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有一组数据可能会让许多人大吃一惊:
目前全世界超过400米的大楼有43座,其中有41座是在中国。
另外,正在建造预计高度会超过350米的几十座未来高楼中,基本都是在中国,只有极个别在其它国家。
这些数据可以看出,中国确实是新时代的基建狂魔,但是从这些数据中你也会发现,目前全世界最高的楼——阿联酋迪拜的哈利法塔,其高度只有829.9米,这个高度是目前人类建造的最高建筑了。
而2023年恢复建工的沙特阿拉伯吉达塔或者王国塔,它的预计高度也只有1000米。
那么有趣的问题是,人类到底能建造出多高的高楼,为什么至今没有一座大楼能够超过1000米呢?
楼到底可以盖多高?
第一个问题其实还比较好回答,因为大自然已经在人类之前创造了属于它的“高楼大厦”,也就是山,而大自然能达到的高度,理论上人类建筑可以比那更高。
众所周知,目前地球上最高的山是珠穆朗玛峰,它的高度是8848米,这个高度其实已经很难变得更高了,因为它受限于许多因素。
喜马拉雅山脉是由板块碰撞形成的——印度板块和欧亚板块的碰撞,两个板块的压力导致了地面隆起,这种压力至今还存在,这意味着喜马拉雅山脉实际上一直还在长高,据信每年增长4毫米左右。
喜马拉雅山脉的“长高”速度在所有类似山脉中算是非常快的,与之相似的阿尔卑斯山脉每年只增长0.75毫米。
然而,我们必须谨慎对待山脉的增高数据,因为有一些自然过程会起到相反的作用,并让山脉变矮。
其中最显而易见的是侵蚀作用,对于越高的山脉,侵蚀作用会越明显。
侵蚀作用主要包括两方面——风和水,我们知道,地球上的高山顶部会被冰雪覆盖,而且随着山的增高冰雪的覆盖区域会增加,冰盖会随着季节变化增加和减少,当它减少的时候,水流会侵蚀山体让它变得更矮。
风也是以同样的方式在作用,同样越高的山往往意味着风的侵蚀作用越明显,因为山越高越能够阻挡气流,同时体积还更大更容易被侵蚀。
之所以自然界的山越高,它的体积就会越大,这就要说阻挡山变高最重要的 一个因素了,那就是重力。
如果把珠穆朗玛峰放到太阳系中与其它星球的山体做对比的话,它其实一点都不算高,比如太阳系最高行星山脉在火星,被称作奥林帕斯山,这是一座火山喷发形成的山脉,高度达到22.5公里。
火星上能出现这种高度的山,原因是它的质量或者引力比地球小很多。
山脉需要对抗重力才能变得更高,这就取决于它的体积和支撑材料,更大的体积和更强的抗压材料才能让山长得更高。
喜马拉雅山脉底部的基座部分面积达到4100平方公里,由于地壳是漂浮在软流层上的,山的下面是流体,更大的体积只会让它更重而下沉更多,从而难以长高。
其实地球上是有一座山比喜马拉雅山更高的,就是夏威夷莫纳克亚山,它的高度实际高度达到10210 米,只是它的大部分——6000米左右都在水下。
虽然它是由火山喷发形成的,和喜马拉雅山有所不同,但是它能长得比喜马拉雅山更高,与水给了它足够的横向支撑力有很大关系。
很难说,在最适合的位置上,当一切达到平衡的时候,在地球上山脉到底能成长到多高,但有一些专家表示不会超过15000米。
但是人造建筑物肯定可以比这个高度更高许多,因为我们可以使用强度更高的材料,以及中空的结构来让它的重量更小。
那么还有一个问题,既然人的建筑物能达到如此高的高度,那为什么现在最高的大厦,以及其它建筑物都没有超过1000米呢?
其实,你可能没猜到,对于大厦来说,很难变得更高的主要原因是电梯或者交通问题和投资回报问题。
目前世界最高楼哈利法塔的设计者之一威廉·贝克在接受采访的时候表示,大厦的结构不会是问题,它可以变得更高。
他设计的哈利法塔有一个专门的升高系统,被称为支撑核心(The buttressed core),是一种三翼矛结构,它具有稳定性的同时还限制了结构元素的空间损失。
威廉·贝克声称支撑核心完全可以让楼变得更高,他表示可以轻松到达1英里(1610米)。
但是楼变高了,随着它的单元变多,交通系统将会变得非常困难,很难设计出一套不会瘫痪的交通系统。
另外,随着楼层的增高,它的投资回报率将变得越来越差,因为楼层越高施工成本和维护成本就越高。
据信,楼层在60-70层的时候回报率就会趋于稳定了,超过这个层数,回报率会越来越差,直到它变得亏损。
那么,如果是不图回报的话,像埃菲尔铁塔一样的地标建筑呢,为什么没有更高的呢?
这个其实主要是因为随着建筑的增高,它的底部会像喜马拉雅山脉的基座一样变得越来越大,最终导致用地成本过高,从而让人失去兴趣。
上世纪90年代,日本有一个雄心勃勃的项目,他们试图在东京打造一个火山状的超级塔结构,被称为X-Seed 4000,其设计高度达到4000米。
毫无疑问这座超级塔没有成功,有人说X-Seed 4000本身就是一个博眼球的计划,根本没打算真的给它建起来。
也有一些人则认为是东京的地价太贵了,这个建筑的底部会绵延10来公里,在大城市里根本不可能要到这样的土地。
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