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,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。

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第二点就是了,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。

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更多超高层的商业写字办公楼的建成,也是大城市知识型劳动力聚集的一个必然趋势,更多的青壮年在城市当中工作,更多企业在科技新区建立起了自己的商业大厦,将楼层盖得越来越高,一面展示了自身不俗的实力,另一方面吸引更多的人才加入,完成企业的发展蓝图

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?

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人类的慕强心理造就了高楼

这是一件很有意思的事情,因为人性天生就是会仰慕强者,而在古代传说信仰中,不论是中国还是国外,最强的王者永远都是住在天上的神仙。比如中国的玉皇大帝,西方的宇宙之神宙斯。

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。

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许多城市的高楼大都会被当成地标性建筑,代表着整个城市的实力,所以如今每个城市都争先盖起超高层的楼。这些高楼,不仅仅代表的是建筑技术的高超,同时也象征着权力和金钱。人们总会有,住得越高权势越大的传统认知,虽然高处不胜寒,可是又有谁不想站在巅峰接受仰慕呢?

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。

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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。

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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?

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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

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承重柱又分为了许多种类型,我们知道如今的高楼大厦大多都是用钢筋混凝土盖成的,因为钢和混凝土有着超高的适配性,所以承重柱也大多都是钢筋混凝土浇筑而成

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”。

柱中轴压比是影响延性的主要因素之一 , 而影响混凝土柱延性的主要原因在于混凝土部分所分担的轴压力。

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

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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

如今建筑学家还在进行各种爆破实验,希望能使得承重柱荷载力进一步的提升,主要的几种方法有增大截面加固法、黏贴纤维复合材加固法、粘贴钢板加固法等等,很明显,除了改变承重柱本来的大小之外,用什么材料进行加固浇筑是其中最重要的,而对于什么与钢筋混凝土再度结合会发生奇妙化学反应的实验,也是各个建筑领域的人才们正在研究探索的事情。

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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。

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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。

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这之后在深圳当地政府的严格监管整顿修缮下,时隔四个月后的九月八日,赛格大厦才恢复使用,具体原因并未披露,可也证明了这类超高层大厦并非绝对安全。

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。

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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!

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结语

改革开放的城镇化发展加速了城市中建立高楼大厦的速度,在考虑利益之前我们则更应该去关注这些高层建筑的安全性能。这些年也在各个建筑学家的不懈努力之下,通过各种研究和方法提高了高层建筑的安全性,向这些默默中保障我们安全的无名英雄致以最崇高的敬意。

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!

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?

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页面更新:2024-04-27

标签:压力   荷载   钢筋混凝土   地基   多层   高楼   中国   混凝土   高层建筑   大楼   高层   大厦   结构   建筑   更多   国家   城市   旅游

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