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至今達不到1000公尺:人類到底能造多高的大樓呢?

至今達不到1000公尺:人類到底能造多高的大樓呢?

2023-11-06 Comments 0 Comment

有一組數據可能會讓許多人大吃一驚:目前全世界超過400公尺的大樓有43座,其中有41座是在中國。另外,正在建造預計高度會超過350公尺的幾十座未來高樓中,基本上都是在中國,只有極個別在其它國家。

圖:興建中的超過350公尺的大樓

這些數據可以看出,中國確實是新時代的基建狂魔,但是從這些數據中你也會發現,目前全世界最高的樓——阿聯酋迪拜的哈利法塔,其高度只有829.9米,這個高度是目前人類建造的最高建築了。

而2023年恢復建工的沙烏地阿拉伯吉達塔或王國塔,它的預計高度也只有1000公尺。

那麼有趣的問題是,人類到底能蓋出多高的高樓,為什麼至今沒有一棟大樓能夠超過1000公尺呢?

目前世界最高樓哈利法塔Donaldytong

樓到底可以蓋多高?

第一個問題其實還比較好回答,因為大自然已經在人類之前創造了屬於它的“高樓大廈”,也就是山,而大自然能達到的高度,理論上人類建築可以比那更高。

眾所周知,目前地球上最高的山是珠穆朗瑪峰,它的高度是8848米,這個高度其實已經很難變得更高了,因為它受限於許多因素。

喜馬拉雅山脈是由板塊碰撞形成的——印度板塊和歐亞板塊的碰撞,兩個板塊的壓力導致了地面隆起,這種壓力至今還存在,這意味著喜馬拉雅山脈實際上一直還在長高,據信件每年增長4毫米左右。

喜馬拉雅山脈的「長高」速度在所有類似山脈中算是非常快的,與之相似的阿爾卑斯山脈每年只增長0.75毫米。

然而,我們必須謹慎對待山脈的增高數據,因為有一些自然過程會起到相反的作用,並讓山脈變矮。

其中最顯而易見的是侵蝕作用,對於越高的山脈,侵蝕作用會越明顯。

侵蝕作用主要包括兩方面-風和水,我們知道,地球上的高山頂部會被冰雪覆蓋,而且隨著山的增高冰雪的覆蓋區域會增加,冰蓋會隨著季節變化增加和減少,當當它減少的時候,水流會侵蝕山體讓它變得更矮。

風也是以同樣的方式在作用,同樣越高的山往往意味著風的侵蝕作用越明顯,因為山越高越能夠阻擋氣流,同時體積還更大更容易被侵蝕。

之所以自然界的山越高,它的體積就會越大,這就要說阻擋山變高最重要的因素了,那就是重力。

如果把珠穆朗瑪峰放到太陽系中與其它星球的山體做對比的話,它其實一點都不算高,比如太陽系最高行星山脈在火星,被稱作奧林帕斯山,這是一座火山噴發形成的山脈,高度達22.5公里。

圖:奧林帕斯山

火星上能出現這種高度的山,原因是它的質量或引力比地球小很多。

山脈需要對抗重力才能變得更高,這取決於它的體積和支撐材料,更大的體積和更強的抗壓材料才能讓山長得更高。

喜馬拉雅山脈底部的基座部分面積達到4100平方公里,由於地殼是漂浮在軟流層上的,山的下面是流體,更大的體積只會讓它更重而下沉更多,從而難以長高。

其實地球上是有一座山比喜馬拉雅山更高的,就是夏威夷莫納克亞山,它的高度實際高度達到10210 米,只是它的大部分——6000米左右都在水下。

雖然它是由火山爆發形成的,和喜馬拉雅山有所不同,但是它能長得比喜馬拉雅山更高,與水給了它足夠的橫向支撐力有很大關係。

很難說,在最適合的位置上,當一切達到平衡的時候,在地球上山脈到底能成長到多高,但有一些專家表示不會超過15000米。

但是人造建築物肯定可以比這個高度更高許多,因為我們可以使用強度更高的材料,以及中空的結構來讓它的重量更小。

那麼還有一個問題,既然人的建築物能達到如此高的高度,那為什麼現在最高的大廈,以及其它建築物都沒有超過1000公尺呢?

其實,你可能沒猜到,對於大廈來說,很難變得更高的主要原因是電梯或交通問題和投資回報問題。

目前世界最高樓哈利法塔的設計者之一威廉貝克在接受採訪的時候表示,大廈的結構不會是問題,它可以變得更高。

圖:哈利法塔的支撐核心與威利斯大樓的傳統結構的比較

他設計的哈利法塔有一個專門的升高系統,被稱為支撐核心(The buttressed core),是一種三翼矛結構,它具有穩定性的同時也限制了結構元素的空間損失。

威廉貝克聲稱支撐核心完全可以讓大樓變得更高,他表示可以輕鬆到達1英里(1610公尺)。

但樓變高了,隨著它的單位變多,交通系統將會變得非常困難,很難設計出一套不會癱瘓的交通系統。

另外,隨著樓層的增高,它的投資報酬率將變得越來越差,因為樓層越高施工成本和維護成本就越高。

據信,樓層在60-70層的時候回報率就會趨於穩定了,超過這個層數,回報率會越來越差,直到它變得虧損。

那麼,如果是不圖回報的話,像艾菲爾鐵塔一樣的地標呢,為什麼沒有更高的呢?

這個其實主要是因為隨著建築的增高,它的底部會像喜馬拉雅山脈的基座一樣變得越來越大,最終導致用地成本過高,從而讓人失去興趣。

圖:X-Seed 4000的概念圖

在90年代,日本有一個雄心勃勃的項目,他們試圖在東京打造一個火山狀的超級塔結構,被稱為X-Seed 4000,其設計高度達到4000公尺。

毫無疑問這座超級塔沒有成功,有人說X-Seed 4000本身就是一個博眼球的計劃,根本沒打算真的給它建起來。

也有一些人則認為是東京的地價太貴了,這棟建築的底部會綿延10來公里,在大城市裡根本不可能要到這樣的土地。

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