哈利法塔的设计、施工和结构细节

哈利法塔的挖掘工作已经开始最高的摩天大楼在2004年1月，这座建筑通过了许多重要的里程碑，成为世界上最高的人造建筑。哈利法塔自2004年1月开始挖掘工作后，仅用了1325天，就成为了世界上最高的独立建筑。

迪拜塔-现在被称为哈利法塔

迪拜塔的目标不仅仅是成为世界上最高的建筑:它体现了世界最高的愿望。上层建筑已经超过165层。建筑的最终高度是2717英尺(828米)。这座多功能摩天大楼的高度“轻松”超过了之前的纪录保持者——509米(1671英尺)高的台北101大楼。

280000米²(3000000英尺²)钢筋混凝土多功能迪拜塔被用于零售、乔治·阿玛尼酒店、住宅和办公室。与所有超高层项目一样，需要解决复杂的结构工程问题。

结构系统描述

哈利法塔有25至30层的“避难层”，更耐火，并有单独的空气供应以防紧急情况。它的钢筋混凝土结构使它比钢架摩天大楼更坚固。

设计师特意将迪拜塔的混凝土结构设计成“Y”形，以减少塔上的风力，同时保持结构的简单性和可建造性。结构体系可以被描述为一个“支撑”核心(图1、2和3)。每个厢房都有自己的高性能混凝土走廊墙和周边柱子，通过一个六边形中心核心或六边形枢纽支撑其他厢房。其结果是，塔的横向和扭转都非常坚硬。SOM对塔采用了严格的几何形状，使所有共同的中心核心、墙壁和柱子元素保持一致。

建筑的每一层都以螺旋上升的模式向后退。曲折与塔的网格组织，这样建筑的台阶是通过对准上面的柱子和下面的墙壁来实现的，以提供一个平滑的负载路径。这使得施工能够顺利进行，而不会遇到与柱子转移有关的正常困难。

这些挫折是有组织的，这样的塔的宽度在每个挫折改变。踏步和造型的优点是“迷惑风”。风涡永远不会被组织起来，因为在每一个新的层，风遇到不同的建筑形状。哈利法塔和裙楼结构目前正在建设中(图3)，该项目计划在2008年完工。

迪拜塔的建筑设计

迪拜塔位于阿联酋迪拜市，其建筑形式的灵感来源于该地区独特的文化、历史和有机影响。

结构分析和设计事实

中心六角形钢筋混凝土核心墙提供了类似于封闭管或轴的结构的抗扭性。中心六角形墙由翼墙和锤头墙支撑，作为梁的腹板和翼缘来抵抗风的剪切和力矩。

机械楼板上的支撑物允许柱参与结构的横向抗载;因此，所有的垂直混凝土都被用来支撑重力和侧向荷载。墙体混凝土强度为C80 ~ C60立方强度，采用硅酸盐水泥和粉煤灰。

当地的聚合都被用于混凝土混合料配合比设计．结构下部的C80混凝土90天的杨氏弹性模量为43,800 N/mm2 (6,350ksi)。使用虚拟工作优化了墙和柱的尺寸。“La Grange乘数方法产生了非常高效的结构(Baker et ah, 2000)。钢筋混凝土结构按照ACI 318-02建筑规范对结构混凝土的要求进行设计。

壁厚和柱尺寸被微调，以减少徐变和收缩对组成结构的单个元素的影响。为了减少由于徐变导致的柱与内墙之间的差速缩短的影响，对周长柱进行了尺寸调整，使周长柱上的自重应力与室内走廊墙上的应力相匹配。

五(5)组悬臂架，分布在建筑物上，将所有垂直荷载承载单元捆绑在一起，进一步确保均匀的重力应力:因此，减少蠕变运动的差异。由于混凝土收缩在较薄的墙或柱中发生得更快，周长600mm(24”)的柱厚与典型的走廊壁厚(相似的体积与表面比)(图5)相匹配，以确保柱和墙通常会因混凝土收缩而以相同的速度缩短。

塔顶部分由一个钢结构塔尖利用对角支撑的横向系统。根据AISC《钢结构建筑荷载和阻力系数设计规范》(1999)的要求，针对重力、风、抗震和疲劳进行了钢塔尖结构设计。外部暴露的钢是保护与火焰应用铝完成。

分析重力

采用ETABS 8.4版(图6)对结构进行重力(包括P-Delta分析)、风和地震荷载分析。三维分析模型由钢筋混凝土墙、连接梁、板、筏板、桩和塔尖钢结构体系组成。完整的3D分析模型由73500个外壳和75000个节点组成。在侧向风荷载作用下，建筑物的挠度远低于常用的标准。动力分析表明，第一阶模态为横向侧移，周期为11.3秒(图7)。第二阶模态为垂直横向侧移，周期为10.2秒。扭转是第五种模式，周期为4.3秒

现场测试与分析

迪拜市政府(DM)指定迪拜为UBC97 Zone 2a地震区(地震带面Z = 0.15，土壤剖面Sc)。地震分析包括场地特定反应谱分析。地震荷载通常不控制钢筋混凝土塔结构的设计。地震荷载对钢筋混凝土裙房和塔式钢塔尖结构的设计有一定的指导作用。

Max Irvine博士(在澳大利亚悉尼的结构力学和动力学咨询工程师)为该项目开发了现场具体的地震报告，包括地震危害分析。根据几种公认的方法对其液化潜力进行了研究;结果表明，液化不会对塔的深层基础产生任何结构影响。

除了标准立方体测试外，筏板混凝土在放置前还通过流动表进行了现场测试(图10)。l型箱，v型箱和温度。

哈利法塔的基础和场地条件

塔的基础由桩支撑的筏子组成。坚固的钢筋混凝土筏厚3.7米(12英尺)，采用C50(立方体强度)自凝混凝土(SCC)浇筑。筏子由四(4)个独立的浇筑而成(三个翼和中心核心)。每次木筏倾倒至少发生在24小时内。加固通常在筏子上间距为300mm，并且在每个方向上的每10lh杆都被省略了，从而在筏子上形成了一系列的“灌注增强条”，在这些600 mm x 600 mm的开口以定期的间隔方便进入和混凝土放置。

塔塔筏由194根钻孔灌注桩支撑。这些桩的直径为1.5米，长约43米，设计承载力为3000吨。塔桩负载测试支持超过6000吨(图12)。利用聚合物浆，采用tremie法浇筑C60(立方强度)混凝土。摩擦桩在天然胶结的钙质砾岩钙质岩地层中支撑，最终桩侧摩擦为250 ~ 350 kPa(2.6 ~ 3.6吨/英尺)。在钢筋笼放置于桩中时，特别注意钢筋笼的定位，使筏底钢筋能在众多的桩笼中不间断地穿入，大大简化了筏板的施工。

这个网站岩土工程调查包括以下几个阶段:

1. 第一阶段;23个钻孔(3个带压力计测试)，深度达90米。
2. 第二阶段:用跨井地球物理钻3个井眼。
3. 第三阶段:6个钻孔(其中2个带压力表测试)，深度达60米。
4. 第4阶段:1井间和井下地球物理;深度= 140

三维地基沉降分析

根据岩土工程勘察结果和桩载试验结果，由英国Hyder Consulting Ltd.进行了详细的三维地基沉降分析。结果表明，随着时间的推移，最大长期沉降量约为80mm(3.1”)。这个沉降将是整个大场地的坡度顶端的一个逐渐的曲率。在135级施工时，地基平均沉降为30mm(1.2”)。STS顾问有限公司(芝加哥，伊利诺斯州，美国)的Clyde Baker先生和Coffey地球科学公司(澳大利亚悉尼)的Harry Poulos博士对这些地质技术研究进行了同行审查。

迪拜塔地下结构所使用的地下水尤其严重，氯化物浓度高达4.5%，硫酸盐高达0.6%。地下水中的氯化物和硫酸盐浓度甚至高于海水中的浓度。因此，桩筏基础设计首先考虑的是耐久性。该桩的混凝土配合比为60 MPa，掺量为25%粉煤灰、7%硅灰、水灰比0.32的三掺量。该混凝土还被设计为完全自凝混凝土，加入了粘度改性外加剂，坍落度流为675 +/- 75mm，以限制施工过程中出现缺陷的可能性。

由于极端腐蚀性的地下水造成的侵蚀条件，需要一个严格的防腐措施方案，以确保基础的耐久性。实施的措施包括专门的防水系统，增加混凝土覆盖层，增加腐蚀抑制混凝土混合。严格的裂纹控制设计标准，阴极保护系统采用钛网(图13)外加电流。

风工程

对于这种高度和细长的建筑，风力和由此产生的上层运动成为结构设计中的主要因素。在罗文·威廉姆斯·戴维斯和欧文公司(RWD1)位于圭尔夫的边界层风洞的彼得·欧文博士的指导下，进行了广泛的风洞试验和其他研究。安大略(图14)。

风洞项目包括刚性模型力平衡试验、翼型多自由度气动弹性模型研究、局部压力测量、行人风环境研究和风气候研究。风洞模型解释了风诱导涡脱落对建筑物的横向风效应。气动弹性和力平衡研究大多使用1:500比例的模型。西安大略大学边界层风洞实验室的Nick Isyumov博士对RWDI风工程进行了同行评审。