哈利法塔的結(jié)構(gòu)分析及布置

1、- .-. -可修編- . z.- . -可修編- .哈利法塔建筑構(gòu)造設(shè)計實例與分析*：*：專業(yè)：-. z.目錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc416867052第1章哈利法塔簡介 PAGEREF _Toc416867052 h 1HYPERLINK l _Toc416867053第2章哈利法塔的構(gòu)造類型 PAGEREF _Toc416867053 h 1HYPERLINK l _Toc4168670542.1 建筑的構(gòu)造類型分類 PAGEREF _Toc416867054 h 1HYPERLINK l _Toc4168670552.2 哈利法塔的建筑構(gòu)造分析

2、 PAGEREF _Toc416867055 h 1HYPERLINK l _Toc416867056第3章哈利法塔的構(gòu)造布置 PAGEREF _Toc416867056 h 1HYPERLINK l _Toc4168670573.1三叉形整體平面布置 PAGEREF _Toc416867057 h 1HYPERLINK l _Toc4168670583.2核心筒布置 PAGEREF _Toc416867058 h 1HYPERLINK l _Toc4168670593.3由下至上的構(gòu)造布置 PAGEREF _Toc416867059 h 1HYPERLINK l _Toc416867060第

3、4章哈利法塔的主要構(gòu)件 PAGEREF _Toc416867060 h 1HYPERLINK l _Toc416867061第5章哈利法塔設(shè)計的主要難度和亮點 PAGEREF _Toc416867061 h 1HYPERLINK l _Toc4168670625.1 哈利法塔的主要設(shè)計難點 PAGEREF _Toc416867062 h 1HYPERLINK l _Toc4168670635.2哈利法塔的主要設(shè)計亮點 PAGEREF _Toc416867063 h 1- .-. z.第1章哈利法塔簡介哈利法塔Buri Khalifa Tower原名迪拜塔，又稱迪拜大廈或比斯迪拜塔是國三星公司負(fù)

4、責(zé)營造，位于阿拉伯聯(lián)合酋長國迪拜的一棟有162層，總高828米的摩天大樓。哈利法塔2004年9月21日開場開工，2010年1月4日竣工，為當(dāng)前世界第一高樓與人工構(gòu)造物，造價達(dá)15億美元。哈利法塔是目前世界上最高的建筑，總高度828 m，凝土構(gòu)造高度601m，總建筑面積52.67萬 m2，塔樓建筑面積34.4萬 m2 。根底底面埋深 -30m，樁尖深度-70m；混凝土用量 33萬 m3，總用鋼量10.4萬t (高強(qiáng)鋼筋6.5萬t，型鋼3.9萬t)。第2章哈利法塔的構(gòu)造類型2.1 建筑的構(gòu)造類型分類建筑構(gòu)造名稱特性優(yōu)點磚木構(gòu)造用磚墻、磚柱、木屋架作為主要承重構(gòu)造的建筑；適用于低層建筑；構(gòu)造建造簡單

5、；材料容易準(zhǔn)備；費(fèi)用較低；磚混構(gòu)造以小局部鋼筋混凝土及大局部磚墻承重的混合體構(gòu)造；對承重墻不能改動，僅適用于低層建筑；鋼筋混凝土構(gòu)造鋼筋會阻礙混凝土硬化時的自由收縮，在混凝土中會引起拉應(yīng)力，可采用預(yù)加應(yīng)力的方法;對混凝土預(yù)先施加壓力；受溫度影響嚴(yán)重，溫度高于60C時，混凝土材料的部構(gòu)造會遭到損壞，其強(qiáng)度會有明顯降低；主要用于大型公共建筑、工業(yè)建筑和高層住宅；鞏固、耐久、防火性能好；比鋼構(gòu)造節(jié)省鋼材和本錢低；鋼構(gòu)造主要承重構(gòu)件全部采用鋼材制作；構(gòu)造主要由型鋼和鋼板等制成的鋼梁、鋼柱、鋼桁架等構(gòu)件組成，各構(gòu)件或部件之間通常采用焊縫、螺栓或鉚釘連接；廣泛應(yīng)用于大型廠房、場館、超高層等領(lǐng)域；材料強(qiáng)度高

6、，自身重量輕；鋼材耐熱，韌性塑性好，材質(zhì)均勻，構(gòu)造可靠性高，密封性能好；鋼構(gòu)造制造安裝機(jī)械化程度高；低碳、節(jié)能、綠色環(huán)保，可重復(fù)利用；框架構(gòu)造梁和柱以剛接或者鉸接相連接而成，構(gòu)成承重體系的構(gòu)造；構(gòu)造的房屋墻體不承重，僅起到圍護(hù)和分隔作用；空間分隔靈活，自重輕，節(jié)省材料；框架構(gòu)造的梁、柱構(gòu)件易于標(biāo)準(zhǔn)化、定型化，便于采用裝配整體式構(gòu)造，以縮短施工工期；框剪構(gòu)造主要構(gòu)造是框架，由梁柱構(gòu)成，小局部是剪力墻；適用于平面或豎向布置繁雜、水平荷載大的高層建筑；既能為建筑平面布置提供較大的使用空間，又具有良好的抗側(cè)力性能；核心筒構(gòu)造外圍是由梁柱構(gòu)成的框架受力體系，而中間是筒體；適用于高層建筑構(gòu)造；具有極優(yōu)的抗

7、震性；有良好的抗側(cè)力性能；2.2 哈利法塔的建筑構(gòu)造分析全鋼構(gòu)造優(yōu)于混凝土構(gòu)造，適合于超高層建筑，這是上世紀(jì)六七十年代的普遍共識，并建造了大量300m以上的鋼構(gòu)造高層建筑。到八九十年代，純鋼構(gòu)造已經(jīng)不能滿足建筑高度進(jìn)一步升高的要求，其原因在于鋼構(gòu)造側(cè)向剛度的提升難以跟上高度的迅速增長，此后鋼筋混凝土核心筒加外圍鋼構(gòu)造就成為超高層建筑的根本形式。而哈利法塔做了前所未有的重大突破，采用了下部混凝土構(gòu)造、上部鋼構(gòu)造的全新構(gòu)造體系。即第一：-30601m為鋼筋混凝土剪力墻體系；第二：601828m為鋼構(gòu)造，其中601760m采用帶斜撐的鋼框架。第三：整體來看是一個豎向帶扶壁的核心筒構(gòu)造。迪拜塔是典型的

8、鋼筋混凝土筒中筒構(gòu)造，橫截面為Y狀十字形平面，除了它美學(xué)和功能上的優(yōu)點，螺旋形的Y狀十字形平面被用來塑造哈利法塔的構(gòu)造核心。這個設(shè)計是為了降低塔上受到的風(fēng)力，也是了保證構(gòu)造的簡單和施工的可行性。構(gòu)造體系可以被描述成支撐核心，是由高性能的混凝土墻構(gòu)造組成的。塔的每一翼經(jīng)由一個六邊形的中央核心或者說是六角形的中心支持著其它翼。這個中央核心提供了整個構(gòu)造抗扭強(qiáng)度，與一個封閉的管子或輪軸相似。通道墻從中央核心延伸到每個翼的盡頭，以變厚的錘頭墻完畢。這些通道墻和錘頭墻在抵抗風(fēng)的剪切力和彎矩上表現(xiàn)相似。周圍邊界上柱子和平坦的實心肋板使構(gòu)造體系變得完整。在設(shè)備層，懸臂墻被用來連接邊界上的柱子到墻系統(tǒng)，允許邊

9、界上的柱子參與抵抗構(gòu)造受到的橫向荷載，結(jié)果塔的側(cè)向剛度和抗扭剛度都非常大。而且它還是一個非常有效率的構(gòu)造，因為它的重力荷載抵抗系統(tǒng)也被使用起來，將它抵抗側(cè)向荷載的作用最大化。第3章哈利法塔的構(gòu)造布置3.1三叉形整體平面布置采用三叉形平面可以取得較大的側(cè)向剛度，降低風(fēng)荷載，有利于超高層建筑抗風(fēng)設(shè)計，同時對稱的平面可以保持平面形狀簡單，施工方便。圖1 三叉形平面3.2核心筒布置整個抗側(cè)力體系是一個豎向帶扶壁的核心筒，六邊形的核心筒居中；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。這樣一來，抗側(cè)力構(gòu)造形成空間整體受力，具有良好的側(cè)向剛度

10、和抗扭剛度。圖2 核心筒分布3.3由下至上的構(gòu)造布置根底構(gòu)造布置：如圖3，鋼筋和混凝土的根底是由一組組經(jīng)緯交織的根底元件構(gòu)成，中心效勞核為建筑提供了強(qiáng)側(cè)阻力，它由鋼筋混凝土、電梯和通風(fēng)管道構(gòu)成；三角形基座的厚度為3.7米，這個三角形基座由192根直徑為1.5米的深入地下50米的鋼管樁或支柱缸體支撐。圖3 根底如圖4，加強(qiáng)混凝土是現(xiàn)代建筑中常用材料，為建筑提供額外的強(qiáng)度；圖4 加強(qiáng)混凝土如圖5，所有的梁柱按照建筑的框架由鋼構(gòu)造連接起來；圖5 鋼接頭中間的中心六角墻筒體和四周的端柱中心六角墻核心筒靠風(fēng)墻和錘頭墻支撐，用來支撐重力和側(cè)向荷載，四周端柱承受建筑所有的橫向荷載；中心筒的抗扭作用可以模擬為

11、一個封閉的空心軸。這個軸由三個翼上的6道縱墻扶壁而大大加強(qiáng)；而走廊縱墻又被分戶橫墻加強(qiáng)。整個建筑就像一根剛度極大的豎向梁，抵抗風(fēng)和地震產(chǎn)生的剪力和彎矩。由于加強(qiáng)層的協(xié)調(diào)，端部柱子也參加抗側(cè)力工作。中間局部整體上看，豎向形狀按建筑設(shè)計逐步退臺，剪力墻在退臺樓層處切斷，端部柱向移，且有5個加強(qiáng)層，如圖6所示。圖6 加強(qiáng)層頂部601 m 以上是帶穿插斜撐的鋼框架，它承受重力、風(fēng)力和地震作用。鋼框架逐步退臺，從第l8級的核心筒六邊形到第29級的小三角形。從760米的高度開場，它設(shè)計了一種螺旋管鋼構(gòu)造體，從建筑物部一直延伸到頂端，這個螺旋管可以用液壓千斤頂提升，作為增加建筑物高度的支柱。-. z.第4章

12、哈利法塔的主要構(gòu)件位置構(gòu)造類型主要構(gòu)件簡介序號頂部760-828m鋼構(gòu)造螺旋管鋼構(gòu)造體建筑物部一直延伸到頂端，這個螺旋管可以用液壓千斤頂提升，作為增加建筑物高度的支柱1中間段601-760m鋼構(gòu)造帶穿插斜撐的鋼框架承受重力、風(fēng)力和地震作用；鋼框架逐步退臺，從第l8級核心筒六邊形到第29級的小三角形；20-601m鋼筋混凝土剪力墻體系六邊形核心筒整個抗側(cè)力體系是一個豎向帶扶壁核心筒，六邊形核心筒居中，用來支撐重力和側(cè)向荷載；3縱向走廊墻每一翼的縱向走廊墻形成核心筒的扶壁，共6道；4橫向分戶墻橫向分戶墻作為縱墻的加勁肋；既可與走廊墻之間形成可利用空間，又由于有樓板的連接，也可將橫向的荷載傳給護(hù)墻和

13、縱向走廊墻；5端柱每翼的端部有4根獨(dú)立的端柱，承受橫向的荷載；6剛性大梁建筑設(shè)計在豎向布置了7個設(shè)備層兼避難層，。利用其中的5個設(shè)備層做成構(gòu)造加強(qiáng)層。加強(qiáng)層設(shè)置全高的外伸剪力墻作為剛性大梁；7無梁樓板縱向各層空間的隔開；由于無量構(gòu)造，增加了空間的利用率和美觀；8安裝墻墻被最后安裝上，由典型的建筑材料玻璃幕墻構(gòu)成。9地底-70-0m鋼筋混凝土剪力墻構(gòu)造體系根底由一組組經(jīng)緯交織的根底元件構(gòu)成，中心效勞核為建筑提供了強(qiáng)側(cè)阻力，它由鋼筋混凝土、電梯和通風(fēng)管道構(gòu)成；10加強(qiáng)混凝土為建筑提供額外的強(qiáng)度11鋼筋混凝土框架梁、柱在根底上搭建的混凝土框架構(gòu)造，使得根底矩陣連接成為一個整體；12鋼接頭所有的梁柱按

14、照建筑的框架由鋼構(gòu)造連接起來13-. z.第5章哈利法塔設(shè)計的主要難度和亮點5.1 哈利法塔的主要設(shè)計難點1.整體的重量到達(dá)50萬噸，對根底、基座的承載要求較高，使得對根底、基座的設(shè)計成為難點；2.迪拜處于熱帶，有著極端炎熱的夏季高溫，玻璃墻透光會使得室溫度高，如何選擇好的玻璃幕墻也成為了設(shè)計的難點；3.迪拜所處在阿拉伯半島，北臨地中海，東臨印度洋，由于空氣對流會形成較強(qiáng)的風(fēng)力，對于超高的哈利法塔來說，抗風(fēng)的設(shè)計也成為了一項設(shè)計難點；4.對于超高建筑而言，由于自身的重量的緣故，對建筑穩(wěn)定性的要求很高，否則一旦不穩(wěn)固，建筑的自重將會給其本身造成嚴(yán)重的破壞，這使得抗震設(shè)計對于超高層建筑成為了普遍的

15、設(shè)計難點；5.2哈利法塔的主要設(shè)計亮點根底這個超級構(gòu)造是由一個巨大的鋼筋混凝土墊子支撐著的，而這個墊子是由很多鋼筋混凝土樁組成的，整個設(shè)計是基于廣泛的巖土和地震研究結(jié)果。墊子厚3.7m，由四塊獨(dú)立澆筑總計12，500立方米的混凝土組成。直徑1.5m長43m柱子的使用，意味著最大和最長的柱子在這個地區(qū)照常理是可用的。由于迪拜的地下水含高濃度氯化物和硫化物，容易侵蝕水泥和金屬柱，構(gòu)造工程師特別選用極高密度的水泥，還有就是在墊子下有個陰極保護(hù)系統(tǒng)，都是為了減少地下水中腐蝕性化學(xué)物質(zhì)的侵蝕程度?；怯尚弯摵弯摻罨炷两M成的，并由一組組經(jīng)緯交織的根底原件構(gòu)成，為迪拜塔提供了一個固定在地面上的根底。

16、所有的基座可以承受100萬噸以上的重量，最終迪拜塔828米50萬噸的重量對這些基座來說完全是綽綽有余，甚至大樓還可以再加高200層。這些基座還使竣工后的迪拜塔能輕松經(jīng)受里氏6級的地震，還能在每秒60米的大風(fēng)中保持穩(wěn)定，在高樓辦公的人們也不會感受到任何搖晃。玻璃幕墻外飾面由用反射性質(zhì)的鋁和有織紋的不銹鋼上釉的窗拱肩面板以及不銹鋼垂直管狀散熱片組成。26,000塊單獨(dú)手工剪切的玻璃嵌板被用于哈利法塔的外飾面。超過300名來自中國的玻璃幕墻專家被引入到了塔的外飾面工作中。外飾面系統(tǒng)被設(shè)計來抵擋迪拜極端炎熱的夏季高溫，并且為了進(jìn)一步確認(rèn)其完整性，一個二戰(zhàn)時飛機(jī)的引擎被使用來進(jìn)展玻璃幕墻的動態(tài)風(fēng)和水測試

17、。哈利法塔所有的玻璃幕墻足以覆蓋17座足球場或25座橄欖球場?？癸L(fēng)設(shè)計在考慮風(fēng)對迪拜塔的影響時，設(shè)計團(tuán)隊認(rèn)為與其對抗強(qiáng)風(fēng)，不如欺騙強(qiáng)風(fēng)。當(dāng)這個建筑隨高度螺旋上升，每一翼會逐漸收縮，塔樓每一段的設(shè)計都以不同方式偏向風(fēng)，使整個塔的形狀詭異多變。塔的收縮使每一樓層具有不同的寬度，塔的這種變化和形狀有擾亂風(fēng)的作用：風(fēng)漩渦難以在塔的背風(fēng)面形成，因為在每一個新的樓層風(fēng)又會遭遇到一個不同的建筑形狀，破壞了強(qiáng)風(fēng)對對大樓的影響力?？拐鹪O(shè)計構(gòu)造工程師團(tuán)隊使用地震模擬器振動臺對等比例縮小的迪拜塔模型進(jìn)展振動測試。在較小地震下大樓的晃動很小，隨著震動強(qiáng)度的增大，大樓的晃動隨之變得劇烈，但是性能依然非常好：底下的地面晃動非常劇烈，頂層卻幾乎不動。這是因為迪拜塔主體構(gòu)造是巨大的鋼筋混凝土骨架，賦予了大樓超高的強(qiáng)度，而鋼梁的參加則給整體構(gòu)造參加了柔性，柔性的