高楼承重柱为什么不会压垮(承重柱为啥不会被压垮)

  随着科技的日新月异,各个国家的高楼拔地而起,这也逐渐成为了显示国家经济繁荣与否的标准。

  比如来到两个地方,一个全是低矮的小平楼,每一处小楼都格外精致漂亮;一个是林立的钢筋铁瓦,高耸如入云霄。面对这两个地方,你会认为哪一个比较繁荣?想必都会异口同声选择后者。

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  高楼林立

  为什么城市的楼层会这么高呢?

  这是因为经济发达的城市里,经济效益下土地面积的价钱也就越来越高,越靠近市中心或者商业区的地方,土地价格也就越贵。

  在此基础上,房地产商为了追求利益的最大化,也就不断地增加楼层高度,楼层越高,买或者租的人就越多,那么就能获取更多的金钱。然而我们的写字楼和住房一般是在20至30层左右,少数有写字楼达到100层。

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  楼层越高,土地利用率越高

  事实上,我国古代就有着高楼的出现了。据古时的文献记载,商纣王为了博得苏妲己的欢心,建造了摘星楼,这座楼到底有多高,争议颇多,但是能到手可摘星辰的地步,想必也是高可入云的。

  而在现在的中国,就有真的“可摘星辰”的百层高楼存在。

  比如深圳最高的建筑,京基100大厦,由17.5万平米的写字楼,及4.6万平米的酒店结合而成,高达441.8米,地上有100层,地下有4层;

  香港环球贸易广场是一座118层楼高的大楼,共484米,总建筑面积为2822039平方尺,香港九龙丽嘉酒店就位于环球贸易中心最上面的15层,成为了世界上最高的六星级酒店;

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  中国香港环球贸易广场

  上海环球金融中心处在上海陆家嘴金融贸易区,占地面积为1.44万平方米,总楼面的面积为38.16平方米,楼高492米,地上共有101层,地下有3层,并于2008年被评为“2008年度最佳高层建筑”。

  而世界上最高的高楼目前为哈利法塔,原名为迪拜塔,高达828米,共有楼层162,占地面积约为34.4公顷,耗费15亿美元,从2004年开始修建,于2010年1月4日宣告落成,并改名为哈利法塔。

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  迪拜哈利法塔

  如果玩过搭积木的人应该都有体会,搭建低矮的积木是非常简单轻松的,然而当你搭得越高,就越要小心翼翼,这时候的积木格外脆弱,一阵风就能轻易把它吹倒。

  楼层的建造虽然不像积木一样不牢固,但是也有一定的相似度,那么100层的高楼是如何建成的,又为什么屹立不倒呢?

  想要高楼不倒,首先要保证的,就是底座的稳固。不管是建什么房屋,建筑工人都会先挖一个比较大的坑,将楼层的地基打在很深的地下,保证高楼的稳定性。也因此100层的高楼就需要一个非常稳固的底座,既要保证房屋本身的稳定性,也要防止大风袭来,高楼不会像积木一样柔弱不堪,一吹就倒。

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  楼层打地基

  而这也只是其中的一步而已,想要高楼建立起来,并且能够站得稳,站得牢,还需要一个非常重要的东西,那就是承重柱。

  承重柱就类似于人类身体里的骨骼,是支撑高楼的灵魂所在,也是能够站而不倒的重要原因之一。除了这个,还有一个是承重墙,它是支撑着上部楼层重量的墙体,在建筑结构里非常重要,一旦受到损坏,所在建筑的抗震也随即受到破坏。

  这么高的楼层的修建过程,一般是通过电梯运送物资,到了工作层后,再将物资利用塔吊吊运,但在极高的楼层时,地面的塔吊已经无法接触,这时会将塔吊安装在建筑结构的顶部,能够随着建好结构的上升而上升,也因此可以把楼层越修越高。

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  建设中的楼房塔吊

  正如上文所说,在修建100层高的楼层时,最为关键的就是承重柱。房屋主体主要是由承重柱和构造柱组成,承重柱担负着整个楼层的重量以及稳定。

  承重柱主要的承压是由混凝土承担的,而混凝土的标号决定着承重柱所能承受的重量,当标号为C20时,经过计算,混凝土标准试块换算成平米的就是20000KN/㎡,每平米可以承受的重量约为2000吨,虽然实际上的承担重要有些出入,但是仍然有着可参考的地方;

  假设用的是C60,那么它每平方毫米能够承重大约为2.75公斤,普通的高层建筑底部的承重柱至少都有一米平方,那么经过换算,就是2750吨,这还只是普通混凝土,没有增加钢筋的理论承重值。

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  混凝土部分标号和强度等级

  按照普通办公楼的框架结构和楼板厚度等,通过计算,上例的承重柱可以修建到48层楼,然而实际上按照安全系数来说是不被允许的,还需要其他的一些结构来支撑。

  而混凝土根据密度,可以划分为重混凝土、普通混凝土,轻质混凝土。

  重混凝土的表观密度大于2500公斤/平方米,主要由重晶石和铁矿石集料配制,非常密实和厚重。

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  混凝土

  而轻质混凝土主要分为轻集料混凝土、多孔混凝土、大孔混凝土三类,其中大孔混凝土又分成由碎石、软石、重矿渣集料制成的普通大孔混凝土,以及由陶粒、碎砖、浮石等为集料配制的轻骨料大孔混凝土。

  我们在土木工程中常用的就是普通混凝土,一般由砂、石子为主要集料配制。

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  普通混凝土制造

  目前我们所常见建筑物的结构支承系统,力的传导过程是荷载传给楼层的板,板再将力传给梁,梁又传给柱子,最后传给地基,底部的梁和板只会承担一层的荷载,但柱子越是越往下,受到的力就越大。

  因此可以说,除了最下面的地基,最主要的受力结构便是承重柱了。那么修建100层高楼的时候,怎么保证承重柱能够承受这样的重量呢?

  修建房屋时,工人一般都会使用混凝土来作为承重柱,高楼也是如此,只是平时修建的房屋低矮,用比较小一点的混凝土支柱就足够支撑住我们的房子,还能节约成本和空间。

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  混凝土承重柱

  可是100层的高楼所用的承重柱的规格显然与其不同,是要大很多的,因此需要加粗承重柱,但是也不能过大,这样很容易导致房屋重量增加,使得压力增加。

  同时太大的承重柱还可能导致内部热量无法散出去,形成外冷内热的情况,造成承重柱裂开,从而对房屋安全造成隐患。

  如果只能在一定程度以内加粗承重柱,那么承重柱的受力有限,修建的高度也会相应受到限制。然而实际上,混凝土还有一个名字,叫做钢筋混凝土,也就是在混凝土里加入钢筋,增强承重柱的抗拉强能力,因此设计师就会通过加强混凝土内部的钢筋结构,选用更加粗壮的钢筋。

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  钢筋混凝土

  很多工地都采用了这种钢筋混凝土的方式,先用钢筋扎成一个柱子的模样,然后再灌入混凝土。楼层越高,承重柱的横截面积就越大,面积增加的钢筋也就越多,楼层的支撑面也就越来越大,这也就大大提高了承重的能力。

  同时,这类高楼一般底部的支柱很多,越往上面,支柱反而越少,因为高楼的主要承担者是底部,底部的支柱多,能更好地支撑高楼的面积和重量,而越往上,压力就越小,为了底部减轻压力,上面的支柱很少,够用就行了。

  增加了钢筋以后,我们还要对混凝土进行相应的调整。实际上,普通混凝土一共被划分为14个等级,高层建筑中,比较常用到的就是C30到C60了,一般最下面的承重柱需要用到的标号一般来说都较高。

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  混凝土强度等级

  修建100层高楼的时候,自然就会选用强度更高的水泥,同时还会加入早强剂、减水剂等,提高承重柱混凝土的性能,增加强度的稳定性。

  而一般的承重柱的结构,大概每平米能够承受1吨的重量,如果承重柱与承重柱之间的距离为8米,那么每一根承重柱的承重面积就是64平方米,加入按照1.5吨的重量算,那么每一根承重柱可以承担的重量为100吨。

  而100层的高楼,经过计算,最底部的承重柱需要承受大概10000吨的重量,是能够承受100层高的建筑的,只是需要对其进行其他的测算,比如计算在发生台风、地震等自然灾害时,这座楼层能够支撑多少等级。

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  承重柱承重测试

  从上面我们能够知道,楼层的承受力最后会通过承重柱回到地基上,那么底部的土壤对高楼的稳定性至关重要。

  一般在设计高楼的时候,设计师都会选择地质良好的地段,如果没有地质好的地方,则需要对土壤进行改良措施,比如排除地下水、在地下打入连续墙或者是往地下钻孔灌注桩。

  通过这些,来加固土层,加强土体的强度,阻拦地下水的影响,免得土层因此而变软,导致地基不稳。

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  选好地基土壤

  一般高楼建立的位置都位于城市的繁华地段,这样可以节约土地,增加土地的利用率,同时视野好、采光好。

  投资成本巨大,所用的钢材和混凝土的消耗量惊人,再加上100层高楼所要配备的电梯、高压水泵,并且还要为其进行不断的检修和维护,日常管理成本也不低;

  楼层过高,电梯虽然方便,但不免会因为出行的人太多而导致拥堵,尤其是上下班的人流高峰时期,将会导致楼层的拥挤,或者遇到遭到停电和修理的问题,上下楼就显得非常麻烦;

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  拥挤的电梯

  高楼内部分布着大量的电线电缆,装修中难免也会使用一些可燃性材料,一旦发生火灾,由于楼层过高,施救难度也会增加数倍。并且消防部门的云梯只有100米,可以想象,100层的巨大高度下,消防官兵根本难以灭火,同时火灾还会对周遭的建筑物造成严重的影响。

  人类的智慧真是令人感叹不已,如果放在以前,可能纣王都会忍不住“自愧不如”,古书中的摘星楼真实性尚且存疑,然而我们现在已经有了真正可以与星辰“并肩”,与飞云同游,俯瞰万里河山的“摘星楼”了。

  对于那些林立的庞然大物来说,人类的身影无比渺小,人类的存在也微乎其微。但是这一座座直插云端的高楼大厦,是人类一点一点亲自搭建出来的,是人类一步一步拼凑而成的。

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  高楼

  风能轻易地吹倒积木,却无法吹动伫立的百层大楼。底座的钢筋混凝土是人类智慧的产物,有着巨大的承重力,是人类根据计算和试验,创造出来的“手臂”。也正是有了这些,我们才能建造出越来越高的建筑。

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