世界第一高樓哈利法塔的建造者?1 工程概況迪拜哈利法塔是目前世界上最高的建築，由美國SOM公司設計，工程總承包單位為韓國三星，我國江蘇南通六建集團公司承包土建施工，幕牆分别由香港遠東、上海力進、陝西恒遠三家公司承包自2004年9月至2010年1月，總工期為1325d，用工2200萬工時，總造價為15億美元，下面我們就來聊聊關于世界第一高樓哈利法塔的建造者?接下來我們就一起去了解一下吧!

世界第一高樓哈利法塔的建造者

1 工程概況

迪拜哈利法塔是目前世界上最高的建築，由美國SOM公司設計，工程總承包單位為韓國三星，我國江蘇南通六建集團公司承包土建施工，幕牆分别由香港遠東、上海力進、陝西恒遠三家公司承包。自2004年9月至2010年1月，總工期為1325d，用工2200萬工時，總造價為15億美元。

建築總高度為828m；混凝土結構高度為601m；基礎底面埋深為30m；樁尖深度為70m；全部混凝土用量為330000m3；總用鋼量為104000t(高強鋼筋為65000t，型鋼為39000t）。總建築面積為526700m2；塔樓建築面積為344000m2；塔樓建築重量為50萬t；可容納居住和工作人數為12000人；有效租售樓層為162層。

哈利法塔是一座綜合性建築，37層以下是阿瑪尼高級酒店；45~108層是高級公寓，共700套，78層是世界最高樓層的遊泳池；108~162層為寫字樓；124層為世界最高的觀光層，透過幕牆的玻璃可看到80km外的伊朗；158層是世界最高的清真寺；162層以上為傳播、電信、設備用樓層，一直到206層；頂部70m是鋼桅杆（圖1）。

圖1 哈利法塔立面

為保持世界最高建築的地位，鋼結構頂部設置了直徑為1200mm的可活動的中心鋼桅杆，可由底部不斷加長，用油壓設備不斷頂升，其預留高度為200m（圖2）。為此哈利法塔始終不宣布建築高度。到2009年底，确認5年内世界各國都不可能建成更高的建築，才最後确定828m的最終高度。2010年1月4日，哈利法塔舉行了開幕式，正式宣布建成（圖3）。

圖2 頂部可升高的鋼桅杆

圖3 哈利法塔燈光

2 建築設計

哈利法塔的建築理念是“沙漠之花——DesertFlower”，平面是三瓣對稱盛開的花朵（圖4）；立面通過21個逐漸升高的退台形成螺旋線，整個建築物像含苞待放的鮮花。這朵鮮花在沙漠耀眼的陽光下，幕牆與藍天一色，發出熠熠光輝。

圖4 三瓣盛開的沙漠之花

哈利法塔的建築幕牆總面積為13.5萬m2，其中塔樓部分為12萬m2。幕牆總造價約為人民币8億元，約為6000元/m2。哈利法塔很高，風力作用下，上部樓層水平位移較大，将酒店和公寓安排在下部樓層，辦公樓層放在上層，可獲得更好的舒适性。按現在的布局，公寓最高層為108層，最大位移為450mm，辦公最高層為162層，最大位移為1250mm。

3 風洞試驗

為了給主體結構設計和幕牆設計提供技術依據，進行了40次以上的風洞試驗。風洞試驗在加拿大安大略RWDI邊界層風洞進行。風洞尺寸為2.4m×1.9m和4.9m×2.4m。分别進行了剛性模型的力平衡試驗和彈性模型的多自由度試驗。按50年一遇的風力，做了風壓分布、風環境（圖5）、風氣候等方面的研究。模型測點為1140個。

剛性和氣彈性整體模型為1/500，局部風力研究的模型為1/250及1/125。取用了6個主風向：3個翼尖方向和3個凹入方向，試驗表明主控制方向是翼尖風向。

50年一遇風力按55m/s考慮，最大風力在退台附近。最大負風壓為-5.5kPa，最大正風壓為 3.5kPa。

4 結構體系和結構布置

4.1結構體系

“全鋼結構優于混凝土結構，适合于超高層建築”，這是20世紀六七十年代的普遍共識。這個時期大量建造了300m以上的鋼結構高層建築，如1971年建成的紐約世界貿易中心雙塔（412m）、1974年建成的芝加哥西爾斯大廈（442m）。到了20世紀八九十年代，人們發現純鋼結構已不能滿足建築高度進一步升高的要求，其原因在于鋼結構的側向剛度提高難以跟上高度的迅速增長。從此以後，鋼筋混凝土核心筒加外圍鋼結構就成為超高層建築的基本形式。我國如上海金茂大廈（1997年，420m）、台北101（1998年，448m）、香港國際金融（2010年，420m）、廣州西塔（2010年，460m）、廣州電視塔（2009年，460m）、上海環球金融（2009年，492m）、上海中心（2014年，632m），深圳平安保險（在建，680m）等，均無一例外。

哈利法塔作了前所未有的重大突破，采用了下部混凝土結構、上部鋼結構的全新結構體系。-30~601m為鋼筋混凝土剪力牆體系；601~828m為鋼結構，其中601~760m采用帶斜撐的鋼框架。我們可以比較一下：紐約世貿中心純鋼結構，412m處的最大側移為1000mm；而哈利法塔混凝土結構，601m處的最大側移僅為450mm。

即使從哈利法塔本身來看，到混凝土結構的頂點601m處，最大位移僅450mm；到了鋼框架頂點760m處，位移就迅速增大至1250mm；到鋼桅杆頂點828m處，位移就達到了1450mm。所以哈利法塔把酒店和公寓都布置在601m以下的混凝土結構部分；而将601m以上的鋼結構部分作為辦公樓使用。

4.2結構布置

采用三叉形平面可取得較大的側向剛度，降低風荷載，有利于超高層建築抗風設計。同時對稱的平面可保持平面形狀簡單，施工方便。

整個抗側力體系是一個豎向帶扶壁的核心筒。六邊形的核心筒居中；每一翼的縱向走廊牆形成核心筒的扶壁，共6道；橫向分戶牆作為縱牆的加勁肋；此外，每翼的端部還有4根獨立的端柱。這樣一來，抗側力結構形成空間整體受力，具有良好的側向剛度和抗扭剛度（圖6）。

中心筒的抗扭作用可模拟為一個封閉的空心軸，由3個翼上的6道縱牆扶壁而大大加強；而走廊縱牆又被分戶橫牆加強。整個建築就像一根剛度極大的豎向梁，抵抗風和地震産生的剪力和彎矩。由于加強層的協調，使端部柱也參加抗側力工作。

4.3豎向布置

豎向形狀按建築設計逐步退台，剪力牆在退台樓層處切斷，端部柱向内移。分段步步切斷可使牆、柱的荷載平順地逐漸變化，同時也避免了牆、柱截面突然變化給施工帶來的困難。全高21個退台要形成優美的塔身寬度變化曲線，且要與風力的變化相适應。

建築設計在豎向布置了7個設備層兼避難層，每個設備層占二三個标準層。利用其中的5個設備層做成結構加強層（圖7）。加強層設置全高的外伸剪力牆作為剛性大梁，使得端部柱的軸力形成大力矩抵抗側向力的傾覆力矩。而且，剛性大梁調整了各牆、柱的豎向變形，使得它們的軸向應力更均勻，降低了各構件徐變的變形差。

圖7 五個結構加強層

5結構設計和結構分析

5.1混凝土結構設計

混凝土結構設計按美國規範ACI318-02進行。

混凝土強度等級：127層以下為C80；127層以上為C60。C80混凝土90d彈性模量為43800N/mm2，采用矽酸鹽水泥，加粉煤灰。

進行了構件截面尺寸的仔細調整以減少各構件收縮和徐變變形差。原則上使端柱和剪力牆在自重作用下的應力相近。由于柱和薄的剪力牆收縮較大，所以端柱的厚度與内牆相同，取600mm。設計時盡量考慮構件的體積與表面積的比值接近，使各構件的收縮速度接近，減少收縮變形差。

在立面内收處，鋼筋混凝土連梁要傳遞豎向荷載（包括徐變和收縮的效應），并聯系剪力牆肢以承受側向荷載。連梁按ACI318-02附錄A設計，計算圖形為交叉斜杆。這個設計方法可使連梁高度降低。

樓層數量多，壓低層高有很大的意義。标準層層高為3.2m，采用無梁樓闆，闆厚為300mm（圖8）。

5.2鋼結構設計

601m以上是帶交叉斜撐的鋼框架，它承受重力、風力和地震作用。鋼框架逐步退台，從第18級的核心筒六邊形到第29級的小三角形，最後隻剩直徑為1200 mm的桅杆。這根桅杆是為保持世界第一建築高度而專門設計的，它可從下面接長，不斷頂升，預留了200m的上升高度（圖9）。

所有外露的鋼結構都包鋁闆作為裝飾。鋼結構按美國鋼結構協會AISC《鋼結構建築荷載和抗力系數設計規範》進行設計。

5.3結構分析

結構分析采用ETABS8.4版，考慮了重力荷載（包括P-D二階效應）、風荷載和地震效應。建立三維分析模型，包括鋼筋混凝土牆、連梁、闆、柱、頂部鋼結構、筏闆和樁。

分析模型共73500個殼元、75000個節點。分析參數如下。

（1）風力：50年一遇，55m/s，風壓按風洞試驗取值;

（2）地震：按美國标準UBC97的2a區，地震系數為0.15，相當于我國8度設防;

（3）溫度：氣溫變化範圍為2～54℃。

分析結果表明，在50年一遇風力作用下，結構水平位移:828m頂部處為1450mm，辦公層頂部處為1250mm，公寓層頂部處為450mm。這個位移值低于通用的标準，符合設計的要求。動力分析得到各振型和周期：T1=11.3s（X向），T2=10.2s（Y向），T5=4.3s（扭轉）。

内力分析表明，鋼筋混凝土塔樓部分地震力不起控制作用；但裙房和頂部鋼結構處，地震内力對設計有作用。

6長期荷載分析和施工過程分析

6.1超高建築豎向荷載的時間和過程效應

通常采用線性有限元分析豎向荷載下的牆、柱内力和位移。随高度增加，這種分析方法會偏離真實情況。因為長期過程，即與時間相關的施工順序、徐變、收縮都會引起内力重分布，而且豎向荷載還産生水平側移，這些采用常規分析是不可能的。

哈利法塔設計中對這些因素進行了詳細的分析。分析采用了GL2000（2004）模型，考慮了鋼筋的影響，也考慮了施工過程。

6.2施工過程分析

施工全過程分成15個階段，采用三維模型進行分析，同時也考慮了收縮和徐變。每個模型都代表施工過程的一個時間點，施加當時所增加的新荷載。到施工結束，分析還延續到50年後。

6.3補償技術

施工過程中兩個方向的平移應根據計算結果予以補償、校正；豎向壓縮則每層的層高應增加一個補償值。中心筒在施工過程中會産生偏心，偏心調整應每層進行，可以通過糾正重力荷載産生的側移（彈性位移、基礎底闆沉降差、徐變、收縮）來補償。

6.4豎向縮短

結構豎向壓縮每層平均為4mm，整座建築的頂點為650mm。這個縮短通過每層标高的調整來補償。

由于收縮和徐變，鋼筋混凝土豎向構件的内力會在鋼筋和混凝土之間重新分配。由于要求兩者應變相同，混凝土分擔的内力會逐漸減少，而鋼筋的内力會相應增加。哈利法塔第135層的牆、柱中鋼筋與混凝土的内力比會從15%，85%變為30%，70%。

7地基和基礎

采用摩擦樁加筏闆聯合基礎（圖10）。

圖10 樁筏聯合基礎

7.1地基

地基為膠結的鈣質土和含礫石的鈣質土。天然地基土與混凝土樁的表面極限摩擦力為250~350kPa。

7.2樁

194根現場灌注樁，長度約43m，直徑為1500mm。樁的設計承載力為3000t。現場進行了壓樁試驗，最大壓力為6000t，樁尖深度為70m。

迪拜地下水有腐蝕性，氯離子濃度為4.5%，硫為0.6%。因此樁采用C60混凝土，加25%粉煤灰和7%矽粉；水灰比為0.32，坍落度為675mm。

7.3筏闆

筏闆厚度為3.75m，采用C50自密實混凝土（SCC），加40%粉煤灰，水灰比為0.34。在現場進行了坍落度和流動性試驗。

鋼筋間距雙向為300mm，但在每一個方向每隔10根鋼筋取消1根鋼筋，形成600mm×600mm的無鋼筋洞口，便于澆築混凝土。為了研究澆灌工藝和控制溫升的措施，在現場制作了邊長為3.75m的實大立方體。

為減弱地下水的腐蝕作用，底闆鋪設了一層钛絲編織的陰極保護網。

筏闆連同樁、周邊土體進行了三維有限元分析。分析指出，基礎長期沉降為80mm，施工到135層時沉降為30mm。工程完工後，實測沉降為60mm。

8施工

8.1混凝土配合比

豎向結構混凝土要求10h強度達到10MPa以保證混凝土施工能正常循環。最終強度達到80MPa（127層以下）和60MPa（127層以上），C80混凝土的彈性模量為44000MPa。混凝土還要有好的和易性，有适合于600m泵送高度的坍落度。

迪拜冬天冷，夏天氣溫則在50℃以上，所以不同季節要調節混凝土的強度增長率及和易性損失值。

8.2混凝土的超高度泵送

哈利法塔創造了混凝土單級泵送高度的世界記錄-601m。達到這個空前高度的最大困難是混凝土的配合比設計。采用了4種不同的配合比以便能用較小的壓力把混凝土送到不同的高度。

2005年4月進行了一次水平泵送試驗，泵送壓力與送到600m高度的壓力相同。試驗确認了泵送600m高度的可行性，并實測了摩擦系數，泵送壓力為20MPa。

所用的泵送混凝土含13%粉煤灰和10%的矽粉。集料最大粒徑為20mm；自密實，坍落度為600mm。

采用了3台世界上最大的混凝土泵，壓力可達35MPa。配套直徑為150mm的高壓輸送管。

8.3模闆和混凝土澆築

整個基礎筏闆混凝土接近45000m3，按中心部分和3個翼闆分成4段澆築，每段相隔24h。

上部結構的牆體用自升式模闆系統（圖11）施工，端柱則采用鋼模施工，無梁樓闆用壓型鋼闆作為模闆。首先澆築中心筒及其周邊樓闆，然後澆築翼牆及相關樓闆，最後是端柱和附近樓闆（圖12）。

圖11 自升式模闆系統

圖12 牆體混凝土澆注

8.4施工監測

本工程高達828m，施工測量控制成為突出的問題。現有的測量手段無法滿足要求。本工程施工采用了全球衛星定位系統GPS控制施工全過程的精度。

迪拜哈利法塔以828m的超高度，52萬m2的巨大建築面積，給我們提供了豐富的設計和施工經驗。随着國内632m的上海中心、680m的深圳平安保險大廈等一批600m以上建築即将設計施工，我國的高層建築技術将會提高到一個新的水平。

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