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哈利法塔（Burj dubai tower）坐落于土豪遍地的迪拜，下图是迪拜的卫星图，大家可以随意感受一下。

土豪迪拜

哈利法塔是目前世界上最高的建筑及人造构筑物，建筑理念是“沙漠之花”以及伊斯兰螺旋尖塔。

哈利法塔造型创意

世界最高建筑排行

下面首先通过一组数字了解一下我们今天的主角。

10

哈利法塔共有57部电梯，这个世界上最高的电梯系统可以承重5500公斤，速度达10米/秒。

15

哈利法塔总造价15亿美元。

95

在95公里外你任然能看到高高耸立的哈利法塔。所以在迪拜，你不会迷路，哈利法塔就是你寻找方向的最好参照物。

124

哈利法塔是全球最高建筑，从第124层开始到最顶端，相当于埃菲尔铁塔的高度。而从底端到124层的高度，则相当于马来西亚的双子塔高度。

828

哈利法塔总高828米，共160层，台阶总数2909级（泰山约6000级）。

4000

哈利法塔由SOM设计，设计图纸达到4000张，深化图纸的数量要比设计图纸多出10倍。

10万

哈利法塔的总重量达到50万吨，相当于10万头大象。

30万

哈利法塔塔楼建筑面积约30.9万平，最多能容纳3.5万名参观者，相当于一个小镇的人口。

下面小i将以结构工程师的视角，为大家介绍这一超级工程！

哈利法塔的主要数据

结构体系

上世纪70年代，Fazlur Khan提出并完善了框架筒体、框架-核心筒、桁架筒体、束筒结构体系，使人类建筑能够以合理的造价突破400米的高度。而后多年，人类新修建了很多的摩天大楼，基本上都是在Khan体系上的优化。

Khan的结构体系

而针对高达828米的人类有史以来的最高建筑，结构工程师提出了新的结构体系——buttressed core（扶壁核心）。

塔楼平面呈三叉形，居中的是由电梯井和楼梯井所组成的核心筒，三支翼由核心筒伸出，任何一翼都以另两支为扶壁。居中的核心筒用于抗扭，三支翼用来抗剪与抗弯。

哈利法塔结构平面示意

扶壁核心最早被SOM用于位于首尔的高层住宅楼Tower Palace Ⅲ，建筑共90层，平面呈Y字形，三支翼夹角均为120°，为每个房间提供绝佳的视角的同时，也保证了每个房间的私密性。

Tower Palace Ⅲ建筑平面示意

在首尔Tower Palace Ⅲ项目中，四个核心筒居中布置，外围布有框架柱，并在避难层设伸臂桁架与核心筒相连。除了建筑体型和核心筒形状外，结构体系与我们熟知的框架核心筒体系极为相似。在设计中，Y字形体型对于抗风极为有利，且Y字形核心筒刚度很大，整个结构的抗侧刚度及抗扭刚度，几乎都可以由核心筒承担。这些设计经验，很快被用于哈利法塔的设计。

Tower Palace Ⅲ结构平面示意

从哈利法塔的平面图中可以看出，一个六边形的核心筒居中，用于布置竖向交通。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。整个建筑就像一根刚度极大的悬臂梁，抵抗风和地震产生的剪力和弯矩。

整个建筑竖向形状自下而上逐步退台，剪力墙在退台楼层处切断，端部柱向内移。横墙与外框柱均采用9m模数，这样逐步退台时，外框柱可直接落在下部横墙上，全楼无转换，避免了荷载的突变，及墙、柱截面突然变化给施工带来的困难。

在2009年，SOM设计高达1000m的Kingdom Tower时，继续优化了扶壁核心的布置。从平面布置图中可以看出，外框柱已全部取消，竖向结构仅为居中的核心筒，三支扶壁剪力墙延伸到每支翼的端头，楼面结构均由核心筒上悬挑而出。

Kingdom Tower结构平面示意

小i在项目中也未曾用过扶壁核心，所列内容也来自于SOM相应论文资料，如有做过相应项目的读者，也欢迎文末讨论。

结构设计

哈利法塔601m以下采用混凝土结构，601~828m采用钢框架支撑体系。风荷载作用下，混凝土结构顶点601m处，最大位移450mm。钢桅杆顶点828m处，最大位移1450mm。因此，对舒适度要求较高的酒店和公寓，均布置在601m以下的混凝土结构部分，而601m以上则做办公使用。

混凝土强度等级：127层以下为C80；127层以上为C60。设计时使端柱和剪力墙在自重作用下的应力相近，以减少因为徐变造成的柱与墙的内力重分布。标准层层高为3.2m，楼面体系为厚板，板厚为300mm。

结构参数

结构分析采用ETABS，考虑P-D效应。风荷载取50年一遇，风速55m/s（按荷载规范附录换算基本风压约1.9KN/m2）。地震作用按美国标准UBC97的2a区，地震系数为0.15，近似相当于我国7度（0.15g）设防。温度变化范围为2～54℃。

结构内力

结构动力特性：T1=11.3s(X向)，T2=10.2s(Y向)，T5=4.3s(扭转)。内力分析表明，钢筋混凝土塔楼部分为风控，地震力不起控制作用。

结构振型

结构抗风

哈利法塔在设计过程中共进行了40余次风洞试验，大部分模型采用1:500，但同时也做了1:250整体模型，及1:50高区模型等大尺度风洞模型。

风洞试验

结构有6个主风向角，分别对应3个翼尖方向 和3个凹入方向，试验表明翼尖方向为风荷载最小风向角，凹入方向为风荷载最大风向角。因此在考虑建筑平面摆放时，将翼尖方向朝向场地主风向，有效地降低结构风荷载。

风玫瑰图

对于超高层建筑，横向风振作用极为明显。因此，在哈利法塔的设计中，设计师通过控制退台的立面位置，使三支翼的退台在各个标高均不重合，从而扰乱风场的漩涡脱落，使之不能形成对结构一致的激励，从而有效降低横向风振作用。

漩涡脱落

经过计算分析和试验验证，哈利法塔在风荷载及地震作用下的舒适度均在规范允许范围内，因此未设附加阻尼。

基础设计

哈利法塔采用桩筏基础。194根钻孔灌注桩，长度约43m，直径1500mm，承载力特征值约30000KN。与之相比，上海中心也使用钻孔灌注桩，桩数947根，桩长约56m，桩径1000m，单桩承载力10000KN。

筏板采用C50混凝土，厚度3.75m，筏板混凝土方量12500m3。基础长期沉降80mm，工程完工后，实测沉降为60mm。

桩基

幕墙设计

哈利法塔的建筑幕墙总面积为13.5万m2，相当于17个足球场面积。采用单元式幕墙，幕墙总造价约为人民币8亿元，约为6000元/m2。

外面幕墙

玻璃为中空玻璃，超白玻璃外片镀银灰反射膜，内片镀Low-E膜。可见光透射率20%，综合热透射率16%。铝型材主要采用6063-T5，6063-T6，表面氟碳喷涂。

幕墙细部

塔楼设置了18台擦窗机和固定伸臂，其外伸长度可达10~20m，这些设备不用时可以隐藏起来。18台设备和36个工人，全部清洗一遍大楼需要2~3个月。考虑到沙漠的骄阳与沙尘，小i估计大楼需要常备几十个工人一年到头擦玻璃（手动滑稽脸）。

擦窗机

项目建造

哈利法塔的施工单位是三星物工建造。对，就是那个韩国造手机的三星，它曾经承建过台北101、马拉西亚双子塔等超高层建筑。

哈利法塔创造了混凝土单级泵送高度的世界记录——601m。达到这个空前高度的最大困难是混凝土的配合比设计。施工单位采用了4种不同的配合比以便能用较小的压力把混凝土送到不同的高度。采用了3台世界上最大的混凝土泵，压力可达35MPa，配套直径为150mm的高压输送管。

小i随想

现今世界上一大半超高层在亚洲，亚洲一大半又在中国。我国超高层设计与建造事业近十年得到了蓬勃发展，而且近两年势头仍然未减。但小i试着查了一下我国原创设计的超高层项目，发现武汉中心高438m（88 层）是迄今为止原创设计的最高建筑，由华东建筑设计研究院设计。与我国庞大的超高层总量相比，仍显相形见绌。

国内超高层

作为结构工程师，每天都在为人民的身命财产安全默默耕耘，可能绝大部分一辈子也接触不到如哈利法塔这样的超级工程。可是内心都着追求高！更高！再高的冲动，因为我们是结构工程师。

延伸阅读：

结构大师系列——Roberson

结构大师系列——Fazlur Khan

参考资料：

1 The challenges in designing the world’s tallest structure: the burj dubai tower. William F. Baker, James J. Pawlikowski, Bradley S. Young.

2 Higher and Higher: the evolution of the buttressed core. William F. Baker, James J. Pawlikowski.

3 Brief on the construction planning of the burj dubai project. Ahmad Abdelrazaq.

4 Burj Khalifa. Carolina berkheimer-lubeck.

5 世界最高建筑“哈利法塔”结构设计和施工. 南辰47347

6 迪拜哈利法塔结构设计及健康监测. 无损检测NDT

7 详解迪拜为什么能建第一高楼，哈利法塔幕墙结构分解. 联合幕墙网