当哈利法塔以828米的高度傲视群雄已经十几年无人超越时,一个大胆的设想总会被人反复提起——人类究竟能把楼盖到多高?如果想要建造一座冲破万米的摩天大楼,又需要跨越哪些难以想象的技术与现实门槛?
目前世界上最高的建筑,依然是坐落在迪拜的哈利法塔,高828米,共169层,造价高达15亿美元。在它建成之前,世界第一高楼的名号经常被改写,但每一次破纪录都只高出前者一点点。
然而哈利法塔横空出世后,直接比当时的世界第一台北101高出了整整60%,这个差距保持到今天还没有任何建筑能够逾越。那么,这是不是意味着哈利法塔已经逼近了人类建筑高度的极限?
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想要回答这个问题,不妨先把时针拨回1956年。那一年,89岁高龄的建筑大师弗兰克·劳埃德·赖特在芝加哥谢尔曼酒店举行了一场轰动的发布会,向世人展示他构想中的世界最高摩天大楼方案。
他为这座建筑取名"伊利诺伊",也有人叫它"一英里高塔",顾名思义,这座楼有一英里之高,换算过来就是1609米。
按照赖特的构想,伊利诺伊将拥有528层楼、76部电梯,可以容纳13万人入驻,内部还要配备15000个停车位,总面积相当于五角大楼的3倍、帝国大厦的7倍。当赖特把那张长达7.6米的巨型设计图卷轴缓缓展开时,现场所有人都被吓傻了。
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在他的设计方案里,伊利诺伊更像一棵长着四根巨大树杈的参天大树——建筑中央是一根深深扎入地下的混凝土核心筒,从核心筒上伸出四根钢结构悬臂,整栋大楼的楼板就架设在这些悬臂之上。
这种结构在当时无异于天方夜谭,很多同行私下议论,觉得这位老爷子是不是年纪大了脑子糊涂。伊利诺伊最终也没能真正建起来,但它的方案里藏着一个极其重要的东西,几乎奠定了20世纪60年代以后所有超高层建筑的设计核心——那根深深扎进地下的核心筒。
要理解核心筒的意义,还得把时间再往前推。1885年,世界上第一座真正意义上的摩天大楼在美国芝加哥建成,这就是著名的家庭保险公司大楼。
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虽然它整体仅有10层楼42米高,放在今天看简直毫不起眼,但它却是当年最高的建筑之一,更是第一栋采用钢结构建造的大楼,整体重量只有同等体积石质建筑的三分之一。
19世纪末,工业用钢大规模普及,建筑行业开始大量采用钢材取代石料,既减轻了自重,又让楼层节节攀升,摩天大楼的概念由此兴起。然而钢结构也有自己的痛点:它需要三个维度的钢架来支撑,钢梁密密麻麻地占去大量内部空间,楼体的实际利用率并不高。
更麻烦的是,当大楼越盖越高,钢架建筑因为表面积大、整体密度低,很容易被侧向风力推得晃动。
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真正的突破来自SOM建筑设计事务所的建筑师法兹勒·汗。他设想:如果把建筑内部密集的钢梁网络拿掉,换成由钢筋和混凝土组成的外部承重结构,是不是就能大幅提升抗风性?
事实证明他是对的。外部那层强力密集的框架柱承担了大部分荷载,内部的支撑柱就可以统统移除,从而释放出大量可利用空间。
法兹勒·汗把这种结构命名为筒体结构,它最大的特点就是在建筑中心保留一个核心筒,内部设计成电梯井、楼梯、通风井等等,周围是封闭的筒状空间。这种结构对抗侧向风荷载的能力极强,用大白话说就是非常能抗风。
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筒体结构发明之后,几乎所有的超高层建筑都沿用了这一思路,比如纽约世贸双子塔、上海环球金融中心,当然也包括同样出自SOM事务所之手的哈利法塔本身。
在筒体结构的基础上,建筑师们又衍生出竖筒结构、内筒结构、筒中筒结构等一系列新型体系,可以说正是它造就了我们今天高楼林立的城市天际线。然而解决了水平方向的风荷载,还有一个更难缠的垂直荷载——重力。
随着楼层增加,每一层的结构都要承受它上方所有楼层的重量,所以一个异常坚实的地基至关重要。
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许多摩天大楼会选择把地基直接扎到基岩之上,用钢筋混凝土把建筑基础锚固在岩层里,这样整栋楼才能稳如泰山。但基岩的分布并不均匀,从地下几米到几百米都有可能,总不能挖个几百米的地基,那就不是盖楼而是打井了。
所以更常见的做法是利用摩擦力。哈利法塔所在的迪拜,当地地质全是脆弱的砂岩,根本无法直接锚定,建筑师便用192根钢筋混凝土桩,深深打入地下50米,利用砂岩与桩体之间的摩擦力把整座塔牢牢稳住。
与此同时,高强度混凝土也是超高层建筑的另一件法宝。混凝土从C15到C80被划分为14个强度等级,数字越大抗压强度越高。
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普通住宅用的多在C30到C50之间,而哈利法塔127层以下全部采用C80,127层以上也用了C60,每平方米的混凝土可以承受8000吨的压力,差不多相当于1185根金箍棒的重量压上去都不会垮。
单从材料用量上就能感受到超高层建筑的夸张程度。哈利法塔总共用掉了33万立方米高强度混凝土、6.2万吨强化钢筋、14.2万平方米玻璃,调动了约4000名工人和100台起重机,历时整整六年才最终落成。
如果真要盖一座万米高楼,按比例粗略估算,相当于至少12座哈利法塔叠在一起,而且为了保证底部不被自重压垮,每一座塔下面还得有两座同样规模的塔做支撑——层层叠加下去,所需的塔数将成千上万,光是建造成本就已经远远超出任何一个国家的承受能力。
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这还只是算了材料账,没算结构账。细心的人可能已经注意到,几乎所有超高层摩天大楼都长得奇形怪状,很少有方方正正的造型。
这并不是建筑师追求艺术感的任性,而是因为高度越高,风压越大,必须通过扭转、收分、切角等造型手段来打散风涡、减小风荷载,否则大楼在高空中会被风推得剧烈摇摆。
此外,火星上最高的奥林匹斯火山能达到两万多米,而地球上却找不到一座一万米的山峰,根本原因就是重力、地壳承载力和材料强度共同"锁死"了高度上限。山尚且如此,人造建筑想要突破这个物理门槛,难度可想而知。
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即便抛开技术极限不谈,摩天大楼的经济账也不好算。2001年上海金茂大厦的每平方米造价是2万元,而它每天的运营维护费就要100万以上,这一项开销早已超过所谓节约土地带来的经济价值。
关于摩天大楼还有一个著名的经济概念——摩天大楼指数,又叫劳伦斯魔咒。1999年德意志银行证券分析师Andrew Lawrence首次提出:全球最高摩天大楼的建造,往往与经济衰退或股市萧条前后脚发生。
因为这类超大型项目启动时,背后通常是宽松的政策与过度乐观的市场情绪,而当大楼竣工交付时,泡沫往往也到了临近破裂的时刻,政府随即转向紧缩,经济便开始回落。
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19世纪摩天大楼兴起以来,这个诅咒据说至少应验过10次,光是近20年就撞上了3次:1997年吉隆坡双子塔以452米超越西尔斯大厦封顶,同年亚洲金融危机爆发;台北101从1999年开工到2004年竣工,恰好横跨整个互联网泡沫破裂周期;2010年哈利法塔落成,又正好撞上次贷危机引发的全球金融海啸。
当然,大多数应验在今天看来有事后诸葛亮的嫌疑,但也挡不住各地对超高建筑的狂热追逐,尤其是二三线城市更容易陷入这种"面子工程"——盲目堆高度来展示经济实力。
所以2022年7月,国家发改委印发"十四五"新型城镇化实施方案,明确规定不得新建500米以上的建筑,对250米以上的新建项目也要严格限制,这已经是2020年以来国家第四次提及限高政策,相当于为国内持续发烧的摩天热泼了一盆冷水。
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有人说,摩天大楼是现代社会的生殖崇拜图腾,这话听起来戏谑,却也不无道理。当高度被当作权力和财富的符号,当楼与楼之间攀比的只剩下数字,建筑本身便失去了更深层的意义。
进入后工业化社会之后,摩天大楼对日常生活质量的提升微乎其微,甚至在很多场景下是反向的——建筑规模越大,一旦遭遇意外,安全风险就越高,911事件便让全世界重新审视了超高建筑的脆弱性。
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以人类目前的技术水平,万米高楼能不能建?答案是理论上可以无限趋近,但现实中几乎不可能。
真正值得追问的,或许不是"还能盖多高",而是"为什么要盖那么高"。建筑的本质,终究是让生活在其中的人过得更好,而不是让它成为站在远处仰望的符号。放眼今天的城市,又有多少高楼是真正为人而建的呢?
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