哈利法塔（Burj dubai tower）坐落于土豪遍地的迪拜，建筑高度829.8米。

先來(lái)提個(gè)神，看看哈利法塔的真容：

知道嗎？

你的手指剛剛劃過(guò)了

829.8米！

哈利法塔——這個(gè)矗立在土豪之城阿聯(lián)酋迪拜的巨型建筑物，2004年開(kāi)始動(dòng)工，到2010年建成開(kāi)放，高度達(dá)到了令人發(fā)指的829.8米！??！在已經(jīng)建成的高樓中，是頭一名的大高個(gè)。據(jù)說(shuō)我們的土豪朋友們是想用這么一個(gè)全球無(wú)敵的高樓，來(lái)告訴大家：

俺再也不是一手沙子一手石油的土豪了！

俺是要成為海賊王……

哦不對(duì)……

是要成為世界金融中心的男人?。。?/span>

但八百多米高，只是這么一說(shuō)的話，可能大家沒(méi)有比較直觀的概念，那我們來(lái)打個(gè)比方：要是把哈利法塔躺倒平放在地上，你從塔底走著去塔尖，正常速度的話，大概得花10-11分鐘！如果你還是沒(méi)概念，那還記得體育課上的男生一千米，女生八百米測(cè)試不？這下有感覺(jué)了吧？

下圖是迪拜的衛(wèi)星圖，大家可以隨意感受一下。

哈利法塔是目前世界上最高的建筑及人造構(gòu)筑物，建筑理念是“沙漠之花”以及伊斯蘭螺旋尖塔。

下面首先通過(guò)一組數(shù)字了解一下我們今天的主角。

10

哈利法塔共有57部電梯，這個(gè)世界上最高的電梯系統(tǒng)可以承重5500公斤，速度達(dá)10米/秒。

15

哈利法塔總造價(jià)15億美元。

95

在95公里外你任然能看到高高聳立的哈利法塔。所以在迪拜，你不會(huì)迷路，哈利法塔就是你尋找方向的最好參照物。

124

哈利法塔是全球最高建筑，從第124層開(kāi)始到最頂端，相當(dāng)于埃菲爾鐵塔的高度。而從底端到124層的高度，則相當(dāng)于馬來(lái)西亞的雙子塔高度。

828

哈利法塔總高828米，共160層，臺(tái)階總數(shù)2909級(jí)（泰山約6000級(jí)）。

4000

哈利法塔由SOM設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)圖紙達(dá)到4000張，深化圖紙的數(shù)量要比設(shè)計(jì)圖紙多出10倍。

10萬(wàn)

哈利法塔的總重量達(dá)到50萬(wàn)噸，相當(dāng)于10萬(wàn)頭大象。

30萬(wàn)

哈利法塔塔樓建筑面積約30.9萬(wàn)平，最多能容納3.5萬(wàn)名參觀者，相當(dāng)于一個(gè)小鎮(zhèn)的人口。

下面小編將以結(jié)構(gòu)工程師的視角，為大家介紹這一超級(jí)工程！

結(jié)構(gòu)體系

上世紀(jì)70年代，F(xiàn)azlur Khan提出并完善了框架筒體、框架-核心筒、桁架筒體、束筒結(jié)構(gòu)體系，使人類建筑能夠以合理的造價(jià)突破400米的高度。而后多年，人類新修建了很多的摩天大樓，基本上都是在Khan體系上的優(yōu)化。

而針對(duì)高達(dá)828米的人類有史以來(lái)的最高建筑，結(jié)構(gòu)工程師提出了新的結(jié)構(gòu)體系——buttressed core（扶壁核心）。

塔樓平面呈三叉形，居中的是由電梯井和樓梯井所組成的核心筒，三支翼由核心筒伸出，任何一翼都以另兩支為扶壁。居中的核心筒用于抗扭，三支翼用來(lái)抗剪與抗彎。

哈利法塔結(jié)構(gòu)平面示意

扶壁核心最早被SOM用于位于首爾的高層住宅樓Tower Palace Ⅲ，建筑共90層，平面呈Y字形，三支翼夾角均為120°，為每個(gè)房間提供絕佳的視角的同時(shí)，也保證了每個(gè)房間的私密性。

Tower Palace Ⅲ建筑平面示意

在首爾Tower Palace Ⅲ項(xiàng)目中，四個(gè)核心筒居中布置，外圍布有框架柱，并在避難層設(shè)伸臂桁架與核心筒相連。除了建筑體型和核心筒形狀外，結(jié)構(gòu)體系與我們熟知的框架核心筒體系極為相似。在設(shè)計(jì)中，Y字形體型對(duì)于抗風(fēng)極為有利，且Y字形核心筒剛度很大，整個(gè)結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度及抗扭剛度，幾乎都可以由核心筒承擔(dān)。這些設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，很快被用于哈利法塔的設(shè)計(jì)。

Tower Palace Ⅲ結(jié)構(gòu)平面示意

從哈利法塔的平面圖中可以看出，一個(gè)六邊形的核心筒居中，用于布置豎向交通。每一翼的縱向走廊墻形成核心筒的扶壁，共6道；橫向分戶墻作為縱墻的加勁肋；此外，每翼的端部還有4根獨(dú)立的端柱。整個(gè)建筑就像一根剛度極大的懸臂梁，抵抗風(fēng)和地震產(chǎn)生的剪力和彎矩。

整個(gè)建筑豎向形狀自下而上逐步退臺(tái)，剪力墻在退臺(tái)樓層處切斷，端部柱向內(nèi)移。橫墻與外框柱均采用9m模數(shù)，這樣逐步退臺(tái)時(shí)，外框柱可直接落在下部橫墻上，全樓無(wú)轉(zhuǎn)換，避免了荷載的突變，及墻、柱截面突然變化給施工帶來(lái)的困難。

在2009年，SOM設(shè)計(jì)高達(dá)1000m的Kingdom Tower時(shí)，繼續(xù)優(yōu)化了扶壁核心的布置。從平面布置圖中可以看出，外框柱已全部取消，豎向結(jié)構(gòu)僅為居中的核心筒，三支扶壁剪力墻延伸到每支翼的端頭，樓面結(jié)構(gòu)均由核心筒上懸挑而出。

Kingdom Tower結(jié)構(gòu)平面示意

小編在項(xiàng)目中也未曾用過(guò)扶壁核心，所列內(nèi)容也來(lái)自于SOM相應(yīng)論文資料，如有做過(guò)相應(yīng)項(xiàng)目的讀者，也歡迎文末討論。

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

哈利法塔601m以下采用混凝土結(jié)構(gòu)，601~828m采用鋼框架支撐體系。風(fēng)荷載作用下，混凝土結(jié)構(gòu)頂點(diǎn)601m處，最大位移450mm。鋼桅桿頂點(diǎn)828m處，最大位移1450mm。因此，對(duì)舒適度要求較高的酒店和公寓，均布置在601m以下的混凝土結(jié)構(gòu)部分，而601m以上則做辦公使用。

混凝土強(qiáng)度等級(jí)：127層以下為C80；127層以上為C60。設(shè)計(jì)時(shí)使端柱和剪力墻在自重作用下的應(yīng)力相近，以減少因?yàn)樾熳冊(cè)斐傻闹c墻的內(nèi)力重分布。標(biāo)準(zhǔn)層層高為3.2m，樓面體系為厚板，板厚為300mm。

結(jié)構(gòu)分析采用ETABS，考慮P-D效應(yīng)。風(fēng)荷載取50年一遇，風(fēng)速55m/s（按荷載規(guī)范附錄換算基本風(fēng)壓約1.9KN/m2）。地震作用按美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)UBC97的2a區(qū)，地震系數(shù)為0.15，近似相當(dāng)于我國(guó)7度（0.15g）設(shè)防。溫度變化范圍為2～54℃。

結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性：T1=11.3s(X向)，T2=10.2s(Y向)，T5=4.3s(扭轉(zhuǎn))。內(nèi)力分析表明，鋼筋混凝土塔樓部分為風(fēng)控，地震力不起控制作用。

結(jié)構(gòu)抗風(fēng)

哈利法塔在設(shè)計(jì)過(guò)程中共進(jìn)行了40余次風(fēng)洞試驗(yàn)，大部分模型采用1:500，但同時(shí)也做了1:250整體模型，及1:50高區(qū)模型等大尺度風(fēng)洞模型。

結(jié)構(gòu)有6個(gè)主風(fēng)向角，分別對(duì)應(yīng)3個(gè)翼尖方向 和3個(gè)凹入方向，試驗(yàn)表明翼尖方向?yàn)轱L(fēng)荷載最小風(fēng)向角，凹入方向?yàn)轱L(fēng)荷載最大風(fēng)向角。因此在考慮建筑平面擺放時(shí)，將翼尖方向朝向場(chǎng)地主風(fēng)向，有效地降低結(jié)構(gòu)風(fēng)荷載。

對(duì)于超高層建筑，橫向風(fēng)振作用極為明顯。因此，在哈利法塔的設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)師通過(guò)控制退臺(tái)的立面位置，使三支翼的退臺(tái)在各個(gè)標(biāo)高均不重合，從而擾亂風(fēng)場(chǎng)的漩渦脫落，使之不能形成對(duì)結(jié)構(gòu)一致的激勵(lì)，從而有效降低橫向風(fēng)振作用。

經(jīng)過(guò)計(jì)算分析和試驗(yàn)驗(yàn)證，哈利法塔在風(fēng)荷載及地震作用下的舒適度均在規(guī)范允許范圍內(nèi)，因此未設(shè)附加阻尼。

基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

哈利法塔采用樁筏基礎(chǔ)。194根鉆孔灌注樁，長(zhǎng)度約43m，直徑1500mm，承載力特征值約30000KN。與之相比，上海中心也使用鉆孔灌注樁，樁數(shù)947根，樁長(zhǎng)約56m，樁徑1000m，單樁承載力10000KN。

筏板采用C50混凝土，厚度3.75m，筏板混凝土方量12500m3?；A(chǔ)長(zhǎng)期沉降80mm，工程完工后，實(shí)測(cè)沉降為60mm。

幕墻設(shè)計(jì)

哈利法塔的建筑幕墻總面積為13.5萬(wàn)m2，相當(dāng)于17個(gè)足球場(chǎng)面積。采用單元式幕墻，幕墻總造價(jià)約為人民幣8億元，約為6000元/m2。

玻璃為中空玻璃，超白玻璃外片鍍銀灰反射膜，內(nèi)片鍍Low-E膜?？梢?jiàn)光透射率20%，綜合熱透射率16%。鋁型材主要采用6063-T5，6063-T6，表面氟碳噴涂。

塔樓設(shè)置了18臺(tái)擦窗機(jī)和固定伸臂，其外伸長(zhǎng)度可達(dá)10~20m，這些設(shè)備不用時(shí)可以隱藏起來(lái)。18臺(tái)設(shè)備和36個(gè)工人，全部清洗一遍大樓需要2~3個(gè)月?？紤]到沙漠的驕陽(yáng)與沙塵，小i估計(jì)大樓需要常備幾十個(gè)工人一年到頭擦玻璃（手動(dòng)滑稽臉）。

項(xiàng)目建造

哈利法塔的施工單位是三星物工建造。對(duì)，就是那個(gè)韓國(guó)造手機(jī)的三星，它曾經(jīng)承建過(guò)臺(tái)北101、馬拉西亞雙子塔等超高層建筑。

哈利法塔創(chuàng)造了混凝土單級(jí)泵送高度的世界記錄——601m。達(dá)到這個(gè)空前高度的最大困難是混凝土的配合比設(shè)計(jì)。施工單位采用了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。采用了3臺(tái)世界上最大的混凝土泵，壓力可達(dá)35MPa，配套直徑為150mm的高壓輸送管。

小編隨想

現(xiàn)今世界上一大半超高層在亞洲，亞洲一大半又在中國(guó)。我國(guó)超高層設(shè)計(jì)與建造事業(yè)近十年得到了蓬勃發(fā)展，而且近兩年勢(shì)頭仍然未減。但小i試著查了一下我國(guó)原創(chuàng)設(shè)計(jì)的超高層項(xiàng)目，發(fā)現(xiàn)武漢中心高438m（88 層）是迄今為止原創(chuàng)設(shè)計(jì)的最高建筑，由華東建筑設(shè)計(jì)研究院設(shè)計(jì)。與我國(guó)龐大的超高層總量相比，仍顯相形見(jiàn)絀。

作為結(jié)構(gòu)工程師，每天都在為人民的身命財(cái)產(chǎn)安全默默耕耘，可能絕大部分一輩子也接觸不到如哈利法塔這樣的超級(jí)工程?？墒莾?nèi)心都著追求高！更高！再高的沖動(dòng)，因?yàn)槲覀兪墙Y(jié)構(gòu)工程師。

參考資料：

1 The challenges in designing the world’s tallest structure: the burj dubai tower. William F. Baker, James J. Pawlikowski, Bradley S. Young.

2 Higher and Higher: the evolution of the buttressed core. William F. Baker, James J. Pawlikowski.

3 Brief on the construction planning of the burj dubai project. Ahmad Abdelrazaq.

4 Burj Khalifa. Carolina berkheimer-lubeck.

5 世界最高建筑“哈利法塔”結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工. 南辰47347

6 迪拜哈利法塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及健康監(jiān)測(cè). 無(wú)損檢測(cè)NDT

7 詳解迪拜為什么能建第一高樓，哈利法塔幕墻結(jié)構(gòu)分解. 聯(lián)合幕墻網(wǎng)