迪拜的哈利法塔和中国的上海中心大厦,两座世界上最高的摩天大楼,以其惊人的高度和重量,成为了人类建筑史上的壮举。哈利法塔高达828米,共162层,重量超过50万吨;而上海中心大厦则总高632米,共127层,重量高达80万吨,为世界第二高。然而,这些重量动辄数十万吨的大楼,其承重柱为何能屹立不倒,不会被压塌呢?
以我国的上海中心大厦为例,大厦自重约80万吨,相当于72座埃菲尔铁塔的重量。支撑这个庞然大物的,是955根承重柱,每一根都能承载1000吨的重量。那么,这些如此巨大的承重柱是如何制作的呢?
在惯性思维中,我们可能会认为柱子越粗,承重能力越好。但实际上,太粗的柱子反而有其自身的弊端。因为在制造承重柱时,需要先建好钢筋笼,随后往笼里浇筑混凝土,让其自然凝固。横截面过大的柱子在浇灌混凝土后,由于内外温度不均,凝固速度不同,施加压力后柱子会很容易裂开。因此,在柱体无法加粗的情况下,我们可以从材料上考虑。
承重柱能承载多大的重量,不仅与柱子的粗细有关,更重要的是与灌注在其中的混凝土强度有关。根据《混凝土结构设计规范》的规定,混凝土的强度主要有14个等级,从C15到C80,等级越高,抗压能力越强。
以C30为例,C30的混凝土强度就是说,该等级混凝土的承受能力是30兆帕的压力,也就是每平方米能够承受3000吨的压力。对于上海中心大厦这样的高楼,全部采用C30以上的等级,具体根据楼层的高度选择不同的强度等级。例如,浇筑在大楼内部巨型柱中的混凝土,37层以下为C70等级,37~83层为C60,83层以上则为C50的级别。这些高强度等级混凝土的使用,大大加强了承重柱的抗压性和安全性。
但一个大楼的屹立不倒,仅靠承重柱就可以了吗?答案肯定是不行的。要知道,承重柱的下面还有地基,承重柱最后承受的压力,还需要传导给最下面的地基部分。因此,作为最重要的地基部分,不但要挖得深,还要建的稳。
上海中心大厦的地基就打到了地下86米,这个深度相当于28层楼的高度。并且,上海中心大厦还一次性浇筑了一个直径121米,厚度达到6米的圆形钢筋混凝土大底板,面积共有1.12万平方米,大约是1.5个足球场那么大。而混凝土用量则达6.1万立方米,是全世界民用建筑中体积最大的底板。
正是这样一个巨大的底板与近千根的承重柱,一起承载起了上海中心大厦121层主楼的负载,它们被施工人员形象地称为“定海神座”。由此来说,承重柱是“根”,地基就是“本”,只要“根”和“本”都建好了,大楼的建造也就成功了一大半。