おもしろい事実: 建物はどれくらいの高さまで建てられるのでしょうか?理論上は20,000メートルだが、現実的には1,000メートルを超えるのは難しい

2021年現在、世界で最も高い20の超高層ビルのうち11棟が中国にあります。私たちは誇りを感じると同時に、建物はどれくらいの高さまで建てられるのだろうかという疑問も抱いています。

現在、中国で最も高い超高層ビルは上海タワーで、118階建て、総高さは632メートルです。世界を見渡すと、現在最も高い建物はドバイのブルジュ・ハリファ（ドバイ・タワーとも呼ばれる）です。建物は合計162階建てで、高さは828メートルです。これらの高層ビルは地上から見ると非常に壮観に見えますが、データによると、高さはまだ 1 キロメートルを超えていません。何故ですか？人間の技術では、まだこれ以上高い建物を建てることができないのでしょうか?

すべての物には限界があり、建物の高さも例外ではありません。

地球上で最も優れた建築家は誰でしょうか?もちろんそれは地球そのものであり、山々はこの建築家が建てた高層ビルです。地球上で最も高い山はどれですか？ヒマラヤ山脈の最高峰であるエベレストの高さは8,848メートルであることは誰もが知っています。これは人間が建てた高層ビルよりもはるかに高いが、それでも10,000メートルの壁を突破していない。地球上に1万メートルを超える山が存在しないのは偶然ではなく、避けられない理由がある。惑星上の山がどれだけ高く到達できるかは、重力という一つの要因と密接に関係しています。

重力のせいで、山が高ければ高いほど質量が大きくなり、したがって山の底全体が耐えなければならない圧力も大きくなります。圧力が山の土台が耐えられないほど高くなると、山は崩壊します。

このことから、惑星の重力が小さいほど、山の理論的な高さは高くなることがわかります。これは、私たちの隣の火星を見るだけでわかります。火星の重力は地球の約3分の1なので、火星には高さ1万メートルを超える山がたくさんあります。最も有名なものの一つは、標高21,000メートルを超えるオリンポス火山です。

では、地球上の山の理論上の高さはどれくらいでしょうか?

科学者たちは計算し、20,560メートルという数字を導き出した。ただし、山の高さは重力の影響を受けるだけでなく、周囲の環境とも密接に関係しているため、このデータはあくまで理論上のものです。たとえば、地球のように大気が濃い惑星では、風、雨、外部からの浸食、そして地球自体の内部運動が山の高さに悪影響を及ぼします。これらすべての要素を考慮すると、10,000メートルを超えることは非常に困難です。自然にできた山が高さ10,000メートルを超えることは難しい。一方、現在の人類の技術では、高さ1,000メートルを超える建物を建てることは非常に困難です。

人工の建物が1キロメートルの壁を破るのを妨げる主な要因は、構造強度です。

山と同じように、建物が高くなるほど、底部にかかる圧力が大きくなり、構造強度に対する要求も高くなります。しかし、現在の人類の技術レベルでは、数キロメートルの高さの建物の出現を支えることは困難です。また、自然が作った山であれ、人間が作った建物であれ、それらには共通の特徴があり、それは下部が広く上部が狭いことです。これもプレッシャーを分散するためです。上部と下部の幅が同じであれば、過度の圧力により下部が潰れてしまいます。つまり、建物が高ければ高いほど、土台も大きくなります。

つまり、1万メートルの高さのビルを建てたい場合、単に1万メートルの高さのビルを積み重ねるだけでは不十分なのです。代わりに、何千もの何千メートルもの高さの建物が必要になります。非常に広い面積を占めるだけでなく、コストも耐えられないほど高くなります。

さらに、建物が高くなるほど、不安定になります。過度の揺れによる建物の倒壊を防ぐためには、上部の風防ダンパーの質量もそれに応じて増やす必要があります。理論的には、風ダンパーが効果を発揮するには、その質量が建物の少なくとも 1 パーセントである必要があります。上海タワーを例にとると、その頂上にある風ダンパーの質量は1,000トンに達します。建物をさらに高くして質量をさらに増やすと、風ダンパーの質量も増やさなければならず、これも技術的な問題です。つまり、理論的には地球上の建物は 20,000 メートルを超える高さまで到達できますが、現実的には、人間が 1 キロメートルの高さの建物を建てることは困難です。高さ1万メートルの建物の前では、建築家である自然でさえ無力です。