【为什么人类建筑难以触碰天空？】
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为什么人类建筑难以触碰天空？
《圣经旧约》中有这样一个传说 。
在古巴比伦 ， 敬仰上帝的人们想要进一步靠近上帝的居所 ， 于是召集工匠修建起宏伟的巴别塔——人们希望高耸入云的高塔能成为沟通天地的桥梁 。
但此举却激怒了上帝 。 上帝令工匠们说起了不同的语言 ， 语言不通的人们最终难以完成高塔的修建 ， 于是巴别塔成了历史上最知名的“烂尾楼” 。
圣经传说：巴别塔的停工
即便没有“上帝”的阻挠 ， 人类用建筑拥抱天空的梦想依旧充满曲折 。 国内外高层建筑发生沉降、倾斜甚至坍塌的新闻层出不穷 ， 在令人揪心的同时 ， 也不禁让人们心生疑惑：为什么高层建筑这么容易出问题？
地基承载力问题地基承载力是指地基承受荷载的能力 。 地基承载力并不是一个定值 ， 随着基底压力的不断增大 ， 会按照“弹性变形→局部出现塑性区→塑性区逐步扩大→形成连续滑面→地基变形急剧增大直至失去承载能力”的流程发展 。
国外建筑师Nicolás Valencia评选世界上最高的25栋建筑 ， 其中13栋位于中国 ， 分别是上海中心大厦、深圳平安金融中心、天津CTF金融中心、广州CTF金融中心、北京中信大厦、台北101大厦、长沙国际金融中心、苏州IFS大厦、上海环球金融中心、南京紫峰大厦、武汉中心大厦、深圳kk100、广州国际金融中心 。
图为北京中信大厦
和一般民用建筑相比 ， 高层建筑具有荷载巨大、上部结构不均质的特点 。 这对于地基承载力是一个巨大的考验 。 换句话说 ， 超高层建筑更容易发生不均匀沉降、侧倾的灾害 。
在基础加固领域 ， 高层建筑的地基加固一直是一个老大难的问题 。 当前 ， 国内只有北京恒祥宏业等龙头企业能实现高层建筑物的注浆加固施工 。
风荷载问题除了直接承受风力的直接冲击 ， 由于超高层建筑阻挡了主要风向的流动 ， 风在经过建筑物时发生复杂流动变化 ， 导致建筑物迎风面和背风面产生压力差 ， 从而改变建筑物周围局部风场 。
建筑的复杂风荷载
这意味着超高层建筑的上部结构需要更加复杂的风荷载计算 ， 对整体结构抗剪能力的要求极高 。
除了以剪力墙结构构建的上部结构 ， 当前世界上对于高层建筑物风荷载问题的解决方式主要通过建筑形态优化设计 。 比较出名的方案有边角圆润、扭转形体、切割形体、贯通洞口、设置挡风墙等 。
从左到右分别为边角圆润、扭转形体、切割形体、贯穿洞口’
温度差问题同一天太阳照射在不同位置引发温差作用 ， 会造成热胀冷缩效应 ， 从而引起结构变形甚至断裂 。 这种温差作用 ， 主要存在于建筑的向阳面和背阳面 。 事实上 ， 由于室内空调的使用 ， 室内外温差也对建筑结构存在一定影响 。
日照变形示意图
不过 ， 由于楼体的保温隔热措施和其他原因 ， 这种情况在实际案例中极为少见 ， 实际工程中一般不考虑温度差的作用 。
结语随着人口数量的进一步提高 ， 除非未来能够殖民宇宙 ， 否则建筑物向高空进军是不可避免的 。 不过 ， 由于当前材料、技术等方面还不够成熟 ， 为了人民生命财产安全 ， 需要对高层特别是超高层建筑进行限制 。2021年 ， 住建部发布的“限高令”便是出于这种考量 。
但是我们相信 ， 随着建筑设计、材料科学、土力学等学科的进步和发展 ， 触摸天空的巴比伦之梦终究会变成现实 。
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