摩天樓會比金字塔長壽嗎？

今天，埃及金字塔已經佇立了5000多年。它們經歷了地震、風沙侵蝕以及人為破壞，見證撒哈拉從鬱鬱蔥蔥的草原轉變成今天的廣袤沙漠。周圍的自然環境在變化，這裡的文明也不斷變遷，但金字塔依然非常「長壽」。

現在，隨著城市化加劇，我們也正在進入摩天大樓時代。根據世界超高層建築學的新標準，超過300米以上才能叫做摩天樓。如果按照這個規定，那麼世界上第一座摩天大樓應該是竣工於1931年的美國443.7米高的帝國大廈，從竣工到現在，帝國大廈存在的歷史還不到100年。那麼同樣是人類建造的高大建築，現在的摩天大樓能像金字塔一樣，屹立幾千年嗎？

金字塔有先天的理念優勢

埃及金字塔能屹立不倒跟埃及人的設計理念有很重要的關係。埃及人認為人死後將會有永生，所以他們會製作木乃伊保存人的軀體，以方便靈魂辨認。同樣地，他們也會設計一個能永生的墳墓。為了這個目標，埃及人只會挑選那些能夠滿足目標的材料和建築結構。比如他們建造的金字塔面與面之間的角度是51度50分9秒，正好接近自然界中最穩定的角52度角。

很明顯，埃及人對自己的建造能力很自信，許多金字塔的名字前會加上「億億年」的前綴。不過，雖說埃及人自信滿滿，但實際上他們可能並不知道自己在幹什麼，因為從現代設計學家們的角度看，古老的埃及人對物理規律和建築結構的認識非常欠缺，早期的金字塔嚴重過度設計。比如，他們會在金字塔中建造柱，但可能並不知道柱足以支撐屋頂，為以防萬一，他們還會增加額外的牆。奇妙的是，這個知識上的不足，反而成了一個明顯的優勢，這使得金字塔被建造得極為堅固。

埃及金字塔能屹立不倒的另一個原因是工程量龐大。就拿建造於2570年前的胡夫金字塔來說，其建築地基面積幾乎相當於一座人造山，由近600萬噸的固體岩石構成。石灰岩已經在地球上呆了5000萬年，用石灰岩堆起來的建築存在個5000年也就不是什麼難事了。

匆匆竣工的摩天大樓

相比較而言，因為城市發展速度太快，建造的用途是居住，現代摩天大樓的設計目標顯然不可能會是永久存在。普通建築的設計使用年限是50年，在英國，像隧道、橋樑這樣一些交通要道的設計使用年限是150年。在這個理念影響下，摩天大樓的建造就粗糙很多。現在世界上最高的摩天大樓是迪拜塔，高828米，只用了11萬噸混凝土，3.9萬噸鋼材，高度是胡夫金字塔的6倍以上，耗時卻只是它的十分之三。

就像早期金字塔一樣，最早建成的摩天大樓可能是最好的。1945年，一架B-25飛機不幸撞上了帝國大廈，但這座建築並沒有什麼損壞，經過簡單修整後，幾天之內又重新開放。這是因為早在20世紀初，科學家們還在手動計算，所以為了以防萬一，他們會額外增加鋼鐵的使用量。雖然帝國大廈的高度不到迪拜塔的一半，但它的重量比迪拜塔多出了三分之二，所以帝國大廈格外的結實。

建築越高，越危險

正所謂爬得越高，跌得越慘。當今天的摩天大樓建得越來越瘦、越來越高時，除了面臨所有高建築會遇到的像腐蝕、地震等常規風險外，過高的建築還有其他風險。

其中一個危險是風。一般情況下，風撞到物體後無處可去，就會往上推，所以建築物愈高，風速愈高。像迪拜塔那樣的超高建築，在大風中晃動幅度可達1.8米。

其次，還會遇到閃電問題。迪拜塔的所在地阿拉伯聯合大公國，每年有約10次閃電風暴。每一次閃電風暴能產生多達10億伏特的電力，這個電力比核反應堆產生的電力還大，此時迪拜塔就像整個城市的避雷針，每1分鐘左右就會被閃電擊中。

再來對比下金字塔，世界上最高的金字塔是胡夫金字塔，胡夫金字塔塔高146.59米，幾千年的時間裡，風雨只剝蝕了10多米的頂端。而且和世界上現在大多數摩天大樓所處環境不一樣的是，這些金字塔處於乾旱的沙漠環境，受到雨水的衝擊力也小。這樣對比下，摩天大樓似乎就沒法跟金字塔持續一樣久的時間了。

不過，令人慶幸的是，隨著現代科技的不斷進步，摩天大樓所遭遇的風和雷電問題已經得到了很好的解決。

高層的摩天大樓頂端常常看起來像一個藝術品，形狀很不規則，比如迪拜塔的橫截面為「Y」狀十字形設計，其實是在利用不規則的形狀擾亂風向，降低塔受到的風力衝擊。在對付閃電問題上，人們也用到了最先進的科技。迪拜塔的每一根鋼筋，每一個窗框，一直到地基都由電氣連通，形成建築表面的防雷網。金屬樑柱構成的防雷網，就像「金鐘罩」一樣保護著建築本身。這個網與主體結構的防雷系統可靠連接，通過主體結構的防雷導線將雷電引入地下，所以在多次被雷擊後，外面的幕牆都不會受到損壞。

地震、火災、雨水的影響

此外，歷史上著名的建築大都難逃火災和地震這兩個宿命，所以，我們不妨在這兩個最致命因素上做一番比較。

在20世紀30年代，世界上100個最高建築中有96個採用的是純鋼結構。這種結構很輕，但同時太柔，在大風作用下，容易位移，而且鋼材抗火性能較差，當溫度達到幾百攝氏度時，鋼結構就立即失效，產生連續倒塌效應，紐約世貿雙子塔就是這樣倒塌的。今天，大多數摩天樓採用的都是混凝土鋼筋，用混凝土把鋼結構包起來，形成所謂「鋼筋混凝土結構」，這種結構結合了金屬的抗張強度與岩石的抗壓抗火能力。現在的摩天樓一般採用分區建造，十幾層做一個分區，以此來隔斷空間的連續性，防止垂直空間中，火勢急速向上蔓延。

埃及金字塔的建築材料則有四個來源：石灰石、石灰、水和泥。這些材料一起反應形成化學膠，黏住了10%的岩石，剩餘90%的岩石經過人們鑿過之後完美地嵌套在一起。這種方式結構單一，卻能夠很好地防火。

那麼，在抗地震方面，金字塔和摩天樓誰的表現更好呢？

結構上，抗震能力從強到弱依次為：鋼結構、鋼筋混凝土結構、砌體結構。像金字塔這樣的岩石類建築強度雖高但韌性很差，考慮到體積龐大，高度更低，可能更扛不住地震，公元1300年一次強烈的地震曾震鬆了胡夫金字塔的大部分表層外包石塊。而現代摩天大樓的鋼筋混凝土結構，抗震能力明顯技高一籌。而且，現在建築物在建設時都會避免地震頻發地帶，還會裝上減震的阻尼器，這使得摩天大樓抗震能力更強。

那麼，今天的摩天大樓會和金字塔持續一樣久的時間嗎？

很可能會。因為現在的建築材料比過去都先進。當保持乾燥時，鋼筋混凝土的建築也許可以永遠存在下去。但如果在降雨頻繁的地區，水會慢慢與石灰石水泥發生化學反應，沖走這些水泥，讓鋼筋生綉。不過，金字塔要是也處於多雨水、多地震帶的地區，情形也好不到哪去。乾燥的沙漠環境和地震不頻發也是金字塔存在的一個重要原因，處於沙漠地帶的胡夫金字塔在4570年的時間裡也才經歷了3次地震。

所以，如果能精心維護，再加上科技不斷地發展，摩天樓將有可能和金字塔存在一樣久的時間。換句話說，如果人類不推倒摩天大樓，它們就不會倒，而這些堅固的高層建築將在未來，成為見證我們這個時代文明的奇蹟。

本文源自大科技*百科新說 2016年第11期雜誌文章、歡迎廣大讀者關注我們大科技的微信號：hdkj1997

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