1 工程概况
迪拜哈利法塔是目前天下上最高的建筑，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，幕墙分别由喷鼻香港远东、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；混凝土构造高度为601m；根本底面埋深为30m；桩尖深度为70m；全部混凝土用量为330000m3；总用钢量为104000t(高强钢筋为65000t，型钢为39000t）。总建筑面积为526700m2；塔楼建筑面积为344000m2；塔楼建筑重量为50万t；可容纳居住和事情人数为12000人；有效租售楼层为162层。
哈利法塔是一座综合性建筑，37层以下是阿玛尼高等酒店；45~108层是高等公寓，共700套，78层是天下最高楼层的拍浮池；108~162层为写字楼；124层为天下最高的不雅观光层，透过幕墙的玻璃可看到80km外的伊朗；158层是天下最高的清真寺；162层以上为传播、电信、设备用楼层，一贯到206层；顶部70m是钢桅杆（图1）。
图1 哈利法塔立面
为保持天下最高建筑的地位，钢构造顶部设置了直径为1200mm的可活动的中央钢桅杆，可由底部不断加长，用油压设备不断顶升，其预留高度为200m（图2）。为此哈利法塔始终不宣告建筑高度。到2009年底，确认5年内天下各国都不可能建成更高的建筑，才末了确定828m的终极高度。2010年1月4日，哈利法塔举行了开幕式，正式宣告建成（图3）。
图2 顶部可升高的钢桅杆
图3 哈利法塔灯光
2 建筑设计
哈利法塔的建筑理念是“沙漠之花——DesertFlower”，平面是三瓣对称盛开的花朵（图4）；立面通过21个逐渐升高的退台形成螺旋线，全体建筑物像含苞待放的鲜花。这朵鲜花在沙漠刺目耀眼的阳光下，幕墙与蓝天一色，发出熠熠光辉。
图4 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，个中塔楼部分为12万m2。幕墙总造价约为公民币8亿元，约为6000元/m2。哈利法塔很高，风力浸染下，上部楼层水平位移较大，将酒店和公寓安排不才部楼层，办公楼层放在上层，可得到更好的舒适性。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
为了给主体构造设计和幕墙设计供应技能依据，进行了40次以上的风洞试验。风洞试验在加拿大安大略RWDI边界层风洞进行。风洞尺寸为2.4m×1.9m和4.9m×2.4m。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（图5）、风气候等方面的研究。模型测点为1140个。
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，试验表明主掌握方向是翼尖风向。
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-5.5kPa，最大正风压为+3.5kPa。
4 构造体系和构造支配
4.1构造体系
“全钢构造优于混凝土构造，适宜于超高层建筑”，这是20世纪六七十年代的普遍共识。这个期间大量建造了300m以上的钢构造高层建筑，如1971年建成的纽约天下贸易中央双塔（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，人们创造纯钢构造已不能知足建筑高度进一步升高的哀求，其缘故原由在于钢构造的侧向刚度提高难以跟上高度的迅速增长。从此往后，钢筋混凝土核心筒加外围钢构培养成为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，448m）、喷鼻香港国际金融（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，492m）、上海中央（2014年，632m），深圳安然保险（在建，680m）等，均无一例外。
哈利法塔作了前所未有的重大打破，采取了下部混凝土构造、上部钢构造的全新构造体系。-30~601m为钢筋混凝土剪力墙体系；601~828m为钢构造，个中601~760m采取带斜撑的钢框架。我们可以比较一下：纽约世贸中央纯钢构造，412m处的最大侧移为1000mm；而哈利法塔混凝土构造，601m处的最大侧移仅为450mm。
纵然从哈利法塔本身来看，到混凝土构造的顶点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。以是哈利法塔把酒店和公寓都支配在601m以下的混凝土构造部分；而将601m以上的钢构造部分作为办公楼利用。
4.2构造支配
采取三叉形平面可取得较大的侧向刚度，降落风荷载，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大略，施工方便。
全体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，抗侧力构造形成空间整体受力，具有良好的侧向刚度和抗扭刚度（图6）。
中央筒的抗扭浸染可仿照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。全体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。由于加强层的折衷，使端部柱也参加抗侧力事情。
4.3竖向支配
竖向形状按建筑设计逐步退台，剪力墙在退台楼层处割断，端部柱向内移。分段步步割断可使墙、柱的荷载平顺地逐渐变革，同时也避免了墙、柱截面溘然变革给施工带来的困难。全高21个退台要形成幽美的塔身宽度变革曲线，且要与风力的变革相适应。
建筑设计在竖向支配了7个设备层兼避难层，每个设备层占二三个标准层。利用个中的5个设备层做成构造加强层（图7）。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，刚性大梁调度了各墙、柱的竖向变形，使得它们的轴向应力更均匀，降落了各构件徐变的变形差。
图7 五个构造加强层
5构造设计和构造剖析
5.1混凝土构造设计
混凝土构造设计按美国规范ACI318-02进行。
混凝土强度等级：127层以下为C80；127层以上为C60。C80混凝土90d弹性模量为43800N/mm2，采取硅酸盐水泥，加粉煤灰。
进行了构件截面尺寸的仔细调度以减少各构件紧缩和徐变变形差。原则上使端柱和剪力墙在自重浸染下的应力附近。由于柱和薄的剪力墙紧缩较大，以是端柱的厚度与内墙相同，取600mm。设计时只管即便考虑构件的体积与表面积的比值靠近，使各构件的紧缩速率靠近，减少紧缩变形差。
在立面内收处，钢筋混凝土连梁要通报竖向荷载（包括徐变和紧缩的效应），并联系剪力墙肢以承受侧向荷载。连梁按ACI318-02附录A设计，打算图形为交叉斜杆。这个设计方法可使连梁高度降落。
楼层数量多，压低层高有很大的意义。标准层层高为3.2m，采取无梁楼板，板厚为300mm（图8）。
5.2钢构造设计
601m以上是带交叉斜撑的钢框架，它承受重力、风力和地震浸染。钢框架逐步退台，从第18级的核心筒六边形到第29级的小三角形，末了只剩直径为1200 mm的桅杆。这根桅杆是为保持天下第一建筑高度而专门设计的，它可从下面接长，不断顶升，预留了200m的上升高度（图9）。
所有外露的钢构造都包铝板作为装饰。钢构造按美国钢构造协会AISC《钢构造建筑荷载和抗力系数设计规范》进行设计。
5.3构造剖析
构造剖析采取ETABS8.4版，考虑了重力荷载（包括P-D二阶效应）、风荷载和地震效应。建立三维剖析模型，包括钢筋混凝土墙、连梁、板、柱、顶部钢构造、筏板和桩。
剖析模型共73500个壳元、75000个节点。剖析参数如下。
（1）风力：50年一遇，55m/s，风压按风洞试验取值;
（2）地震：按美国标准UBC97的2a区，地震系数为0.15，相称于我国8度设防;
（3）温度：气温变革范围为2～54℃。
剖析结果表明，在50年一遇风力浸染下，构造水平位移:828m顶部处为1450mm，办公层顶部处为1250mm，公寓层顶部处为450mm。这个位移值低于通用的标准，符合设计的哀求。动力剖析得到各振型和周期：T1=11.3s（X向），T2=10.2s（Y向），T5=4.3s（旋转）。
内力剖析表明，钢筋混凝土塔楼部分地震力不起掌握浸染；但裙房和顶部钢构造处，地震内力对设计有浸染。
6长期荷载剖析和施工过程剖析
6.1超高建筑竖向荷载的韶光和过程效应
常日采取线性有限元剖析竖向荷载下的墙、柱内力和位移。随高度增加，这种剖析方法会偏离真实情形。由于长期过程，即与韶光干系的施工顺序、徐变、紧缩都会引起内力重分布，而且竖向荷载还产生水平侧移，这些采取常规剖析是不可能的。
哈利法塔设计中对这些成分进行了详细的剖析。剖析采取了GL2000（2004）模型，考虑了钢筋的影响，也考虑了施工过程。
6.2施工过程剖析
施工全过程分成15个阶段，采取三维模型进行剖析，同时也考虑了紧缩和徐变。每个模型都代表施工过程的一个韶光点，施加当时所增加的新荷载。到施工结束，剖析还延续到50年后。
6.3补偿技能
施工过程中两个方向的平移应根据打算结果予以补偿、校正；竖向压缩则每层的层高应增加一个补偿值。中央筒在施工过程中会产生偏幸，偏幸调度应每层进行，可以通过纠正重力荷载产生的侧移（弹性位移、根本底板沉降差、徐变、紧缩）来补偿。
6.4竖向缩短
构造竖向压缩每层均匀为4mm，整座建筑的顶点为650mm。这个缩短通过每层标高的调度来补偿。
由于紧缩和徐变，钢筋混凝土竖向构件的内力会在钢筋和混凝土之间重新分配。由于哀求两者应变相同，混凝土分担的内力会逐渐减少，而钢筋的内力会相应增加。哈利法塔第135层的墙、柱中钢筋与混凝土的内力比会从15%，85%变为30%，70%。
7地基和根本
采取摩擦桩加筏板联合根本（图10）。
图10 桩筏联合根本
7.1地基
地基为胶结的钙质土和含砾石的钙质土。天然地基土与混凝土桩的表面极限摩擦力为250~350kPa。
7.2桩
194根现场贯注桩，长度约43m，直径为1500mm。桩的设计承载力为3000t。现场进行了压桩试验，最大压力为6000t，桩尖深度为70m。
迪拜地下水有堕落性，氯离子浓度为4.5%，硫为0.6%。因此桩采取C60混凝土，加25%粉煤灰和7%硅粉；水灰比为0.32，坍落度为675mm。
7.3筏板
筏板厚度为3.75m，采取C50自密实混凝土（SCC），加40%粉煤灰，水灰比为0.34。在现场进行了坍落度和流动性试验。
钢筋间距双向为300mm，但在每一个方向每隔10根钢筋取消1根钢筋，形成600mm×600mm的无钢筋洞口，便于浇筑混凝土。为了研究灌溉工艺和掌握温升的方法，在现场制作了边长为3.75m的实大立方体。
为减弱地下水的堕落浸染，底板铺设了一层钛丝编织的阴极保护网。
筏板连同桩、周边土体进行了三维有限元剖析。剖析指出，根本长期沉降为80mm，施工到135层时沉降为30mm。工程落成后，实测沉降为60mm。
8施工
8.1混凝土合营比
竖向构造混凝土哀求10h强度达到10MPa以担保混凝土施工能正常循环。终极强度达到80MPa（127层以下）和60MPa（127层以上），C80混凝土的弹性模量为44000MPa。混凝土还要有好的和易性，有适宜于600m泵送高度的坍落度。
迪拜冬天冷，夏天气温则在50℃以上，以是不同时令要调节混凝土的强度增长率及和易性丢失值。
8.2混凝土的超高度泵送
哈利法塔创造了混凝土单级泵送高度的天下记录-601m。达到这个空前高度的最大困难是混凝土的合营比设计。采取了4种不同的合营比以便能用较小的压力把混凝土送到不同的高度。
2005年4月进行了一次水平泵送试验，泵送压力与送到600m高度的压力相同。试验确认了泵送600m高度的可行性，并实测了摩擦系数，泵送压力为20MPa。
所用的泵送混凝土含13%粉煤灰和10%的硅粉。集料最大粒径为20mm；自密实，坍落度为600mm。
采取了3台天下上最大的混凝土泵，压力可达35MPa。配套直径为150mm的高压运送管。
8.3模板和混凝土浇筑
全体根本筏板混凝土靠近45000m3，按中央部分和3个翼板分成4段浇筑，每段相隔24h。
上部构造的墙体用自升式模板系统（图11）施工，端柱则采取钢模施工，无梁楼板用压型钢板作为模板。首先浇筑中央筒及其周边楼板，然后浇筑翼墙及干系楼板，末了是端柱和附近楼板（图12）。
图11 自升式模板系统
图12 墙体混凝土浇注
8.4施工监测
本工程高达828m，施工丈量掌握成为突出的问题。现有的丈量手段无法知足哀求。本工程施工采取了环球卫星定位系统GPS掌握施工全过程的精度。
迪拜哈利法塔以828m的超高度，52万m2的巨大建筑面积，给我们供应了丰富的设计和施工履历。随着海内632m的上海中央、680m的深圳安然保险大厦等一批600m以上建筑即将设计施工，我国的高层建筑技能将会提高到一个新的水平。
