來(lái)源：施工技術(shù)  結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

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2004年9月21日，伊瑪爾開(kāi)始興建。

2007年2月，超越了西爾斯大廈并成為最多樓層數(shù)的大樓。

2007年5月13日，以452m（1483 英尺）超越了臺(tái)北101的449.2 m（1474 英尺）的最高混凝土建筑。

2007年7月21日，超越了509.2m（1671 英尺）的臺(tái)北101成為地表上最高的大樓。

2007年8月12日，超越了西爾斯大樓527.3 m（1730 英尺）的天線高度。

2007年9月3日，成為世界第二高的自立建筑結(jié)構(gòu)，超越了在俄羅斯莫斯科高540米（1772 英尺）的莫斯科電視塔。

2007年9月12日，以555.3m（1822 英尺）的高度超越加拿大多倫多的加拿大國(guó)家電視塔成為世界最高的自立建筑。

2007年12月10日，開(kāi)始使用鋼骨結(jié)構(gòu)，之后的建設(shè)將不再用到混凝土。

2008年4月8日，阿聯(lián)酋迪拜艾馬爾房地產(chǎn)公司宣布，塔的高度已達(dá)629m，超過(guò)高度為628.8m的美國(guó)KVLY電視塔，成為世界最高建筑。

2008年6月17日，阿聯(lián)酋迪拜艾馬爾房地產(chǎn)公司宣布塔的高度已超越636m。

2008年9月1日，艾馬爾房地產(chǎn)公司宣布再創(chuàng)新紀(jì)錄，興建高度達(dá)到688m，并計(jì)劃在2009年9月完工，不過(guò)最終高度仍未公布。

2008年9月26日，艾馬爾房地產(chǎn)公司宣布塔達(dá)到707 m（2320 英尺）。

2009年1月17日，艾馬爾房地產(chǎn)公司宣布塔達(dá)到828m（2716.53英尺）的最終高度。

2010年1月4日，哈利法塔正式竣工。

高度為800m(1,827 英尺)的“迪拜塔”需要一個(gè)堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，以支持重量可能超過(guò)500,000t的地面以上建筑?！暗习菟睂⒔ㄔ煸谝粋€(gè)3.7m厚的三角形結(jié)構(gòu)的基座上，這個(gè)三角形基座由192根直徑為1.5m的鋼管樁或支柱缸體支持。這些鋼管樁或支柱缸體深入地下50m(164 英尺)。

為了保持這幢超高層建筑物的穩(wěn)定性，采用了高強(qiáng)度的混凝土?！暗习菟钡脑O(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)是能夠經(jīng)受里氏6級(jí)地震（當(dāng)?shù)貙儆诘厍蛏仙俚卣鸬牡貐^(qū)）。它還能在每秒55m的大風(fēng)中保持穩(wěn)定（在高樓中辦公的人完全感覺(jué)不到大風(fēng)的影響）。

3建筑過(guò)程的監(jiān)測(cè)

為了保證“迪拜塔”在建設(shè)過(guò)程中的穩(wěn)定，它的垂直方向和水平方向的動(dòng)態(tài)，都由一個(gè)全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)進(jìn)行跟蹤。在建設(shè)期間，建筑物的重力變化情況，由設(shè)置在建筑物中的700多個(gè)傳感器進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

4工程進(jìn)度

“迪拜塔” 47個(gè)月的建設(shè)時(shí)間表，基本上以3d為一個(gè)生產(chǎn)周期，包括安裝鋼結(jié)構(gòu)件，澆灌混凝土等工作。鋼結(jié)構(gòu)件預(yù)先在地面制作，按照建設(shè)的進(jìn)度，用起重機(jī)吊到高空進(jìn)行安裝。

5澆灌混凝土程序

在3d建設(shè)周期的第二天，在一個(gè)特定樓面的內(nèi)部結(jié)構(gòu)外殼安裝到位，同時(shí)通道打開(kāi)，并安裝鋼支持梁。下一天，混凝土灌入外殼，然后，又進(jìn)行下一個(gè)樓層的建設(shè)。

6液壓千斤頂提升

在某個(gè)樓層完工之前，建筑工程師用一個(gè)起重能力達(dá)2,300t的液壓千斤頂提升澆注混凝土的外殼和建筑材料。

7超級(jí)起重機(jī)

在“迪拜塔”已完工的樓層上，安新裝了3臺(tái)巨大的塔式起重機(jī)來(lái)起吊大量的建筑材料。

8混凝土制作設(shè)備

在“迪拜塔”工地上，有4臺(tái)巨大的混凝土攪拌機(jī)，能夠快速地制作混凝土。

9混凝土高壓泵

在“迪拜塔”工地上，有3臺(tái)高壓泵，將混凝土輸送到工人操作的高處。一個(gè)挑戰(zhàn)是，將高強(qiáng)度的混凝土輸?shù)?70m以上的高度，并且不影響混凝土的基本性能。

10附著式升降機(jī)

“迪拜塔”工地的另一種起重設(shè)備是附著式升降機(jī)，用來(lái)運(yùn)送建筑材料和工人。這個(gè)工地有14臺(tái)附著式升降機(jī)在運(yùn)行。

11預(yù)防建筑網(wǎng)下沉

由于“迪拜塔”建成之后的重量達(dá)到500,000t，會(huì)出現(xiàn)下沉的趨勢(shì)。所以在建設(shè)過(guò)程中，每一層的實(shí)際高度比設(shè)計(jì)高度高出4mm。

12確保世界第一高度

為了使“迪拜塔”保持世界最高建筑物的稱號(hào)，從700m的高度開(kāi)始，它設(shè)計(jì)了一種螺旋管鋼結(jié)構(gòu)體，從建筑物內(nèi)部一直延伸到頂端，這個(gè)螺旋管可以用液壓千斤頂提升，作為增加建筑物高度的支柱。

13完備的安全措施

“迪拜塔”設(shè)計(jì)了4個(gè)隱蔽所，每30層一個(gè)，用于對(duì)付火災(zāi)和恐怖襲擊等緊急情況。另外，除了54部高速電梯，還安裝有專門(mén)的應(yīng)急電梯，可以從高處迅速而安全地疏散人員。

結(jié)構(gòu)體系

1）全鋼結(jié)構(gòu)優(yōu)于混凝土結(jié)構(gòu)，適合于超高層建筑，這是上世紀(jì)六七十年代的普遍共識(shí)，并建造了大量300m以上的鋼結(jié)構(gòu)高層建筑。到八九十年代，純鋼結(jié)構(gòu)已經(jīng)不能滿足建筑高度進(jìn)一步升高的要求，其原因在于鋼結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度的提升難以跟上高度的迅速增長(zhǎng)，此后鋼筋混凝土核心筒加外圍鋼結(jié)構(gòu)就成為超高層建筑的基本形式。而哈利法塔做了前所未有的重大突破，采用了下部混凝土結(jié)構(gòu)、上部鋼結(jié)構(gòu)的全新結(jié)構(gòu)體系。即-30～601m為鋼筋混凝土剪力墻體系，601～828m為鋼結(jié)構(gòu)，其中601～760m采用帶斜撐的鋼框架。

2）采用三叉形平面可以取得較大的側(cè)向剛度，降低風(fēng)荷載，有利于超高層建筑抗風(fēng)設(shè)計(jì)，同時(shí)對(duì)稱的平面可以保持平面形狀簡(jiǎn)單，施工方便。

3）整個(gè)抗側(cè)力體系是一個(gè)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。這樣一來(lái)，抗側(cè)力結(jié)構(gòu)形成空間整體受力，具有良好的側(cè)向剛度和抗扭剛度（見(jiàn)圖1）。

▲ 圖1?抗側(cè)力結(jié)構(gòu)布置

4）中心筒的抗扭作用可以模擬為一個(gè)封閉的空心軸。這個(gè)軸由三個(gè)翼上的6道縱墻扶壁而大大加強(qiáng)；而走廊縱墻又被分戶橫墻加強(qiáng)。整個(gè)建筑就像一根剛度極大的豎向梁，抵抗風(fēng)和地震產(chǎn)生的剪力和彎矩（見(jiàn)圖2）。由于加強(qiáng)層的協(xié)調(diào)，端部柱子也參加抗側(cè)力工作。

▲ 圖2?整座建筑如同一根豎向梁

5）豎向形狀按建筑設(shè)計(jì)逐步退臺(tái)，剪力墻在退臺(tái)樓層處切斷，端部柱向內(nèi)移。分段步步切斷可以使墻、柱的荷載平順逐漸變化，同時(shí)也避免了墻、柱截面突然變化給施工帶來(lái)的困難。退臺(tái)要形成優(yōu)美的塔身寬度變化曲線，而且要與風(fēng)力的變化相適應(yīng)。

6）建筑設(shè)計(jì)在豎向布置了7個(gè)設(shè)備層兼避難層，每個(gè)設(shè)備層占2～3個(gè)標(biāo)準(zhǔn)層。利用其中的5個(gè)設(shè)備層做成結(jié)構(gòu)加強(qiáng)層（見(jiàn)圖3）。加強(qiáng)層設(shè)置全高的外伸剪力墻作為剛性大梁，使得端部柱的軸力形成大力矩抵抗側(cè)向力的傾覆力矩，同時(shí)剛性大梁調(diào)整了各墻、柱的豎向變形，使得其軸向應(yīng)力更均勻，降低了各構(gòu)件徐變變形差。

▲ 圖3?結(jié)構(gòu)的5個(gè)加強(qiáng)層

混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1）按美國(guó)規(guī)范 ACI 318-02 進(jìn)行。127層以下混凝土強(qiáng)度等級(jí)C80，127層以上C60。C80混凝土90d彈性模量E=43 800N/mm²。采用硅酸鹽水泥，加粉煤灰。

2）調(diào)整構(gòu)件截面尺寸，以減少各構(gòu)件收縮和徐變變形差,原則上使端柱和剪力墻在自重作用下的應(yīng)力相近。由于柱子和薄剪力墻的收縮較大，所以端柱的厚度取與內(nèi)墻相同，即600mm。設(shè)計(jì)時(shí)盡量考慮構(gòu)件的體積與表面積的比值接近，使各構(gòu)件的收縮速度接近，減少收縮變形差。

3）在立面內(nèi)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(yīng)），并聯(lián)系剪力墻肢以承受側(cè)向荷載。連梁按ACI 318-02附錄A設(shè)計(jì)，計(jì)算圖形為交叉斜桿，這種設(shè)計(jì)方法可使連梁高度降低。

4）樓層數(shù)量多，壓低層高意義大，標(biāo)準(zhǔn)層層高3.2m，采用無(wú)梁樓板，板厚300mm。

鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

按美國(guó)鋼結(jié)構(gòu)協(xié)會(huì)AISC《建筑鋼結(jié)構(gòu)荷載抗力分項(xiàng)系數(shù)設(shè)計(jì)規(guī)范》進(jìn)行設(shè)計(jì)。601m以上是帶交叉斜撐的鋼框架，以承受重力、風(fēng)力和地震作用。鋼框架逐步退臺(tái)，從第18級(jí)的核心筒六邊形到第29級(jí)的小三角形，最后只剩直徑為1200mm的桅桿。這根桅桿是為了保持建筑高度世界第一專門(mén)設(shè)計(jì)的，可以從下面接長(zhǎng)，不斷頂升，預(yù)留了200m的上升高度。所有外露的鋼結(jié)構(gòu)都包鋁板作為裝飾。

結(jié)構(gòu)分析

1）采用ETABS 8.4版，考慮了重力荷載（包括P-D 二階效應(yīng)）、風(fēng)、地震因素。建立三維分析模型，包括鋼筋混凝土墻、連梁、板、柱、頂部鋼結(jié)構(gòu)、筏板和樁。

2）分析模型共73500個(gè)殼元、75000個(gè)節(jié)點(diǎn)。分析參數(shù)為:風(fēng)力50年一遇，55m/s，風(fēng)壓按風(fēng)洞試驗(yàn)取值；地震：按美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)UBC 97 的2a 區(qū)，地震系數(shù) z=0.15，相當(dāng)于我國(guó)8度設(shè)防；溫度：氣溫變化范圍 2～54℃。分析結(jié)果表明，50年一遇的風(fēng)力，828m的頂部結(jié)構(gòu)水平位移為1450 mm，辦公層頂部（162層）為1250mm，公寓層頂部（108層）為450mm，位移值低于通用標(biāo)準(zhǔn)，符合設(shè)計(jì)要求。內(nèi)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(jié)構(gòu)處，地震內(nèi)力對(duì)設(shè)計(jì)有作用。

3）通常采用線性有限元分析豎向荷載下的墻、柱內(nèi)力和位移，但因哈利法塔高度的原因，這種分析方法會(huì)偏離真實(shí)情況，最后采用了GL 2000（2004）模型，既考慮了鋼筋的影響，也包括施工過(guò)程。

施工過(guò)程分析

全過(guò)程分15個(gè)階段，采用三維模型進(jìn)行分析，同時(shí)也考慮了收縮和徐變。每個(gè)模型都代表施工過(guò)程的一個(gè)時(shí)間點(diǎn)，施加當(dāng)時(shí)所增加的新荷載。分析還延續(xù)到施工結(jié)束后50年。

1）補(bǔ)償技術(shù)。施工過(guò)程中兩個(gè)方向的平移應(yīng)根據(jù)計(jì)算結(jié)果予以補(bǔ)償、校正；豎向壓縮則每層的層高應(yīng)增加一個(gè)補(bǔ)償值。中心筒在施工過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生偏心，偏心調(diào)整應(yīng)每層進(jìn)行，可以通過(guò)糾正重力荷載產(chǎn)生的側(cè)移（彈性位移、基礎(chǔ)底板沉降差、徐變、收縮）來(lái)補(bǔ)償。

2）豎向縮短。結(jié)構(gòu)豎向壓縮每層平均為 4mm，整座建筑的頂點(diǎn)為 650mm，通過(guò)每層標(biāo)高的調(diào)整來(lái)補(bǔ)償。

3）受收縮和徐變的影響，鋼筋混凝土豎向構(gòu)件的內(nèi)力會(huì)在鋼筋和混凝土之間重新分配。由于要求兩者應(yīng)變相同，混凝土分擔(dān)的內(nèi)力會(huì)逐漸減少，鋼筋的內(nèi)力會(huì)相應(yīng)增加。哈利法塔第135層，墻、柱中鋼筋與混凝土的內(nèi)力比會(huì)從15%/85%變?yōu)?0%/70%。

基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

1）采用摩擦樁加筏板聯(lián)合基礎(chǔ)（見(jiàn)圖4）。該工程地基為膠結(jié)的鈣質(zhì)土和含礫石的鈣質(zhì)土。天然地基土與混凝土樁的表面極限摩擦力為250～350kPa。194根現(xiàn)場(chǎng)灌注樁，長(zhǎng)度約43m，直徑1500mm,設(shè)計(jì)承載力為3000kN。現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行壓樁試驗(yàn)，最大壓力為6000kN，樁尖深度 -70m。迪拜地下水具有腐蝕性，氯離子濃度4.5%，硫0.6%，因此樁采用C60混凝土，加25%粉煤灰，7%硅粉，水灰比0.32，坍落度675mm。

▲ 圖4?樁筏聯(lián)合基礎(chǔ)

2）筏板厚度3.75m，采用C50自密實(shí)混凝土，加40%粉煤灰，水灰比0.34，現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行坍落度和流動(dòng)性試驗(yàn)。鋼筋間距雙向300mm，但在每一個(gè)方向每隔10根鋼筋取消1根鋼筋，形成600mm×600mm的無(wú)鋼筋洞口，便于澆筑混凝土。為減輕地下水的腐蝕作用，底板鋪設(shè)了一層鈦絲編織的陰極保護(hù)網(wǎng)。

筏板連同樁、周邊土體進(jìn)行了三維有限元分析，分析結(jié)果為基礎(chǔ)長(zhǎng)期沉降為80mm，施工到135層時(shí)沉降30mm，工程完工后，實(shí)測(cè)沉降為60mm。

混凝土配合比

豎向結(jié)構(gòu)混凝土要求10h強(qiáng)度達(dá)到10MPa以保證混凝土施工能正常循環(huán),最終強(qiáng)度達(dá)到80MPa（127層以下）和60MPa（127層以上），C80混凝土的彈性模量為44000MPa。此外，混凝土還要有好的和易性，有適合于600m泵送高度的坍落度。由于迪拜冬天冷夏天炎熱，不同季節(jié)要調(diào)節(jié)混凝土的強(qiáng)度增長(zhǎng)率及和易性損失值。

混凝土超高泵送

哈利法塔創(chuàng)造了混凝土單級(jí)泵送606m的世界紀(jì)錄。達(dá)到這個(gè)空前的高度，最大困難是混凝土的配合比設(shè)計(jì),采用了4種不同的配比以便能用較小的壓力把混凝土送到不同的高度。泵送混凝土含13%粉煤灰、10%的硅粉,集料最大粒徑20mm,自密實(shí)，坍落度600mm。采用了3臺(tái)世界上最大的混凝土泵，壓力可達(dá)350bar,配套直徑150mm的高壓輸送管（見(jiàn)圖5）。

▲ 圖5  混凝土泵

模板和混凝土澆筑

1）整個(gè)基礎(chǔ)筏板混凝土接近45 000m³，按中心部分和3個(gè)翼板分成4段澆筑，每段相隔24h。

2）上部結(jié)構(gòu)的墻體用自升式模板系統(tǒng)施工（見(jiàn)圖6），端柱則采用鋼模施工，無(wú)梁樓板用壓型鋼板作為模板。首先澆筑中心筒及其周邊樓板，然后澆筑翼墻及相關(guān)樓板，最后是端柱和附近樓板（見(jiàn)圖7）。

▲ 圖6?自升式模板系統(tǒng)

▲ 圖7?墻體混凝土澆筑

施工監(jiān)測(cè)

哈利法塔高達(dá)828m，施工測(cè)量控制是突出問(wèn)題，現(xiàn)有測(cè)量手段無(wú)法滿足要求，采用全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)GPS控制施工全過(guò)程的精度。

迪拜哈利法塔以828m的超高度、52萬(wàn)m²的巨大建筑面積，給我們提供了 豐富的設(shè)計(jì)和施工經(jīng)驗(yàn)。隨著國(guó)內(nèi)632m的上海中心、680m的深圳平安保險(xiǎn)大廈等一批600m以上建筑的即將竣工，我國(guó)的高層建筑技術(shù)將會(huì)提高到一個(gè)新的水平。

來(lái)源：施工技術(shù)/趙西安