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猜一猜中国的摩天楼有多坚固?

2013年04月28日 08:09  新周刊 微博

  如果没有恐怖袭击,纯钢结构的摩天楼将会“屹立不倒”。当美国人开始反省摩天大楼的坚固性,中国人也在思考——因为在自然灾害来临时,便宜些的钢筋混凝土结构又比不上纯钢结构。

中国的摩天楼中国的摩天楼

  世界上最高的木结构建筑应县木塔修建于1056年,迄今已经有900多年。李春在610年修建的赵州桥依然横跨于赵县的洨河上,比赵州桥更早的利米拉桥修建于公元3世纪,这座古罗马时期的古桥依然还在土耳其古城利米拉(Limyra)。

  吉萨大金字塔完工于公元前2560年,但是,世界上第一座摩天楼纽约家庭保险大楼(Home Insurance Building)在1931年便被拆除,距离被建成仅仅46年,著名的纯钢结构的帝国大厦目前也只是屹立了81年。

  2012年7月Emporis地产数据库发布了一份世界在建十大最高摩天大楼排行榜,其中5座在中国。在中国摩天楼时代到来的时候,它们的质量会让它们在产权期限到来之前就崩塌吗?

  双子大厦的倒塌让业界反省,摩天楼的纯钢结构时代结束了。

  历史上著名的建筑大都难逃火灾和地震这两个宿命。希腊诗人安提帕特(Antipater of Sidon)所列出的古代世界七大奇迹,其中有四个是毁于地震的。另外的两个,亚底米神庙被希腊年轻人黑若斯达特斯焚毁,这个纵火犯只是想与这个七大奇迹之一的建筑一起被人写进历史。奥林匹亚的宙斯像也是被大火烧毁。唯一留下的是吉萨大金字塔,这座在干燥的沙漠中的石灰岩建筑经受住了时间的考验,屹立至今。

  1871年芝加哥大火烧毁了9平方公里范围的城市。这场大火的意义是诞生了建筑史上的芝加哥学派,推动了摩天大楼时代的来临。早期的摩天大楼多数是纯钢结构建筑。家庭保险大楼(Home Insurance Building)在芝加哥建成,这座42米高的10层楼,被认为是世界上第一幢摩天建筑,下面6层使用的生铁柱是熟铁梁框架,上面4层是钢框架,根据2000年一个统计数据,全世界101座超高层建筑中,纯钢结构的有59座。包括1931年建成的帝国大厦、曾经的纽约世界贸易中心、芝加哥西尔斯大厦等。

  美国Gensler事务所上海分部上海中心大厦中方负责人彭武说,在相同的高度,纯钢结构的建筑重量更轻,柔性更好,但也相对比较昂贵。纯钢结构的建筑施工速度比较快,帝国大厦只用了一年两个月的时间便建造完成,在人工昂贵的国家,是比较适用。在中国,人工相对便宜,混凝土结构显然更适应国情,既可减少材料成本,又不会有很大的人力成本负担。是否使用纯钢结构也与地域相关,香港的摩天楼很少有纯钢结构的,基本都为钢筋混凝土结构。香港的地震的活跃度比较低,摩天楼主要需要抗风。

  “9·11”之后,业界对于纯钢结构的超高层建筑是有反思的,因为它在防火性上有天生的缺陷,当温度达到1000度以上,钢结构就立即失效了,产生连续倒塌效应,从上到下一层层往下压,纽约的双子塔就是这样倒塌的。彭武说,目前新建的超高层建筑已经不再使用纯钢结构了。核心筒部分一定会使用钢筋混凝土结构,也就是用混凝土将钢结构包起来。比如上海中心就是这样,巨型柱子核心筒外面包着混凝土,里面是型钢。彭武说,如果要说建筑风险的话,就目前来说,没有比恐怖袭击更大的风险了。当然,他指的是像“9·11”那种规模的。

  大地震时该逃往城市中最高的建筑。因为历史上,似乎还没有因为地震倒塌的摩天楼。

  超高层建筑在火灾中最危险的是烟囱效应,在一个垂直空间中,火势会急速向上蔓延。现在的摩天楼一般采用分区建造,十几层做一个分区,以此来隔断空间的连续性,并且每一个分区有一个避难区。上海中心有632米,一共分了9个分区。

  在超高层建筑中唯一的连续的空间就是电梯井。所以,从有易燃物的使用空间到电梯井之间有很多阻隔,比如防火门,这样保证电梯井与易燃物之间有隔绝,不会出现火势蹿到电梯井。

  历史上还没有因为地震倒塌的摩天楼。所以,如果遇上大地震,摩天大楼是不错的庇护所。从专业的角度,彭武说,摩天楼的设计要求是,小型地震没有问题,中型地震之后可以维修重新使用,特大地震中不会倒塌。除了地震,摩天楼最重要的是要防风。高828米的迪拜塔,楼顶最高风速可达198公里/小时。

  摩天楼的设计也遵循空气动力学的概念。就像飞机机翼一样,如果形状不对,就飞不起。彭武说,在设计超高层建筑时,需要与风动工程师一起验证,建筑的外形要圆润,上面小、下面大,有一些圆角的处理,不对称外形,最大限度减少风对建筑的作用力。现在的参数化设计可以让建筑有更多的圆角,对于结构工程师有很大帮助。

  在彭武看来,不能单纯地比对建筑物的寿命。当代建筑的复杂程度肯定高于埃及和唐代的建筑。埃及金字塔是一个用石头砌起来的墓穴,功能很单一,甚至不必修建电梯井。埃菲尔铁塔作为一个工业革命时代的临时建筑能够屹立这么多年,而且还将继续留存下去好几百年,主要是因为它一个功能单一的钢铁构筑物,防火设施没有像住宅那么复杂,只需做好防腐,不让金属腐蚀,就能让它一直屹立在原地。

  “建筑寿命是结合了多方面要求的结果,比如,现在的建筑使用到了大量的黏合剂。黏合剂的寿命最多也就是二十多年。规定只是一个底线,如果不断检测,对老化的材料进行及时更换,那么建筑寿命肯定不止70年。”彭武说。

  延长寿命其实是一个后期检测、维护的问题。纽约425公园大道塔楼已经有65年的历史了,但是今年通过保留25%的底座部分,重新建造设计剩余部分实现了建筑的更新。新建的75%的建筑的重量不会超过原有的指标,因为大量的玻璃和铝的框架体系的应用使外表皮更轻了。(文/金雯)

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