集酒店、公寓、游泳池、观光层、清真寺于一体

1.工程概况

阿拉伯联合酋长国迪拜市的哈利法塔楼，是目前全世界最高的建筑，共计206层，顶部70m是钢桅杆，总高度为828m。总建筑面积为52.7万m²，塔楼建筑面积为34.4万m²。可容纳居住和工作人员12000人；总造价为15亿美元。

建造工期为2004年9月至2010年1月，共计1300天，用工2200万工时。

哈利法塔楼是一座综合性建筑，37层以下为阿玛尼高级酒店；45～108层为高级公寓，共700套；第78层为世界上最高的游泳池；109～162层为写字楼；第124层为世界上所在位置最高的观光层，透过幕墙的玻璃可以眺望80km外的伊朗风貌；第158层是世界最高的清真寺；162层以上为传播、电信、设备用楼层。整座塔楼的概貌如图5-222所示。

2.建筑设计

哈利法塔楼的建筑设计理念是“沙漠之花（Desert Flower），建筑平面为三叉形，呈现出三瓣对称的盛开花朵（图5-223）；建筑立面通过21个逐步升高的内收台阶，形成一个耸立于地面的螺旋形锥体，使整座建筑苑如一朵含苞欲放的鲜花。塔楼玻璃幕墙与蓝天一色，熠熠生辉。哈利法塔楼很高，强风作用下，上部楼层的侧移和水平振动加速度很大，为了使楼内人员获得较好的舒适度，特意将酒店客房和公寓安排在塔楼的下部楼层，将办公用房设置在塔楼的上部楼层。而且酒店客房和公寓都布置在601m以下的混凝土结构部分，601m以上的钢结构部分用作办公用房。

沿塔楼高度方向分段布置了7个设备层兼避难层，每个设备层占用2～3个标准楼层。

3.结构体系

结构布置采用三叉形平面（图5-224），可以获得较大的侧向抗推刚度，同时可以减小风荷载，有利于特高楼房的抗风设计。

由于塔楼特别高，已经超出一般钢结构和混凝土结构的适用高度，特采用叠置式混合结构。

标高-30～601m的楼层采用钢筋混凝土芯筒-剪力墙体系，六边形的芯筒居中，三个翼肢的六道纵向走廊墙，分别从三个方向形成芯筒的扶壁，每个翼肢内的横向分户墙作为纵墙的加劲肋，从而构成具有极大抗推刚度的整体结构（图5-224）。

标高601～828m的楼层采用钢结构，其中601～760m采用框架-支撑体系。

图5-222 迪拜市哈利法塔楼的概貌

图5-223 哈利法塔楼的建筑平面

图5-224 哈利法塔楼的结构平面

利用建筑设计所布置的7个设备层中的5个设备层，做成结构的加劲层，利用设备层的全高设置截面高度等于2～3个楼层高度的刚性伸臂大梁，与周边端柱相连接，大大增强了整个结构抵抗侧向倾覆力矩的能力，减小强风或地震作用下的结构侧移，提高了结构的抗风、抗震可靠度。此外，竖向刚度很大的加劲层内的刚性伸臂大梁，还调整了各片墙和柱的竖向压缩变形，使他们的轴向应力分布更为均匀，减小了各个竖构件压缩徐变的变形差及其不利影响。

4.结构分析

（1）荷载情况如下。

风荷载：50年一遇，风速取55m/s，风压按风洞试验取值。

地震作用：按美国标准UBC97的2A区进行抗震设防，地震系数Z＝0.15，相当于我国的8度抗震设防。

温度：气温变化范围为＋2～＋54℃。

（2）结构分析采用ETABS 8.4版，考虑了重力荷载（包括P-Δ重力二阶效应）、风荷载和地震作用。建立三维分析模型，包括钢筋混凝土墙、连梁、板、柱和上部钢构件，以及基础筏板和混凝土桩。

分析模型共计73500个壳元和75000个节点。

（3）分析结果

1）风荷载作用下的结构侧移如下。

公寓层顶部（标高601m）：450mm；

办公层顶部（标高760m）：1250mm；

塔楼顶部（标高828m）：1450mm。(www.xing528.com)

上述各项侧移值均小于通用标准，符合设计要求。

2）结构动力分析所得塔楼前5阶振型的周期分别为：

T₁＝11.3s（X向）T₂＝10.2s（Y向）T₅＝4.3s（扭转）

3）结构内力分析结果表明，塔楼下部钢筋混凝土结构部分，风荷载对结构设计起到控制作用，地震力对设计不起控制作用；但塔楼上部钢结构部分，是地震力对结构起到控制作用。

5.长期荷载效应分析

一般结构通常是采用有限元分析计算竖向荷载下墙、柱的内力和位移。对于高层建筑特别是特高楼房，此种分析方法会偏离真实情况。因为高层建筑在荷载长期作用下，与时间相关的施工程序、材料的收缩和徐变，都会引起结构的内力重分布和附加水平位移。而这些长期荷载效应都是常规分析方法所无法取得的。

哈利法塔楼的结构分析采用了GL2000（2004）模型，既考虑了构件中的钢筋的影响，也考虑了塔楼的施工过程。

（1）施工过程分析 塔楼的施工全过程分成为15个阶段，采用三维模型进行结构分析，同时考虑了构件材料的收缩和徐变。每个阶段都代表塔楼施工过程的一个时间点，施加当时所增加的新荷载，直到施工结束。结构分析还延续到建成后50年。

（2）补偿技术 施工过程中结构在两个方向的侧移，应根据计算结果予以补偿和校正，构件的竖向压缩则按每层的层高增加一个补偿值。

钢筋混凝土芯筒在施工过程中会产生偏心，应逐层进行调整，可以通过纠正重力荷载所产生的侧移（弹性位移、徐变、收缩、基础底板沉降差）进行补偿。

（3）竖向缩短 结构的竖向压缩值为每层4mm，整座塔楼顶点的竖向压缩值为650mm。此种缩短量通过每层标高的调整予以补偿。

由于构件材料的收缩和徐变，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。由于两者的最终应变相同，混凝土分担的内力会逐渐减少，而钢筋的内力会相应增加。哈利发塔楼的第135层处，墙和柱内部钢筋与混凝土的“内力比”，由15%和85%转变为30%和70%。

6.地基和基础

哈利法塔楼采用桩-筏基础，即采用摩擦桩加钢筋混凝土筏板所构成的联合基础。

（1）地基 塔楼的地基为胶结的钙质土和含砾石的钙质土。天然地基与混凝土桩的表面极限摩擦力为250～350kPa。

（2）桩 塔楼基础共采用194根现场灌注的混凝土桩，长度为43m，直径为1500mm，桩尖深度为-70m。桩的设计承载力为3000t。现场进行了压桩试验，最大承载力为6000t。

迪拜的地下水具有腐蚀性，氯离子浓度为4.5%，硫含量为0.6%。因此，混凝土桩采用C60混凝土，添加25%的粉煤灰、7%的硅粉；水灰比为0.32，坍落度为675mm。

（3）筏板 塔楼的基础筏板的厚度为3.75m，采用C50自密实混凝土（SCC），添加40%粉煤灰，水灰比为0.34。

基础筏板内的纵、横向钢筋的间距均为300mm，但在每一方向均每隔10根钢筋取消一根钢筋，形成600mm×600mm的洞口，以方便混凝土的浇灌。

为了减轻地下水对基础的腐蚀作用，基础底板铺设了一层由钛丝纺织的阴极保护网。

（4）沉降量 针对基础筏板、桩和周边土体的联合体进行了荷载下的三维有限元分析，计算结果表明，基础长期沉降量为80mm，施工到第135层时的沉降量为30mm，工程完工后的实测沉降量为60mm。

7.建筑施工

塔楼竖向构件的混凝土强度，要求10小时达到10MPa，以保证混凝土的施工能够正常循环。混凝土的最终强度要达到80MPa（127层以下）和60MPa（127层以上）。C80混凝土的弹性模量为44000MPa。

塔楼施工要求混凝土具有较好的和易性，以适用于600m泵送高度的坍落度要求。

哈利法塔楼的施工创造了混凝土单级泵送高度601m的世界记录。要达到这个空前的高度，最大困难是混凝土的配合比设计，塔楼施工时采用了四种不同的配合比，以便能用较小的压力把混凝土分别泵送到不同的高度。

泵送试验确认了泵送600m高度时，泵送压力为200bar。施工时采用了3台世界上最大的混凝土泵，压力可达350bar，配套使用直径为150mm的高压输送管。

施工用的泵送混凝土，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。

8.施工监测

哈利法塔楼高达828m，施工测量控制成为突出的问题。现有的测量手段无法满足要求。本工程施工采用了全球卫星定位系统GPS来控制施工全过程的精度。