從結構工程師的角度看世界最高建築-哈利法塔(迪拜塔)

建築 設計 迪拜 地震 三星集團 交通 韓國 機械設計一點通 2019-07-05

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從結構工程師的角度看世界最高建築-哈利法塔(迪拜塔)

哈利法塔介紹:

哈利法塔,原名迪拜塔,又稱迪拜大廈或比斯迪拜塔,是世界第一高樓與人工構造物。哈利法塔高828米,樓層總數162層,造價15億美元。大廈內設有56部升降電梯,速度最高達17.4米/秒,另外還有雙層的觀光電梯,每次最多可載42人。哈利法塔始建於2004年,當地時間2010年1月4日晚,迪拜酋長穆罕默德·本·拉希德·阿勒馬克圖姆揭開被稱為“世界第一高樓”的“迪拜塔”紀念碑上的帷幕,宣告這座建築正式落成,並將其更名為“哈利法塔”。

哈利法塔的高度說明:

八百多米高,只是這麼一說的話,可能大家沒有比較直觀的概念,那我們來打個比方: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!如果你還是沒概念,那還記得體育課上的男生一千米,女生八百米測試不?這下有感覺了吧?

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築,從第124層開始到最頂端,相當於埃菲爾鐵塔的高度。而從底端到124層的高度,則相當於馬來西亞的雙子塔高度。

從結構工程師的角度看哈利法塔

哈利法塔由SOM設計,設計圖紙達到4000張,深化圖紙的數量要比設計圖紙多出10倍。

1、結構體系設計:

從結構工程師的角度看世界最高建築-哈利法塔(迪拜塔)

針對高達828米的人類有史以來的最高建築,結構工程師採用了全新的結構體系——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。居中的核心筒用於抗扭,三支翼用來抗剪與抗彎。

從哈利法塔的平面圖中可以看出,一個六邊形的核心筒居中,用於佈置豎向交通。每一翼的縱向走廊牆形成核心筒的扶壁,共6道;橫向分戶牆作為縱牆的加勁肋;此外,每翼的端部還有4根獨立的端柱。整個建築就像一根剛度極大的懸臂樑,抵抗風和地震產生的剪力和彎矩。

哈利法塔601m以下采用混凝土結構,601~828m採用鋼框架支撐體系。風荷載作用下,混凝土結構頂點601m處,最大位移450mm。鋼桅杆頂點828m處,最大位移1450mm。因此,對舒適度要求較高的酒店和公寓,均佈置在601m以下的混凝土結構部分,而601m以上則做辦公使用。

為了保持這幢超高層建築物的穩定性,採用了高強度的混凝土。“迪拜塔”的設計標準是能夠經受里氏6級地震(當地屬於地球上少地震的地區)。它還能在每秒55米的大風中保持穩定(在高樓中辦公的人完全感覺不到大風的影響)。

2、結構抗風設計:

哈利法塔在設計過程中共進行了40餘次風洞試驗,大部分模型採用1:500,但同時也做了1:250整體模型,及1:50高區模型等大尺度風洞模型。

結構有6個主風向角,分別對應3個翼尖方向 和3個凹入方向,試驗表明翼尖方向為風荷載最小風向角,凹入方向為風荷載最大風向角。因此在考慮建築平面擺放時,將翼尖方向朝向場地主風向,有效地降低結構風荷載。

對於超高層建築,橫向風振作用極為明顯。因此,在哈利法塔的設計中,設計師通過控制退臺的立面位置,使三支翼的退臺在各個標高均不重合,從而擾亂風場的漩渦脫落,使之不能形成對結構一致的激勵,從而有效降低橫向風振作用。

3、幕牆設計

哈利法塔的建築幕牆總面積為13.5萬m2,相當於17個足球場面積。採用單元式幕牆,玻璃為中空玻璃,超白玻璃外片鍍銀灰反射膜,內片鍍Low-E膜。可見光透射率20%,綜合熱透射率16%。鋁型材主要採用6063-T5,6063-T6,表面氟碳噴塗。

塔樓設置了18臺擦窗機和固定伸臂,其外伸長度可達10~20m,這些設備不用時可以隱藏起來。18臺設備和36個工人,全部清洗一遍大樓需要2~3個月。

4、項目建造

哈利法塔的施工單位是三星物工建造。對,就是那個韓國造手機的三星,它曾經承建過臺北101、馬拉西亞雙子塔等超高層建築。哈利法塔創造了混凝土單級泵送高度的世界記錄——601m。達到這個空前高度的最大困難是混凝土的配合比設計。施工單位採用了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。採用了3臺世界上最大的混凝土泵,壓力可達35MPa,配套直徑為150mm的高壓輸送管。


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