超高建筑：極限之美還是極限之危

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摘要：超高層建筑被業(yè)界稱為“垂直城市”，其功能多樣、體量大、系統(tǒng)復(fù)雜、環(huán)境影響明顯，給建筑設(shè)計(jì)和運(yùn)營(yíng)管理帶來極大挑戰(zhàn)。

    人類建造超高樓的歷史，可以追溯到1909年，美國(guó)紐約大都會(huì)人壽保險(xiǎn)大樓主體50層，樓高213.4米，成為人類歷史上第一座200米以上的大樓。之后，這個(gè)紀(jì)錄一次又一次被打破。數(shù)字也從200米攀升至千米。

　　近日，外媒報(bào)道，沙特阿拉伯將建造一棟高達(dá)3000英尺(914米)的未來摩天大樓。這棟名為王國(guó)高樓的建筑將在吉達(dá)建造，但目前仍存在很多需要克服的巨大挑戰(zhàn)，包括如何建造高聳入云的電梯和減少整體的重量。

　　報(bào)道稱，研發(fā)者已經(jīng)證實(shí)高級(jí)建造科技服務(wù)公司(ACTS)已經(jīng)開始調(diào)查建造這棟摩天大樓所需要的材料。據(jù)稱需要100萬立方米的混凝土和8萬噸的鋼鐵。這棟建筑將成為王國(guó)城市的中心裝飾品，它將有200層樓，其中160層可用于居住，預(yù)計(jì)花費(fèi)12.3億美元，它將比迪拜的哈利法塔高173米。

　　但是，對(duì)于超高建筑，總有人抱著質(zhì)疑的態(tài)度。就在2012年，我國(guó)湖南省長(zhǎng)沙市還計(jì)劃建造一座名叫“天空之城”的超高建筑，計(jì)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?yàn)闆]有完成相關(guān)法定的報(bào)建手續(xù)，被有關(guān)部門叫停。曾有媒體稱，被叫停并不僅是因?yàn)檫@個(gè)原因，事實(shí)上，“天空之城”自醞釀階段就爭(zhēng)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(zhēng)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)?

　　超高層建筑設(shè)計(jì)有要求

　　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(guó)賓夕法尼亞州的伯利恒市召開的國(guó)際高層建筑會(huì)議上，專門討論并提出高層建筑的分類和定義，規(guī)定40層以上(高度100米以上)的為超高層建筑。

　　當(dāng)樓層高度超過一定極限時(shí)，要解決的問題就比普通住宅多，首當(dāng)其沖的就是建筑材料。中國(guó)工程院院士、東方明珠塔總負(fù)責(zé)人江歡成在接受采訪時(shí)表示：“隨著建筑材料的不斷進(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有實(shí)現(xiàn)的可能。”

　　現(xiàn)代超高建筑往往選擇鋼材作為主材料，這是因?yàn)殇摬谋旧韽?qiáng)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，超高層建筑的高度和地基的寬度有恰當(dāng)?shù)谋壤?，只有達(dá)到一定面積，其單位面積的負(fù)荷才能被分散，不至于承載過重的壓力。

　　而外部結(jié)構(gòu)卻只是對(duì)超高建筑考驗(yàn)的第一步。清華大學(xué)土木工程系教授錢稼茹在接受記者采訪時(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(jié)構(gòu)如何滿足規(guī)范規(guī)定的舒適度要求，以及保證設(shè)備(如電梯)的正常運(yùn)行。一般來說，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(dá)到15米/秒，不難看出，風(fēng)速與高度成正比。因此當(dāng)超高建筑遭遇強(qiáng)風(fēng)，那么其如何化解?

　　對(duì)此，江歡成表示，高層側(cè)風(fēng)對(duì)于超高建筑確實(shí)是個(gè)難題，但是因?yàn)楝F(xiàn)在鋼材質(zhì)量越來越好，而且具有一定的延展性，因此超高層建筑可以通過隨風(fēng)輕微擺動(dòng)化解風(fēng)力。“住在超高層建筑中的住戶，并不會(huì)因?yàn)榇髽堑妮p微擺動(dòng)感到不舒服。因?yàn)樽屓烁杏X眩暈的不是擺動(dòng)幅度，而是擺動(dòng)速度的加速度。”江歡成說，“至于擺動(dòng)角度，這些都會(huì)在設(shè)計(jì)之初就被考慮進(jìn)去。”至于現(xiàn)代建筑中應(yīng)用最廣的玻璃外墻結(jié)構(gòu)，江歡成則表示不會(huì)對(duì)超高建筑產(chǎn)生威脅，因?yàn)閴w與玻璃之間可以留出縫隙，為層間結(jié)構(gòu)變形留出余地。

　　但是對(duì)于地震這種自然災(zāi)害，專家表示目前沒有固定的解決方式。“對(duì)于位于地震區(qū)的900米高的建筑，結(jié)構(gòu)抗震是建筑面臨的巨大挑戰(zhàn)。”錢稼茹說。江歡成也認(rèn)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，目前沒有更好的解決辦法，需要人們自備逃生設(shè)備。

　　對(duì)于人們擔(dān)心的另一項(xiàng)災(zāi)害——火災(zāi)，建筑師們似乎并不那么憂心。因?yàn)樵谑澜绺鞯囟加懈髯缘姆阑鹪O(shè)計(jì)規(guī)范。我國(guó)的《高層建筑防火設(shè)計(jì)規(guī)范》中就規(guī)定，超過100米的公共建筑應(yīng)設(shè)立避難層(間)。“火災(zāi)時(shí)，很多人都因?yàn)槲霟煔舛旅Ｒ虼嗽趯娱g建造避難層是非常必要的，提供給人們相對(duì)安全的環(huán)境等待救援。”江歡成說。

　　距離綠色節(jié)能還有距離

　　超高建筑在功能上滿足了人們居住的需求，但是在環(huán)保意識(shí)提升的今天，人們對(duì)建筑的功能賦予了更多的意義——節(jié)能、環(huán)保、綠色、生態(tài)。但是，超高層建筑想要滿足這些條件，似乎顯得有些力不從心。

　　上海市建筑科學(xué)研究院(集團(tuán))有限公司教授級(jí)高工范宏武認(rèn)為，以現(xiàn)階段的節(jié)能環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)來評(píng)判的話，傳統(tǒng)的超高層建筑都不能滿足要求，因?yàn)檎{(diào)研結(jié)果顯示，傳統(tǒng)的超高層建筑都對(duì)城市風(fēng)、光、熱、聲等微環(huán)境造成光污染等負(fù)面影響。為維持正常運(yùn)營(yíng)，其單位面積能耗是目前我國(guó)大型公共建筑(建筑面積超過2萬平米)的2~3倍，是一般公共建筑的4~10倍，這說明超高層建筑在高速發(fā)展的同時(shí)，也帶來了資源消耗大、環(huán)境影響大、能源消耗大的問題。因此，如果要發(fā)展超高層建筑，就必須對(duì)其實(shí)施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。

　　超高層建筑被業(yè)界稱為“垂直城市”，其功能多樣、體量大、系統(tǒng)復(fù)雜、環(huán)境影響明顯，給建筑設(shè)計(jì)和運(yùn)營(yíng)管理帶來極大挑戰(zhàn)。超高層建筑為了減輕自重，幾乎全部采用了玻璃幕墻系統(tǒng)。“而玻璃幕墻系統(tǒng)的應(yīng)用不僅對(duì)室外光環(huán)境帶來影響，也對(duì)室內(nèi)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(tǒng)的節(jié)能環(huán)保設(shè)計(jì)是難點(diǎn)之一。”范宏武說，“而隨著建筑高度的增加，室外溫度、風(fēng)速和太陽(yáng)輻射都會(huì)對(duì)建筑產(chǎn)生一定的影響，如果按照我國(guó)目前公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的熱工分區(qū)方式，一棟超高層建筑可能會(huì)涵蓋2到3個(gè)熱工分區(qū)，因此超高層建筑的系統(tǒng)設(shè)備如空調(diào)系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)等設(shè)計(jì)邊界的確定就成為難點(diǎn)，另外現(xiàn)有系統(tǒng)設(shè)備的承壓能力也給超高層建筑設(shè)備系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提出挑戰(zhàn)。”

　　不僅是樓體本身很難達(dá)到要求，它對(duì)于再生能源的利用，也缺少相應(yīng)的研究成果和設(shè)計(jì)依據(jù)。“即便是在超高層建筑頂部考慮安裝高空風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，也要對(duì)如何保證風(fēng)力發(fā)電機(jī)的安全運(yùn)行進(jìn)行研究，將風(fēng)力發(fā)電機(jī)對(duì)整個(gè)建筑的安全影響降到最低。”范宏武說。

　　為了主動(dòng)引導(dǎo)超高層建筑的可持續(xù)發(fā)展，建設(shè)部組織力量頒布實(shí)施了《綠色超高層建筑評(píng)價(jià)技術(shù)細(xì)則》(以下簡(jiǎn)稱《細(xì)則》)，希望能夠?yàn)槌邔咏ㄖ脑O(shè)計(jì)、施工與運(yùn)行提供依據(jù)。但是，范宏武認(rèn)為，僅僅依靠《細(xì)則》并不能完全解決超高層建筑的可持續(xù)發(fā)展問題，還需要進(jìn)一步針對(duì)超高層建筑加強(qiáng)研究力量，爭(zhēng)取盡快達(dá)成共識(shí)，完善建筑規(guī)劃、建筑設(shè)計(jì)、空調(diào)系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、智能管理系統(tǒng)等一系列的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，超高層建筑的可持續(xù)發(fā)展才有可能真正落地。

　　虛榮心作祟還是發(fā)展需要？

　　自超高建筑誕生的第一天，人們關(guān)于超高建筑的爭(zhēng)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。有些專家也認(rèn)為超高層建筑只是人類追逐政績(jī)、利益的“手段”，因?yàn)樵S多超高層建筑的窗戶基本上無法打開，至于住在其中是否舒適，則是如人飲水冷暖自知了。

　　隨著超高建筑越來越多，世界上已有一些高樓因選址和運(yùn)營(yíng)不佳而出現(xiàn)大面積空置。美國(guó)哈佛大學(xué)建筑技術(shù)教授基爾·莫曾在接受英國(guó)《金融時(shí)報(bào)》采訪時(shí)說：“無論從城市規(guī)劃還是生態(tài)學(xué)角度看，在郊外建設(shè)摩天大樓都是一個(gè)糟糕的想法。”然而選址市內(nèi)，又遇到建設(shè)安全和運(yùn)營(yíng)安全等問題，因此除了“高度”問題，在哪里建設(shè)超級(jí)高樓，如何使高樓得到充分利用，已成為城市規(guī)劃者和建筑師必須慎重考慮的重要問題。

　　隨著建造與保障摩天大樓的技術(shù)手段越來越成熟，人類將締造越來越多的世界建筑之最。然而超級(jí)高樓遇到的問題并沒有減少，除了安全與環(huán)保，后勤保障、高效運(yùn)輸、節(jié)能、垃圾處理和經(jīng)濟(jì)等都需要考慮，設(shè)計(jì)師與開發(fā)商在多大程度上能解決這些問題，將決定未來超級(jí)高樓的命運(yùn)。

　　錢稼茹則對(duì)超高層建筑作出了自己的評(píng)價(jià)：“建筑是財(cái)富、技術(shù)的象征?，F(xiàn)如今，超高層建筑更是業(yè)主在公眾面前炫耀其財(cái)富的實(shí)體。攀比心理誘導(dǎo)一些人為建筑高度第一而競(jìng)爭(zhēng)。我國(guó)500米以上的建筑越來越多，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(shù)。”