幢超高层摩天大楼，又需要解决什么问题？
今天跟大家聊聊万丈高楼如何平地而起。
这是目前世界上最高的十幢建筑，排名第一的是坐落在迪拜的哈利法塔，高 828 米，有 169 层楼，造价 15 亿美金。
在哈利法塔建成之前，世界第一高楼的称号经常被打破，而且破纪录的只能高出前者一点点。在这座迪拜塔建成后，却比当时世界第一高楼的台北 101 要高出 60%，而这个记录保持到现在还没被打破。
所以，哈利法塔是人类的建筑高度的极限吗？人类能不能造出超过 1 千米高度以上的建筑呢？
而要想造一幢超高层摩天大楼，又需要解决什么问题？
今天跟大家聊聊万丈高楼如何平地而起。
摩天大楼的结构
1956 年，89 岁的建筑大师（ Frank Lloyd Wright ）在芝加哥谢尔曼酒店展示了他所设计的 “ 世界上最高的摩天大楼 ” 方案。
给它取名为 “ 伊利诺伊 ”（ The Illinois ），也有人叫它 “ 一英里高塔 ”（ the Illinois Mile-High Tower ）。顾名思义，这座高楼有一英里高，也就是 1609 米。
“ 伊利诺伊 ” 据说有 528 层，76 部电梯，计划容纳 13 万人入住，包含 15000 个停车位，总面积是五角大楼的三倍，帝国大厦的七倍。
所以在发布会上端出这幅7.6 米的设计图时，就把现场的人吓坏了。
在他的设计里，“ 伊利诺伊 ” 就像一棵有着四根树杈的大树。楼体中央是一个混凝土核心筒并且深深地嵌入地下，而从核心筒伸出四根钢结构悬臂，楼板就架设在这些悬臂之上。
这样的结构在当年看来无疑是一种狂想，所以当时有不少人觉得赖特是老糊涂了，当然 “ 伊利诺伊 ” 最后也并没有建造。
但在 “ 伊利诺伊 ” 的结构里，有一个十分重要的东西，它几乎承载了 20 世纪六十年代之后，所有超高层建筑的设计核心，就是那个深深嵌入地下的核心筒。
在十九世纪末，工业用钢已经非常普及，所以建筑也开始大量使用钢材来减负，在省下石料的同时，还能减轻建筑的负重，这也让楼层变得越来越高，于是 “ 摩天大楼 ” 的概念开始兴起。
世界上第一座摩天大楼诞生在芝加哥，就是这栋家庭保险公司大楼，虽然这栋大楼只有 10 层，42 米高，但却是当年最高的建筑之一，也是第一个用钢结构建造的大楼，它只有同体积石质建筑的三分之一重量。
但钢结构建筑需要三个维度的钢架，所以钢材会占用很多内部空间，楼体的空间利用率很低。而且在大楼越盖越高的时候，人们发现，钢架建筑因为表面积大，密度低的原因，更容易受到风力的影响。
这时候，SOM 建筑设计事务所的建筑师想到，如果把钢架建筑内部的钢梁网格替换成钢筋和混凝土组成的外部承重，是不是就能提高建筑的抗风能力呢？而且外部的剪力墙和密集框架柱承担了大部分负重，就可以移除空间内部的支撑柱，节省出更多可利用的空间。
把这种结构命名为筒体结构，它的最大特点就是在建筑内部有一个核心筒，一般设计成电梯井、楼梯、通风井等等，而周围是封闭空间。这种结构在对抗侧向风荷载时非常有效，用人话说就是非常抗风。
而在筒体结构发明之后，几乎所有的超高层建筑都采用了这种结构，比如著名的纽约世界贸易中心双子塔，上海环球金融中心等等，也包括同样是 SOM 事务所设计的哈利法塔。
建筑师们也围绕筒体结构创造出了束筒结构、内筒结构、筒中筒结构等等一系列新型结构体系。
可以说是筒体结构造就了我们今天高楼林立的城市景观。
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