世界最高建筑“哈利法塔”结构设计和施工..

世界最高建筑“哈利法塔”结构设计和施工

摘要：迪拜哈利法塔高度达828m ，是目前世界最高的建筑。这个高度已超越了纯钢结构高层建筑的使用范围，但又不同于内部混凝土外围钢结构的传统模式，在体系上有所突破。由于超高，设计上着重解决抗风设计和竖向压缩、徐变收缩等竖向变形问题。施工上将C80混凝土一次泵送到601m 的高度，创造了一个新的奇迹。

关键词：超高层建筑；混合结构体系；风洞试验；时间过程分析；超高强度混凝土

①工程概况

迪拜哈利法塔是目前世界上最高的建筑，由美国SOM公司设计，工程总承包单位为韩国三星，我国江苏南通六建集团公司承包土建施工，幕墙分别由香港远东、上海力进、陕西恒远三家公司承包。自2004年9 月至2010年1月。总工期为1325d，用工2200万工时，总造价为15亿美元。建筑总高度为828m ；混凝土结构高度为601 m；基础底面埋深为30 m ；桩尖深度为70 m ；全部混凝土用量为330000m，总用钢量为104000t(高强钢筋为65000t，型钢为39000 t)。总建筑面积为526700m；塔楼建筑面积为344000m：塔楼建筑重量为50万t；可容纳居住和工作人数为12000人；有效租售楼层为162层。哈利法塔是一座综合性建筑，37层以下是阿玛尼高级酒店；45~108层是高级公寓，共700套，78层是世界最高楼层的游泳池：108～162层为写字楼；124层为世界最高的观光层，透过幕墙的玻璃可看到80km外的伊朗；158层是世界最高的清真寺；62层以上为传播、电信、设备用楼层，一直到206层；顶部570 m 是钢桅杆。

为保持世界最高建筑的地位，钢结构顶部设置了直径为1200mm的可活动的中心钢桅杆，可由底部不断加长，用油压设备不断顶升，其预留高度为200m。为此哈利法塔始终不宣布建筑高度。到2009年底，确认5年内世界各国都不可能建成更高的建筑，才最后确定828m的最终高度。2010年1月4日，哈利法塔举行了开幕式，正式宣布建成。

②建筑设计

哈利法塔的建筑理念是“沙漠之花——Desert Flower”，平面是三瓣对称盛开的花朵；立面通过21个逐渐升高的退台形成螺旋线，整个建筑物像含苞待放的鲜花。这朵鲜花在沙漠耀眼的阳光下，幕墙与蓝天一色，发出熠熠光辉。

三瓣盛开的沙漠之花—哈利法塔的建筑幕墙总面积为13。5万m2，其中塔楼部分为12万m。幕墙总造价约为人民币8亿元。约为6000元/m2。

哈利法塔很高，风力作用下，上部楼层水平位移较大，将酒店和公寓安排在下部楼层，办公楼层放在上层，可获得更好的舒适性。按现在的布局，公寓最高层为108层，最大位移为450mm，办公最高层为162层，最大位移为1250mm。

③风洞试验

为了给主体结构设计和幕墙设计提供技术依据，进行了40次以上的风洞

试验。风洞试验在加拿大安大略RW DI边界层风洞进行。风洞尺寸为2.4 m x1.9 m 和4.9 mx2.4m。分别进行了刚性模型的力平衡试验和弹性模型的多自由度试验。按50年一遇的风力，做了风压分布、风环境、风气候等方面的研究。模型测点为1140个。风环境试验刚性和气弹性整体模型为1／500，局部风力研究的模型为1／250及1／125。取用了6个主风向：3个翼尖方向和3个凹入方向，试验表明主控制方向是翼尖风向。50年一遇风力按55m／s考虑。最大风力在退台附近。最大负风压为-5.5 kPa，最大正风压为+3.5 kPa。

④结构体系和结构布置

4.1 结构体系

全钢结构优于混凝土结构，适合于超高层建筑”，这是2O世纪六七十年代的普遍共识。这个时期大量建造了300m以上的钢结构高层建筑，如1971年建成的纽约世界贸易中心双塔(412m)、1974年建成的芝加哥西尔斯大厦(442m)。到了20世纪八九十年代，人们发现纯钢结构已不能满足建筑高度进一步升高的要求，其原因在于钢结构的侧向刚度提高难以跟上高度的迅速增长。从此以后，钢筋混凝土核心筒加外围钢结构就成超高层建筑的基本形式。我国如上海金茂大厦(1997年，420m)、台北101(1998年，48m)、香港国际金融(2010年，420m)、广州西塔(2010年，460m)、广州电视塔(2009年，460m)、上海环球金融(2009年，492 m)、上海中心(2014年，632m)，深圳平安保险(在建，680m)等。均无一例外。

哈利法塔作了前所未有的重大突破，采用了下部混凝土结构、上部钢结构的全新结构体系。-30-601m为钢筋混凝土剪力墙体系；601～828m为钢结构，其中601～760m采用带斜撑的钢框架。我们可以比较一下：纽约世贸中心纯钢结构，412m处的最大侧移为1000mm；而哈利法塔混凝土结构，601m处的最大侧移仅为450mm。

即使从哈利法塔本身来看。到混凝土结构的顶点601m处，最大位移仅450mm：到了钢框架顶点760m 处，位移就迅速增大至1250mm；到钢桅杆顶点828m处，位移就达到了1450mm。所以哈利法塔把酒店和公寓都布置在601m以下的混凝土结构部分；而将601m以上的钢结构部分作为办公楼使用。

4.2结构布置

采用三叉形平面可取得较大的侧向刚度，降低风荷载，有利于超高层建筑抗风设计。同时对称的平面可保持平面形状简单。施工方便。整个抗侧力体系是

一个竖向带扶壁的核心筒。六边形的核心筒居中：每一翼的纵向走廊墙形成核心筒的扶壁，共6道；横向分户墙作为纵墙的加劲肋；此外，每翼的端部还有4根独立的端柱。这样一来，抗侧力结构形成空间整体受力，具有良好的侧向刚度和抗扭刚中心筒的抗扭作用可模拟为一个封闭的空心轴，由3个翼上的6道纵墙扶壁而大大加强：而走廊纵墙又被分户横墙加强。整个建筑就像一根刚度极大的竖向梁，抵抗风和地震产生的剪力和弯矩。由于加强层的协调，使端部柱也参加抗侧力工作。

4.3竖向布置

竖向形状按建筑设计逐步退台，剪力墙在退台楼层处切断，端部柱向内移。分段步步切断可使墙、柱的荷载平顺地逐渐变化，同时也避免了墙、柱截面突然变化给施工带来的困难。全高21个退台要形成优美的塔身宽度变化曲线，且要与风力的变化相适应。建筑设计在竖向布置了7个设备层兼避难层，每个设层占二三个标准层。利用其中的5个设备层做成结构加强层。加强层设置全高的外伸剪力墙作为刚性大梁，使得端部柱的轴力形成大力矩抵抗侧向力的倾覆力矩。而且，刚性大梁调整了各墙、柱的竖向变形，使得它们的轴向应力更均匀，降低了各构件徐变的变形差。

⑤结构设计和结构分析

5.1混凝土结构设计

混凝土结构设计按美国规范ACI318—02进行。混凝土强度等级：127层以下为C80；127层以上为C60。C 80混凝土90d弹性模量为43800N／mm2，采用硅酸盐水泥，加粉煤灰。进行了构件截面尺寸的仔细调整以减少各构件收缩