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      教育培訓 > 人類能蓋出1萬米高的摩天大樓嗎?建筑技術是否有瓶頸?

      人類能蓋出1萬米高的摩天大樓嗎?建筑技術是否有瓶頸?

      2020-08-14 13:32閱讀(66)

      人類能蓋出1萬米高的摩天大樓嗎?建筑技術是否有瓶頸?:目前來說肯定不行,遙遠的未來就不清楚了。世界上目前最高的建筑也就是沙特阿拉伯的哈利法塔,也才1000米

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      目前來說肯定不行,遙遠的未來就不清楚了。世界上目前最高的建筑也就是沙特阿拉伯的哈利法塔,也才1000米出頭,就已經(jīng)面臨了很多的技術難題,更何況是比它高出十倍?!那接下來,筆者嘗試著回答一下,如有不足或錯誤,還請大神一一指正,謝謝(*°?°)=3

      關鍵一:高度10000米所處環(huán)境怎么樣?

      當建筑物的建筑高度達到10000米時,人類還可以像日常生活一樣在其中生活嗎?答案是否定的!那么,我們來說說我們現(xiàn)在生活的環(huán)境中所存在的幾個基本因素,舉個例子來說,像溫度、氣壓、氧氣含量都是我們最常聽到的詞語。

      1、所處環(huán)境的溫度

      那我們講一下溫度吧!當建筑物高度達到10000米時,相當于距離地面10公里的高度。初高中的地理曾有提及海拔每上升100米,溫度會下降0.6℃,10000米也就是100個100米,也就是下降60℃。

      并且這個距離內屬于地球大氣層中的對流層(對流層高度是從海拔地平面起向上16公里,對流層又可以分為下中上三層,每層具體范圍如下)。那也就是說這個建筑頂部已處于對流層上層,簡而言之位于對流層上層的建筑部分(建筑上半部分4000米范圍)氣溫常年在0℃以下,除此之外還會附帶有強風帶的急流,可以建造這部分建筑所需材料〔必須可以承受各種水平作用(或荷載)〕的強度、剛度、穩(wěn)定性等性能也許遠超目前科技所能到達的程度。也就是一般或者現(xiàn)有的特殊材料也許都抵擋不了。

      不僅如此,又因為其高度跨越對流層下中上三層,建筑物建造所需材料差異性極大。綜合以上來說這個單方面是實現(xiàn)不了的。

      2、所處環(huán)境的氣壓與氧氣含量

      相信很多人應該看過《中國機長》這部電影,或者是聽過川航8633航班這一事件吧!不知道大家還記不記得,里面有一幕就是當飛機擋風玻璃破裂后,三名飛機駕駛員使用氧氣面罩吸氧,當時飛機高度還高于4000米,不僅僅如此,后面還有一幕那就是三名駕駛員在飛機降高降到3000多米時才摘下了氧氣面罩。

      這也就很形象生動的為我們說明了我們人類所能生存的最重要的條件——氧氣。

      地球上人類可以正常呼吸的極限高度是在距地面高度4000米。但是一般來說人們在距地面3000~4000米時呼吸已經(jīng)開始趨于困難!也就是說當高度達到一定的程度下,由于大氣氣壓降低,人們產生呼吸困難等癥狀,如果長時間得不到充分的氧氣供給身體,可能會導致昏迷休克等現(xiàn)象。因此,一般達到海拔一定高度時,人們就會借助氧氣瓶等工具進行吸氧。有去過西藏旅游的人們可能更有親身體驗,其實和高原反應是相類似的。

      假設建筑高度超2000米以上,那么室內要開始增壓,要不然人們在室內也會開始覺得不適;在3000米以上時則需要進行室內進一步增壓,相類似的每隔一定高度就要進一步增壓,當室內樓層不一樣時壓強增加不同會引起差異性變大,建筑物的材料性能會面臨極大的挑戰(zhàn)!

      因此從這一點來說也是不可能的!

      關鍵二:建筑上可實現(xiàn)10000米嗎?

      我們說完10000米高空所處環(huán)境后,那我們來看看在現(xiàn)有的科技條件技術水平下可以實現(xiàn)這一建筑高度嗎?我個人覺得不行。以下列舉一些個人看法。

      1、建筑基礎與地基

      目前我們定義超高層建筑是指建筑高度大于100米的建筑,像我們日常生活中所熟悉的上海環(huán)球金融中心、金茂大廈、臺北101大廈等都屬于超高層建筑范圍內,其中目前世界最高的便是哈利法塔。

      超高層建筑的基礎與地基必須要有足夠的承載力、穩(wěn)定性和變形能力。單承載力一點而言,超高層建筑的自重就十分巨大了,再加上其他活荷載與可變荷載、偶然荷載等作用下,10000米的建筑則要求基礎與地基的承載力則是一個十分巨大的天文數(shù)字!

      并且由于建筑高大,埋入地層的基礎深度肯定不宜過小,因此建筑物的基礎建造與地基選擇將是極限的困難。

      2、建筑結構與體型

      目前,超高層建筑因高度不一所采用的結構形式也有所差異,但都以筒體結構為主,其中高度較高的超高層一般采用束筒結構,例如:哈利法塔。

      那么當建筑高度達到10000米時,依照現(xiàn)在的技術水平也只能采用筒體結構。但又由于之前所說的,水平荷載作用將是考驗結構整體的一大難題!它所要求的建筑結構必須具備比一般超高層建筑所采用結構還要大的強度、剛度和穩(wěn)定性,這也就說明一點結構構件的尺寸會遠超現(xiàn)有的超高層結構尺寸。簡單來說,假設一般超高層的剪力墻厚度為1米,那么達到10000米的建筑剪力墻厚度可能需要超過10米甚至更多。

      因此建筑的可使用空間會大大縮水!不僅如此,現(xiàn)有的技術水平也規(guī)定了建筑的高寬比,當高寬比超過一定的上限值時,容易引起建筑的彎矩破壞以及結構失穩(wěn)。因此當建筑高度達到10000米時,建筑的寬度要達到2000米之多,這也是比較難以實現(xiàn)的。

      所以綜上所述,單從這一點來看也是不可以的。

      結合以上兩個關鍵,筆者個人覺得依照現(xiàn)有的科學技術水平是無法建設如此之高的建筑的!但現(xiàn)如今的科學技術水平正在快速的提升,或許在不久的未來,人類還真的就可以建造出來了呢?!

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      人類能蓋出1萬米高的摩天大樓嗎?建筑技術是否有瓶頸?

      早期一般10-20層的大樓就會被稱為摩天大樓,但到現(xiàn)在通常是指50層以上的大樓!在日本,超過60米的大樓就是摩天大樓,美國則是500英尺(152米),而在中國則一般指100米以上!


      人類建造建筑高度有極限嗎?

      到十九世紀時,無論是東西方,超過6層的建筑仍然比較罕見,其實很簡單,因為超高的大樓爬起來實在太麻煩,到了十九世紀中葉,電梯發(fā)明后這個情況有些改觀,但當時的電梯也僅僅只能提升15米,而且水泵也無法送水到很高的樓頂,因此當時的高層建筑受制于外圍配套技術水平!

      芝加哥家庭保險大樓

      后來這些電梯和高壓水泵技術都解決了,建筑物造得越來越高,1884年~1885年間威廉·勒巴隆·詹尼設計建造的芝加哥家庭保險大樓,是業(yè)界公認的第一幢摩天大樓,但它只有12層!到了1931年,102層的帝國大廈(381米)在紐約落成,此后40年間它一直雄踞世界第一高樓!

      紐約帝國大廈

      1974年芝加哥西爾斯大廈竣工,取代紐約世界貿易中心雙塔成為第一高樓,此后世界第一高樓的易主速度越來越快,從美洲到亞洲(1998年馬來西亞吉隆坡的雙峰塔,451.9米),再從亞洲到中東,現(xiàn)在的世界第一高樓是迪拜的哈利法塔,高度828米!

      哈利法塔

      建造摩天大樓的難點在哪里?

      盡管看起來造個房子很簡單,但事實上高度增加后大樓的建造難度是指數(shù)級增加的,因為高層建筑垂直高度一增加,對建筑技術、材料與結構設計等,將會產生極大的影響,主要包括如下幾個方面:


      結構框架:很多高層建筑在建造時大家能發(fā)現(xiàn),中心有一個位置建造速度明顯高于周圍,這就是建筑結構框架的布置,有內核式,中央核心筒的布局模式,或者外核式:雙側外核心筒布局,還有多核式:分散多個外核布局等等,隨著建筑物的高度與規(guī)模,這些結構會被靈活選用。


      材料抗壓強度:建筑物越來越高,重壓下水泥的抗壓強度要求就會極高,比如記錄片超級工程中的上海大廈建造中就有一個混凝土抗壓強度測試,如果不滿足設計壓力,那么在未來使用過程中就可能會壽命縮短或者產生大的質量事故,比如產生剪切裂紋等嚴重事故。


      垂直交通設計:采光、節(jié)能、易于維護、減少公攤等等都是一個非常大的課題,這些指標很難兼顧,只能是一個妥協(xié)的結局,如果做到利益最大化,也是設計師要考慮的重要指標。當然另一個“交通”就是電梯,不過這個通過多級電梯來實現(xiàn)。


      強電弱電暖通等安全與穩(wěn)定:現(xiàn)代大樓的強電弱電布線不亞于一座小城,而且小城大都是水平布線,而大樓的垂直變難度更大,還需要保證安全、快捷便于維護等。


      消防覆蓋:高層建筑最怕火災,這一點從世貿大廈雙子塔被毀的給大家的印象太深刻了,那鋼架結構直接被燒化導致高層塌陷,最終像掛牌一樣直接倒地,所以防火太重要了,而高層煙囪效應會讓火災迅速向高層蔓延,從防火到控火,再到耐火都是一個個難題。

      主動阻尼技術

      地震與側風影響:這是不可控因素,但可以通過主動防震阻尼予以部分或者全部抵消,比如上海大廈的慧眼系統(tǒng),這些都是主動防震技術,所有的高層大廈中都會主要的防震結構和各樓層之間的防震措施等。

      如果不限制規(guī)模,人類最高能造出多高的人工建筑?

      上文廢了那么多話,相信很多朋友都會提出一個問題,假如不要這些幺蛾子配套設施,就直接堆個大土堆,人類最高能堆出多高的“土堆”?


      從一般的理解上來看,這個大土堆的高度似乎不受限制嘛,一直往上堆就可以了,但其實它會受到很多因素的影響,比如泥土的抗壓強度,如果中間不設計高強度隔離框架的話,這座山可能會堆出塌方或者泥石流,因此它也必須要有一個鋼筋水泥的框架,然后再往上堆高!


      《流浪地球》中行星發(fā)動機最高大約為11千米高,其實這個高度遠遠不夠,因為噴口還在地球大氣層內部,會帶走大量空氣!但也沒法建造再高了,不僅自身重量會壓垮自己,比如一座3萬米高的山峰,正下方底部所受到的壓力為16噸/平方厘米!產生的高溫導致的鋼材也會受熱強度降低!


      如果用超高強度的材料就沒有極限了嗎?其實完全不是,這和地球的結構是有關系的!地球從內到外是內核、地幔、地殼,整個結構就像一個雞蛋,而地殼就薄薄的一層浮在地球內部的巖漿層上!因此在這層蛋殼上建造建筑物,在解決了各種技術難題之后,還有一個無法逾越的難題,那就是地殼的強度!


      所以在地球上的山脈太可能會超過12千米,當年的珠穆朗瑪峰據(jù)說高度就曾達到12千米,但后來把自身給壓垮了,坍塌成了現(xiàn)在的高度(火星重力比地球小很多,所以火星上最高的火山可以達到21千米)!

      德國柏林設計的人造山(僅設計,極限高度大約是1千米)

      但這種堆土堆的工程量非常大,為保證不塌方,需要堆成圓錐形,一個4千米高度,平均坡度30度,那么底面直徑會達到6.92千米,它的體積約為50立方千米,動用全球的力量,估計需要填5-10年,畢竟立方千米的規(guī)模實在是太大了!如果高度十千米,角度30度,那么底面直徑將是34.64千米,體積將高達3142.6立方千米,估計需要300-600年才能填滿!按壓裂地殼的極限計算,10千米還是可以接受的,只是人類根本就完不成這樣的建筑!

      突破極限高度的太空電梯

      要突破高度其實也不難,不要讓地殼承受太大的力嘛,太空電梯使用一個配重在赤道上空延伸至距離地球約10萬千米遠的位置,利用地球自轉的“離心力”達到平衡,因此在理論上這個建筑物高度將達到10萬千米左右!


      只是它更像是傳送帶而不是一個建筑物,但如果這樣的太空電梯如果制造出來,那么它的意義將比發(fā)明火車還要偉大,它可以讓人類大規(guī)模到達太空,并將近地軌道作為跳板,到達太陽系適合人類的天體!


      當然還有一個腦洞大開的“日行跡塔”,在距離地球5萬千米的軌道上設置一顆小行星,再從這顆小行星向地球建造建筑,由上而下,其實和太空電梯差不多,唯一不一樣的是它所在的軌道和地球赤道平面有一個角度,因此它的星下點是一個8字形!


      無論哪種高層建筑,到3千米以上就需要考慮空氣稀薄帶來的高山反應等問題,如果到5千米以上大部分人呼吸都會困難,超過8-10千米,可能會面臨死亡,所以再往上那就是人類禁區(qū)了,必須有空氣加壓的處理,否則大樓頂部空氣稀薄,不適合生存!

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      目前地球最高的喜馬拉雅山海拔只有8800多米,即使這座高樓在海拔0米的地方建設,建成以后海拔也將輕松超過1萬米,如果建成了會發(fā)生很多奇怪的意想不到的事情。

      1、海拔每升高100米,氣溫下降0.6度,即使這座1萬米的高樓1層地處40攝氏度的熱帶,1萬米海拔的頂樓溫度是零下20攝氏度,假如你坐電梯從一樓去頂樓辦事,需要隨身帶著羽絨服,而且要一邊坐電梯,一邊加衣服,因為1樓40度,頂樓零下20度。等到了冬天,1樓0度,頂樓零下60度。這可比漠河最低溫還低,想想都讓人受不了。最高氣溫才零下20度,你讓水泥為主的鋼筋混凝土怎么形成強度?

      2、一般住在平原的人,到了3000米以上海拔的地方都會有不同程度的高原反應,5000米以上更嚴重,而8800多米的珠穆朗瑪峰頂峰更是常人所不能接受的稀薄空氣,而現(xiàn)在要在10000米高的頂樓辦公?這個瘋狂的想法還是打住吧。再者說,10000米高空辦公都是問題,那這座10000米的高樓,到了建設最頂端的時候,有什么人能去施工呢?

      3、現(xiàn)在摩天大樓最高幾百米,等遇到地震,臺風時,頂樓都會有1米左右的位移,如果是1萬米高的大樓,按比例來算,頂樓位移大概率會達到驚人的十幾米甚至幾十米,這和摩天輪有啥區(qū)別?住在頂層別說辦公了,能站穩(wěn)就不錯了。更不要提在十幾米甚至幾十米擺動位移幅度下,怎么精確施工了。

      4、既然這棟樓高達10000米,3米一層,就是3000層,每層住200人,那就是60萬人,這么多人需要上上下下,光需要的電梯可能就要上千部,每一部電梯占地面積4平方米,那光上千部電梯占地面積就需要5000平方米(實際可能超過5000平米),大約70米長,70米寬,那這棟大樓還有地方建辦公室嗎?

      5、現(xiàn)在建600多米的摩天大樓就需要最高規(guī)格的建筑材料,而一萬米高度的大樓可不是600米的簡單疊加,對材料的強度壽命要求肯定是呈指數(shù)級增長的,但是這種材料目前來看還不存在。

      總結來看,人類不僅現(xiàn)在不能建成1萬米高的高樓,在可預見的未來也不可能建成,更何況,由于1萬米高度存在的種種弊端,人類即使有了該技術,也沒有任何理由去建1萬米高的摩天大樓。

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      以人類目前的技術尤其是有基建狂魔的中國是完全可以蓋出1萬米高的摩天大樓,但是有技術可能也實現(xiàn)不了,不要說一萬米就是幾千米以上也可能不好實現(xiàn),因為大樓的地基承載力可能不允許,即使允許,來一個小小的地震都可能導致大樓晃動,樓層越高晃動時的重心越不穩(wěn)定很容易坍塌的。如果可以通過這些條件的考研,那能經(jīng)受高空強對流空氣嗎?高空強對流空氣有可能是十節(jié)臺風或許還更高,重心不穩(wěn)不倒都很難咯。

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      目前不論是技術還是材料都還不具備蓋出萬米高的摩天大樓!萬米高的摩天大樓的腳下我們可以計算一下,它單位面積的壓力有多大。舉一個很簡單的例子,我們把幾塊豆腐疊加起來,當豆腐疊加越高時,我們就會發(fā)現(xiàn),位于底層的豆腐,就承受不了上面的壓力而變形破壞。同樣的道理,我們的建筑材料,也具有同樣的特性。另外,建筑物越高,它的重心也就越高,穩(wěn)定性也就越差。即使建成了萬米高的建筑物,底層的建筑材料不會超過承受的壓力而變形損壞,那么萬米高的建筑物,也會因地震、臺風等自然災害帶來巨大災難的風險,導致萬米高的建筑物傾倒、連根拔起、或者夭折。故萬米高的建筑物存在諸多危險因素不能建造。

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      可以實現(xiàn),但不是現(xiàn)在。!

      如果不計成本,全球合力來建筑,是有可能完成的。不過工程過于巨大,最最主要的原因是“沒什么卵用”…

      世界上最高的建筑物是沙特阿拉伯的《王國塔》,人類首例破千米的建筑物,預計投入將在300億美元。不過沒竣工暫且不提…再一個,在王國塔的設計基礎上,無法讓它增加層數(shù)而達到萬米高度,地表承重面積過小,已到壓力極限。

      地球上已竣工并投入使用的最高建筑物(第二高)是迪拜的《哈利法塔》,又稱《迪拜大廈》或《比斯迪拜塔》。

      塔高828米,層數(shù)為162層,造價15億美元左右。大廈本身材料費用將近10億美元…混凝土33萬立方米,6.2萬噸強化鋼筋,14.2萬平方米的玻璃,就這些材料都有多重了?還不算裝修完跟人員進入…可想而知地表承重要怎樣處理…

      如果建造萬米高度,那占地面積肯定要廣,我們看一看哈利法塔的結構:

      如果以此模型為基礎不計成本的往上建,那么地表地基需要無限擴充,并且承重結構已不是鋼筋混凝土可以勝任的了的了!需要航空材料、碳結構等特殊材料…造價都是天文數(shù)字。

      平均5米一層,一萬米就是兩千層左右。哈利法塔占地面積是14.2萬平方米,那么建造萬米占地面積最少要200萬平方米,也就是2平方公里…什么概念???如果設計材料過重,可能占地面積還要增加,其實最好的形狀還得是三角形建筑,但不會像金字塔那樣大的底座。

      每百層最少要有個“阻尼器”,遇惡劣天氣搖拍幅度得達到近百米…其電力、水利、冷暖空調、氧氣供給和廢物排放等等都得從新研究應用!防災與維護,上下樓與緊急撤離…

      我想光靠電梯已經(jīng)無法滿足升降需求了,上樓坐電梯一個小時?需要直升機或者特殊的升降系統(tǒng)…

      另外,那么高的海拔,氣壓是大問題…即使克服氣壓、氧氣跟供暖了,長期上下樓我估計任何人心肺功能都受不了。需要在上面長期居住…

      關鍵是你在上面干嘛呀?

      你建那么高樓干嘛呀?

      景色再美,時間長了也麻木。!

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      人類的智慧是非常了不起的,但人類的智慧是建立在自然的物質基礎上的,憑本人估計,人類要想建5000層高的樓房應該說可能性不大?梢詮囊韵聨讉方面分析:

      1、所謂5000層,即使按2米高度一層,那么5000層總高度已經(jīng)超過10000米。如果層高小于2.0米的話,那就不能稱之為“樓房”,不適于人的起居、生活等等。

      2、到目前為止由自然力形成的最大高度只有8844米。而且,這個海拔高度,是建立在50多萬平方公里,周圍平均海拔3000多米,有140多個7000米以上山峰的“世界屋脊”之巔。

      3、建筑材料不具備“建造10000米以上建筑物”的物質條件。人類雖然發(fā)現(xiàn)并制造出了很多高強材料,但能用于建造這么“大體量”的建筑物,是否需要把地球上所有能用于“該樓房”的物質全部都收集起來,集中“堆放”到“地球的這么一個部位”。如果這樣,勢必形成地球自然構造的不平衡。

      4、人類的“適存”因素,不具備“建造10000米以上建筑物”的條件。大家都知道飛機的正常飛行高度大約在10000米左右,但人在飛機中的生存空間是一個“人造空間”。一般登過山在的人都知道,人在登山過程中,到達1000米以上時,就開始產生“耳膜閉塞”效應。正常生活在海拔5000米左右的人群與普通人群的體格狀況和體質條件是不同的。因此說10000米以上的高空不是人類的“適宜生存”空間。應該說更談不上建造過程的人體條件是否具備。

      5、本來就不是人類的“適存”空間,而想人類建造這幢5000層高的“樓房”,那就應該是沒有必要性。缺失了必要性的事情,那就失去其可能性。

      等等,理由很多,不能在短短的網(wǎng)上幾句話就能說完。但有一定可以肯定:人類在自己的“適存”空間里建造“能夠脫離地球”的“遙遠飛行器”那是“沒完沒了”的,飛出“銀河系”都有可能!但要建造,固定于地球地面上的,5000層以上的樓房,幾乎沒有可能性。

      望采納,謝謝

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      這是個好問題。以前我也在想能不能做一根繩子,一端固定在月球,一端固定在地球。至今地球還沒被打通,最深的是前蘇聯(lián)挖的坑,忘了是幾千米了。

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      如果沒有這種需求,就沒有這種突破,

      地球上我們已知的物體最高高度是珠穆朗瑪峰,8846米。極少的人可以征服這個高度,在這個高度上空氣稀薄,溫度變化大,風速大,建筑萬米的大廈,具有不可預料的困難。

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      做工程,“需要”和“可能”總是連在一起的。把這兩者割裂開來的提問,就不是有現(xiàn)實意義的問題,不過是練嘴皮子的玩笑。

      造1萬米高的摩天大樓,那七八千米以上的房間誰來買?一天到晚忙于保暖、防治高山病......吃飽了撐的?只是為了一個響亮的“說法”——1萬米高的摩天大樓,無謂地付出大量成本、承擔各種投資風險,沒有一個頭腦清醒的人會去圖那個虛名。