人类能盖出1万米高的摩天大楼吗?建筑技术是否存在瓶颈?

发布网友 发布时间：2022-05-11 16:42

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热心网友 时间：2023-10-15 14:05

早期一般10-20层的大楼就会被称为摩天大楼，但到现在通常是指50层以上的大楼！在日本，超过60米的大楼就是摩天大楼，美国则是500英尺（152米），而在中国则一般指100米以上！

人类建造建筑高度有极限吗？

到十九世纪时，无论是东西方，超过6层的建筑仍然比较罕见，其实很简单，因为超高的大楼爬起来实在太麻烦，到了十九世纪中叶，电梯发明后这个情况有些改观，但当时的电梯也仅仅只能提升15米，而且水泵也无法送水到很高的楼顶，因此当时的高层建筑受制于外围配套技术水平！

芝加哥家庭保险大楼

后来这些电梯和高压水泵技术都解决了，建筑物造得越来越高，1884年~1885年间威廉·勒巴隆·詹尼设计建造的芝加哥家庭保险大楼，是业界公认的第一幢摩天大楼，但它只有12层！到了1931年，102层的帝国大厦（381米）在纽约落成，此后40年间它一直雄踞世界第一高楼！

纽约帝国大厦

1974年芝加哥西尔斯大厦竣工，取代纽约世界贸易中心双塔成为第一高楼，此后世界第一高楼的易主速度越来越快，从美洲到亚洲（1998年马来西亚吉隆坡的双峰塔，451.9米），再从亚洲到中东，现在的世界第一高楼是迪拜的哈利法塔，高度828米！

哈利法塔

建造摩天大楼的难点在哪里？

尽管看起来造个房子很简单，但事实上高度增加后大楼的建造难度是指数级增加的，因为高层建筑垂直高度一增加，对建筑技术、材料与结构设计等，将会产生极大的影响，主要包括如下几个方面：

结构框架：很多高层建筑在建造时大家能发现，中心有一个位置建造速度明显高于周围，这就是建筑结构框架的布置，有内核式，*核心筒的布局模式，或者外核式：双侧外核心筒布局，还有多核式：分散多个外核布局等等，随着建筑物的高度与规模，这些结构会被灵活选用。

材料抗压强度：建筑物越来越高，重压下水泥的抗压强度要求就会极高，比如记录片超级工程中的上海大厦建造中就有一个混凝土抗压强度测试，如果不满足设计压力，那么在未来使用过程中就可能会寿命缩短或者产生大的质量事故，比如产生剪切裂纹等严重事故。

垂直交通设计：采光、节能、易于维护、减少公摊等等都是一个非常大的课题，这些指标很难兼顾，只能是一个妥协的结局，如果做到利益最大化，也是设计师要考虑的重要指标。当然另一个“交通”就是电梯，不过这个通过多级电梯来实现。

强电弱电暖通等安全与稳定：现代大楼的强电弱电布线不亚于一座小城，而且小城大都是水平布线，而大楼的垂直变难度更大，还需要保证安全、快捷便于维护等。

消防覆盖：高层建筑最怕火灾，这一点从世贸大厦双子塔被毁的给大家的印象太深刻了，那钢架结构直接被烧化导致高层塌陷，最终像挂牌一样直接倒地，所以防火太重要了，而高层烟囱效应会让火灾迅速向高层蔓延，从防火到控火，再到耐火都是一个个难题。

主动阻尼技术

地震与侧风影响：这是不可控因素，但可以通过主动防震阻尼予以部分或者全部抵消，比如上海大厦的慧眼系统，这些都是主动防震技术，所有的高层大厦中都会主要的防震结构和各楼层之间的防震措施等。

如果不*规模，人类最高能造出多高的人工建筑？

上文废了那么多话，相信很多朋友都会提出一个问题，假如不要这些幺蛾子配套设施，就直接堆个大土堆，人类最高能堆出多高的“土堆”？

从一般的理解上来看，这个大土堆的高度似乎不受*嘛，一直往上堆就可以了，但其实它会受到很多因素的影响，比如泥土的抗压强度，如果中间不设计高强度隔离框架的话，这座山可能会堆出塌方或者泥石流，因此它也必须要有一个钢筋水泥的框架，然后再往上堆高！

《流浪地球》中行星发动机最高大约为11千米高，其实这个高度远远不够，因为喷口还在地球大气层内部，会带走大量空气！但也没法建造再高了，不仅自身重量会压垮自己，比如一座3万米高的山峰，正下方底部所受到的压力为16吨/平方厘米！产生的高温导致的钢材也会受热强度降低！

如果用超高强度的材料就没有极限了吗？其实完全不是，这和地球的结构是有关系的！地球从内到外是内核、地幔、地壳，整个结构就像一个鸡蛋，而地壳就薄薄的一层浮在地球内部的岩浆层上！因此在这层蛋壳上建造建筑物，在解决了各种技术难题之后，还有一个无法逾越的难题，那就是地壳的强度！

所以在地球上的山脉太可能会超过12千米，当年的珠穆朗玛峰据说高度就曾达到12千米，但后来把自身给压垮了，坍塌成了现在的高度（火星重力比地球小很多，所以火星上最高的火山可以达到21千米）！

德国柏林设计的人造山（仅设计，极限高度大约是1千米）

但这种堆土堆的工程量非常大，为保证不塌方，需要堆成圆锥形，一个4千米高度，平均坡度30度，那么底面直径会达到6.92千米，它的体积约为50立方千米，动用全球的力量，估计需要填5-10年，毕竟立方千米的规模实在是太大了！如果高度十千米，角度30度，那么底面直径将是34.64千米，体积将高达3142.6立方千米，估计需要300-600年才能填满！按压裂地壳的极限计算，10千米还是可以接受的，只是人类根本就完不成这样的建筑！

突破极限高度的太空电梯

要突破高度其实也不难，不要让地壳承受太大的力嘛，太空电梯使用一个配重在赤道上空延伸至距离地球约10万千米远的位置，利用地球自转的“离心力”达到平衡，因此在理论上这个建筑物高度将达到10万千米左右！

只是它更像是传送带而不是一个建筑物，但如果这样的太空电梯如果制造出来，那么它的意义将比发明火车还要伟大，它可以让人类大规模到达太空，并将近地轨道作为跳板，到达太阳系适合人类的天体！

当然还有一个脑洞大开的“日行迹塔”，在距离地球5万千米的轨道上设置一颗小行星，再从这颗小行星向地球建造建筑，由上而下，其实和太空电梯差不多，唯一不一样的是它所在的轨道和地球赤道平面有一个角度，因此它的星下点是一个8字形！

无论哪种高层建筑，到3千米以上就需要考虑空气稀薄带来的高山反应等问题，如果到5千米以上大部分人呼吸都会困难，超过8-10千米，可能会面临死亡，所以再往上那就是人类禁区了，必须有空气加压的处理，否则大楼顶部空气稀薄，不适合生存！

热心网友 时间：2023-10-15 14:05

人类能盖出1万米高的摩天大楼吗？建筑技术上是否存在瓶颈呢？

相信大多数70后80后都有一种印象，那就是在我们小的时候看到10层至20层的大楼时，就会称其为高楼大厦，因为那个时候的房屋普遍高度也不会超过6层，而现在人们所说的摩天大楼通常都是指50层以上的高楼，如果在日本的话，只有超过60层以上的大楼才会被称之为摩天大楼，美国的标准则是500英尺，即152米或55层，实际上，在19世纪之前，无论是西方还是东方，超过6成的建筑物都是比较少见的，那个时候，也只有塔楼这样的建筑物才有可能达到6层的高度。

有人一定会很好奇，为什么当时就不能盖10~20层呢？其实很容易理解，以当时的建筑技术盖10层的房并不是难事，但是，由于当时并没有电梯这种辅助设备，这种高层的房子爬起来自然就太麻烦，直到19世纪末电梯被发明出来之后，高楼才逐渐多了起来，当然，由于当时的电梯也只能升到20米左右，所以，那个年代的房子普遍也不会超过10层，再加上，当时的供水设备也无法将水送达10层以上的高度，所以，并不是当时的技术盖不起来10层以上的房子，而是受到外围配套技术的影响才导致楼房盖那么高也是没办法助人的，而出于实用的目的也就没有必要盖那么高的房子。

世界上第1栋公认的摩天大楼就是芝加哥家庭保险大楼，这座大楼的层高为12层，因为当时已经研发出了高压水泵，能够将水送到12层以上的高度，那时的电梯也可以升到15层的高度，直到20世纪的1931年，美国又盖出了世界第一高楼，那就是102层的帝国大厦 ，高度达到了381米，这座大厦在此后的40年间，一直保持着世界第一高楼的位置。直到上个世纪的70年代以后，世界各主要大国都开始争相建起了摩天大厦，众所周知，现在的世界第一高楼是迪拜的哈利法塔，高度达到了828米。

实际上，如果光从外表上看建造一个房子并不太难，但事实上，随着层高的不断增加，大楼的建造难度是呈指数级增加的，因为高层建筑垂直高度一增加，对建筑技术、材料与结构设计等，将会产生极大的影响，这里面就包括了框架结构，材料抗压强度，垂直交通设计，消防覆盖，地震与侧风影响等等，就拿材料抗压强度来讲，建筑物越高，重压下水泥的抗压强度要求就会极高，如记录片中超级工程里的上海大厦建造中，就有一个混凝土抗压强度测试，如果不满足设计压力，那么，在未来使用的过程当中，就可能会寿命缩短或者产生大的质量事故，比如产生剪切裂纹等严重事故。

就算抛开以上这些所有因素，还有一个最大的难题是无法解决的，那就是高原反应，大家可能都知道，世界第一高峰珠穆朗玛峰的高度为8848米，如果一个人想要登顶的话，就必须要携带氧气，实际上，一个正常的人去到海拔3000米以上的地方就会出现高原反应，这是因为，随着海拔的不断增高，空气就会越来越稀薄，含氧量只有内地的60%左右，如果到5000米以上的话，由此可见，就算人类能够将摩天大楼盖到1万米的高度，但是，上面根本就不适合人类生存，出于经济实用性的考虑，也不可能将摩天大厦盖到那个高度。更何况，还要面临电梯，供水，材料，设计等等难题。

热心网友 时间：2023-10-15 14:06

热心网友 时间：2023-10-15 14:06

热心网友 时间：2023-10-15 14:07