100多层高的大楼,承重柱为何不会被压垮?其能够承受多少压力?
中国作为世界第一人口大国,在建国之初就遭遇了两大困难。一是吃,当时人口众多,一个家庭中三四个孩子,多的甚至有七八个,却没有那么多粮食吃,遭遇旱灾虫灾时更是造成了饥荒,饿死了许多人。后来国家将土地分给人民,这一情况才得到改善。
第二点就是住了,住和吃一样同属于生活基本需求,那时候大多数人住着土块砌成的低矮平房,面积很小的同时也不安全。如今在国家经济飞速发展之下,顺应时代需求的高楼大厦纷纷建了起来,高层住宅让人们居住得更加的舒适,选择也更多,城市的面貌与十年之前对比起来焕然一新。
今天我们就来一起了解一下,为什么100多层高耸入云的楼不会被压垮,而稳稳支撑它的结构——承重柱,到底是什么呢?
人类的慕强心理造就了高楼
这就让人们对高处充满了向往,因为那里住着无所不能的神仙,他们还能长生不老。在这种思想的影响之下,人们将盖起高楼视为更加贴近信仰的一种方式,所以会建许多的塔类建筑。
中国古代有记载历史的最高的塔,是河南洛阳的永宁塔,据记载它有九层之高,放在现在固然不算高,可是在科技不发达的古代,也算是壮举了。而国外的诸如金字塔这类历史久远的,近一点的埃菲尔铁塔,或者是中世纪贵族的城堡都是明显的高楼。
建筑结构中的重要组成部分
大家小时候应该都玩过积木,想要堆起一个积木大厦,首先就要打好地基,确保底层是稳固的。盖房子其实也是同理,要先将地基打牢,才能向上继续盖。而建筑结构中最为重要的除了地基之外,就是承重结构了。
承重结构分为了好几个部分,我们常常知道的就是承重墙、承重柱,其实还有承重梁、框架柱、楼板等重要部分。这些听起来平平无奇的结构真的可以支撑起来百层高楼吗?
其实一切都是有科学依据的,首先就是高层承载压力的方式,也就是荷载,它有一个固定的传递顺序。先从平面面积最大的板开始,从楼板传递到房梁上面,再传递到楼中的一根根承重柱上面。
所以说是有一个承重结构协同合作分担压力,并不是某一个部分单独承受压力,更像是一个集体在分工合作、各司其职,确保楼体的安全。
在这之中的核心,也可以说是如同领导人物的存在,就是我们说的承重柱了,它是接受荷载传递最后一位,也是传递压力过程中承受的力最多,最为重要的一部分。
承重柱的作用
承重柱在承重结构当中的地位不容小觑,所以接下来我们就来深入了解一下承重柱到底是什么,而它的作用是承重,又究竟可以承受多少数值的重量呢?
首先我们可以从人体的角度上,来形象的剖析一下承重柱是什么,其实它很像我们人体当中的脊椎。脊椎是能支撑住我们直立行走的关键,如果脊椎出现问题,人会无法直立上身,也就是瘫痪,虽然其体积不如其他人体组织大,可是作用确很重要。
举完了一个形象的例子之后,大家脑海中就有一个浅显的认知了,接下来我们就是用术语来介绍一下承重柱。承重柱,顾名思义其实就是一根柱子,但是它不是那种上下一样的规则椭圆形柱子,而是越往地基的位置越粗。
因为我们都清楚,受力面积越大承受的压力就会越小。而承重柱的这种设计原理,就是逐渐向下,柱子横切面的面积就会越大,就会把荷载压力逐渐分散,使得可以承受住百层楼的巨大压力。
在承受压力的具体数值方面,建筑学当中是有一个专用名词的,叫做“柱中轴压比”。
在建筑学当中有着对这类计算的专用公式,这种有限元计算模型可以准确地计算出可承受的荷载力。比如横切面直径在15厘米并不是很粗的混凝土承重柱,都可以承受将近50吨的重量,才会发生破损和轻微的状况,并未完全地垮塌。
而高层建筑中的混凝土柱是要比这个粗十倍,甚至百倍的,可以承受的压力可想而知,所以以科学的角度而言,我们不用担心百层高楼会突然垮塌,承重柱就是它最坚强的后盾。
超高层永远不会垮塌吗?
前文中我们解释了楼体的承重结构,看起来好像是万无一失的,可是现实中的超高层真的会永远屹立不倒吗?
首先我们可以看一个案例,作为90年代高层的韩国三丰百货,在眨眼间,从五层垮塌,整个建筑顷刻间化为了一片废墟。背后的深层原因,就与承重柱相关。
盖楼的老板因为图便宜省事,虽然不懂得建筑原理,可是却对建筑图纸指指点点。秉承着甲方就是大爷的原则,无奈之下施工单位只好听从他的安排,划掉了设计图纸中原有的数根非常重要的承重柱。
而三丰百货的老板在作死的道路上却一去不回头,本就缺少了许多承重柱的大楼,在计算模型中已经是摇摇欲坠了。他还命令将四台重量数十吨的大型空调安置在了顶楼,这样整个楼体的重量已经远超可承受的荷载。最后酿成了大祸,数以百计的人在那个夏日失去了生命。
除了这件事之外,还有在五月十八日发生的深圳赛格大厦摇晃事件,在现场拍摄的视频当中,楼体摇晃得非常明显,那种岌岌可危的状态就好像是要随时倒塌下来。楼中的办公人员,争相冲下楼,向着空阔的地带跑去。那一刻才真正感觉到,在这种超高层的高楼之下,人类就像可以随意碾死的蝼蚁。
超高层未来的发展趋势
近两年来,国家已经开始用强势的手段介入地产行业,严格限制开发商建筑超高层建筑。可是我们前文才说超高层是城市发展的具体体现,可是国家又怎么会限制呢?
因为上层领导人物已经敏感地察觉到了超高层建筑的弊端。首先就是消防设施无法跟上超高层建成的脚步,比如说一旦起火,楼层过高的位置起火,消防车的高压水枪喷到15-20层就已经到达极限了,那就只能眼睁睁看着大火吞没建筑。
其次就是超高层建筑的维护工作在后期是很难进行的,随着时间的推移,楼里的基础设施会不断地老化。最明显的就是电梯,而电梯的问题如果频繁出现,一是对该楼人员的安全问题产生了威胁,二是楼层低停电或者维修还可以走楼梯上楼,可是超高层的话,等你爬上70楼的时候可能已经下班了。
这些种种原因,使得国家开始干预超高层的建设,许多40层以上的楼盘设计都被否定,不得不说国家对于此事的考量还是非常到位的。不过也没有说在不断地设计创新下,克服了这些弊端后,会实行什么政策,这些我们就只能静观其变了!
结语
此外,我们也期待着,在中国更加迅速发展的今天,我们终有一天跻身世界发达国家之列,更多超高层的出现不仅代表着我们在发展,更代表着我们的实力日新月异!