Sears tower (摩天大廈發源地篇)

今日繼續講有關摩天大廈的事情, 但繼續下去之前便一定需要提一位改變了世界的建築 – Mies van der rohe. 這位德國藉的建築師可以說是摩天大廈的始祖, 他對人類的貢獻絕不簡單, 我和你都是生活在他的設計模式下生活.

大家知道混凝土是受壓力強(good in compression), 但拉力弱( weak in extension), 所以需要配合鐵筋來加強拉力, 而奇妙地混凝土和鋼鐵的熱漲泠縮程度是完全一樣的, 因此混凝土和鋼鐵可以共同使用而沒有問題, 所以對工程界來說鐵筋和水泥是上帝給予人類的一份大禮物.

另一種常用的建築材料便是工字鐵, 工字鐵的受壓力和拉力都很強而且比混凝土輕一點, 所以巴黎鐵塔和東京鐵塔都是用工字鐵作為主要材料, 但壞處是耐火度低. 鋼鐵大約在600度左右, 鋼的硬度便會減少一半. 但火場一般都會有1800度的高溫, 因此便需要加上一層混凝土作為保護, 因為混凝土要在2000度左右才會燒熔.

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Mies van der rohe對人類最大的貢獻便是自創了在摩天大廈中使用了鋼結構並配合混凝土作樓板和加強耐火度之用, 並且他應該是第一代建築師發明把電梯槽放在摩天大廈中間, 而由於電梯槽需要一定厚度的混凝土牆作耐火度的保護, 這樣500mm左右厚的混凝土牆亦同樣作為結構的主要部份, 而柱便放在四周來支撐樓板.

這一個模式在1948年左右由Mies van der rohe 發明之後, 一直沿用至今. 現在接近香港所有的商業大廈都是在這個模式下演進,  Sear tower 當然都在這個模式下發展下去. 由於Mies van der rohe所設計的商廈主要都在Chicago, 因此chicago便亦因此成為摩天大廈發源地.

至於Sears tower 的設計理念其實很簡單, 就是一個正方形的地盤分成9格, 然後逐一拉高某一個層數, 所以Sears tower的外形是好像一個正方盒組合而成的.

另外, 摩天大廈的其中一個最大的敵人便是風力, 在Chicago絕對不能少看這個因素, 因為chicago應該是世界上最大風力的一個城市, chicago亦有wind city的稱號, 而香港在風力方面亦不簡單, 在世界上絕對是前列的位置.

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至於超級摩天大廈如何抵擋颱風和地震? 其實我在World trade centre已提及過, 今日再作補充, 當大廈愈高所承受的風力就自然愈強, 因為:

Bending Moment(擺動幅度) = Force(力) x distance(距離/高度)

所以要避免大廈因過度擺動而斷裂的話, 便需要減少大廈擺動的幅度, 地震同樣是因為大廈擺動幅度過大而導致結構損毀, 所以最簡單解決的方法便是加強結構組件來減少擺動幅度.

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                                    台北101大樓的 Damper

另外, 就當然是在屋頂上加Damper, Damper是一個大約數百噸重的混凝土塊, 四邊用彈簧連接, 當大廈在搖動時Damper會移至另一方以減少震動的幅度如上圖示.

大家可以看到昨日的超級摩天大廈很多都是上細下大, 就是希望減少上層的體積來減少擺動的便幅度從而減少對結構和電梯上的要求. 因此香港應該很難出現過100層高的大廈, 因為香港的發展商認為高層的銷售面積比低層更高, 所以高層的出售面積應該盡量擴大, 所以香港的IFC、ICC、中環廣場都只是在高層作少少的修細, 務求令平衡美觀和銷售兩方面, 但這樣少少的修細就不知花了多少時間才可以說服發展商.

就因為發展商不願意做一座上細下大的摩天大廈, 亦不願意為結構作過多的投資所以香港應該不大可能出現超過100層的摩天大廈.

至於  Mies van der rohe的建築將來陸續作補充, 因為他的設計風格很傳奇, 他曾經設計過最不實用的大廈, 亦設計過最實用的大廈.

其實設計摩天大廈大約需要花近一半的時間在設計電梯槽, 為何? 明天分解.