结构工程师告诉我们人类建筑物的极限高度是多少？
时间:2017-02-06 来源:未知 作者:admin 点击:次
核心提示：建筑高度受到很多因素的限制，其中最根本的一个可以说是材料的力学性能，其它的因素还包括竖向交通、防火、给排水等等。 建筑物的极限高度是多少？我们不妨先看看自然界类似的例子。 假设一棵树一直在生长，各种条件都非常好，那么它的极限高度是多少呢？它
建筑高度受到很多因素的限制，其中最根本的一个可以说是材料的力学性能，其它的因素还包括竖向交通、防火、给排水等等。
建筑物的极限高度是多少？我们不妨先看看自然界类似的例子。
假设一棵树一直在生长，各种条件都非常好，那么它的极限高度是多少呢？它可以无限长高吗？
假设树干截面积是 A，抗压强度是 σ，重度是 γ。当高度达到 h 的时候，全部树干的体积是面积乘以高度，而全部树干的重量是体积乘以重度。也就是说，。
而树干底部要能够承受全部的重力，否则，树干底部就被压坏了。树干底部最多能承受多少重力呢？抗压强度乘以面积，也就是 。
令 ，我们就得到了极限状态的表达式，也就是 。
当树干自身的重力达到了树干自身截面的最大承载力的时候，树的生长就达到了极限高度。如果高度继续增加，自身的重力就能够把自身压坏。这个极限高度的数值，与截面的大小无关，只跟抗压强度和自身重度有关。
对于建筑结构来说，同样如此。
拿常见的钢筋混凝土来说，最普通的C30混凝土，名义强度30MPa，重度大约为25kN/m3，那么极限高度为：
对于建筑钢材，强度大约300MPa，重度大约78kN/m3，极限高度为：
很容易发现，这两个理论上的极限高度远远超过现在高层建筑结构的普遍高度，当然，这只是最最简化的计算，仅仅只考虑了竖向抗压承载力。实际上，很多高层的混凝土强度已经用到了100MPa甚至更高。
如果用钛合金，强度大约900MPa，重度44kN/m3，极限高度达到了：
注意到，钛合金的强度是钢材的3倍，而重度只是钢材的一半多一点，所以钛合金的极限高度是钢材的接近6倍。这也就是我们所说的结构性能的「轻质高强」。
高层结构的设计施工是一个非常复杂的问题，抗风、抗震、地基基础都是大问题，抗侧力体系的设计至关重要。但这些的前提，是竖向承载力满足，材料性能满足。
就像科幻小说里说的那样，也许将来会有反重力材料，也许将来能源变得无比的便宜，我们可以用好多大直升机永远的提着建筑物，甚至建筑物不用落地，直接悬浮在空中。在这之前，建筑物的高度还是受制于材料性能的限制，最大的限制之一就是材料抗压强度和自身重度的比值。
（以上内容来源于知乎，作者猪小宝。）
目前，位于迪拜的高828m的哈利法塔一直保持着世界最高建筑的记录，但这一纪录也将要被刷新。沙特拟建造高度超过1000m的王国塔，该项目现已开始施工，预计将于2018年完工，建成后将成为世界最高建筑，高度约为1007m，比哈利法塔高将近180m。
这真是要朝着人类建筑物极限高度发展的节奏啊，让我们拭目以待吧......
来源：知乎网、《建筑结构》杂志
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