從哈利法塔中透出的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)元素

面壁深功 · 發(fā)表于 2017-8-27 07:12:02

本帖最后由面壁深功于 2017-8-27 08:03 編輯

哈利法塔——這個(gè)矗立在土豪之城阿聯(lián)酋迪拜的龐大建筑物,，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：

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,？

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,。

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,。

哈利法塔總造價(jià)15億美元。

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,。

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。

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)）。

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。

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,。

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

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)工程師采用了全新的結(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。

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)。

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KingdomTower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。

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。

標(biāo)準(zhǔn)層層高為3.2m,，樓面體系為厚板,，板厚為300mm。

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,。“迪拜塔”的設(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55米的大風(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）,。

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。

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,。可見(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,。