迪拜哈利法塔浅析

迪拜哈利法塔目前世界最高建筑浅析建筑1201班王玲工程简介•迪拜哈利法塔是目前世界上最高的建筑，由美国SOM公司设计，工程总承包单位为韩国三星，我国江苏南通六建集团公司承包土建施工，幕墙分别由香港远东、上海力进、陕西恒远三家公司承包。自2004年9月至2010年1月。总工期为1325天，用工2200万工时，总造价为l5亿美元。•建筑总高度为828m；混凝土结构高度为601m；基础底面埋深为30m；桩尖深度为70m；全部混凝土用量为330000m；总用钢量为104000t(高强钢筋为65000t型钢为39000t)。总建筑面积为526700m；塔楼建筑面积为344000m：塔楼建筑重量为50万t；可容纳居住和工作人数为12000人；有效租售楼层为162层。建筑设计•哈利法塔的建筑理念是“沙漠之花——DesertFlower”，平面是三瓣对称盛开的花朵；形成一个Y字形。立面通过21个逐渐升高的退台形成螺旋线。•哈利法塔的建筑幕墙总面积为13．5万m2，其中塔楼部分为12万m2。幕墙总造价约为人民币8亿元。约为6000元/m2。•哈利法塔很高，风力作用下，上部楼层水平位移较大，将酒店和公寓安排在下部楼层，办公楼层放在上层，可获得更好的舒适性。建筑背景——迪拜的今昔对比摄于1990年昔日迪拜黄沙滚滚驼铃声声少见行人摄于2003年同一条街今日迪拜旧貌新颜十年巨变换了人间•哈利法塔作了前所未有的重大突破，采用了下部混凝土结构，上部钢结构的全新结构体系。-30~601m为钢筋混凝土剪力墙体系；60～828m为钢结构，其中601～760m采用带斜撑的钢框架。到混凝土结构的顶点601m处，最大位移仅450mm：到了钢框架顶点760m处，位移就迅速增大至1250mm；到钢桅杆顶点828m处，位移就达到1450mm。所以哈利法塔把酒店和公寓都布置在601m以下的混凝土结构部分；而将601m以上的钢结构部分作为办公楼使用。•采用三叉形平面可取得较大的侧向刚度，降低风荷载，有利于超高层建筑抗风设计。同时对称的平面可保持平面形状简单，施工方便。整个抗侧力体系是一个竖向带扶壁的核心筒。六边形的核心筒居中：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。这样一来，抗侧力结构形成空间整体受力，具有良好的侧向刚度和抗扭刚度中心筒的抗扭作用可模拟为一个封闭的空心轴，由3个翼上的6道纵墙扶壁而大大加强；而走廊纵墙又被分户横墙加强。整个建筑就像一根刚度极大的竖向梁，抵抗风和地震产生的剪力和弯矩。由于加强层的协调，使端部柱也参加抗侧力工作。结构布置·结构生成平面图1.束筒结构2.结构特点这种结构大大增强了建筑物的刚度和抗侧向力的能力；束筒结构可组成任何建筑外形，并能适应不同高度的体型组合的需要,丰富了建筑的外观。竖向布置•竖向形状按建筑设计逐步退台，剪力墙在退台楼层处切断，端部柱向内移。分段步步切断可使墙、柱的荷载平顺地逐渐变化，同时也避免了墙、柱截面突然变化给施工带来的困难。全高21个退台要形成优美的塔身宽度变化曲线，且要与风力的变化相适应。建筑设计在竖向布置了7个设备层兼避难层，每个设备层占二三个标准层。利用其中的5个设备层做成结构加强层。加强层设置全高的外伸剪力墙作为刚性大梁，使得端部柱的轴力形成大力矩抵抗侧向力的倾覆力矩。而且，刚性大梁调整了各墙、柱的竖向变形，使得它们的轴向应力更均匀，降低了各构件徐变的变形差。混凝土结构设计•混凝土强度等级：127层以下为C80；127层以上为C60。C80混凝土90d弹性模量为43800N/mm2，采用硅酸盐水泥，加粉煤灰。进行了构件截面尺寸的仔细调整以减少各构件收缩和徐变变形差。原则上使端柱和剪力墙在自重作用下的应力相近。由于柱和薄的剪力墙收缩较大，所以端柱的厚度与内墙相同，取600mm。设计时尽量考虑构件的体积与表面积的比值接近，使各构件的收缩速度接近，减少收缩变形差。在立面内收处，钢筋混凝土连梁要传递竖向荷载(包括徐变和收缩的效应)，并联系剪力墙肢以承受侧向荷载。连梁计算图形为交叉斜杆。这个设计方法可使连梁高度降低。楼层数量多，压低层高有很大的意义。标准层层高为3．2m，采用无梁楼板，板厚为300mm。钢结构设计•601m以上是带交叉斜撑的钢框架，它承受重力、风力和地震作用。钢框架逐步退台，从第l8级的核心筒六边形到第29级的小三角形。最后只剩直径为1200mm的桅杆。这根桅杆是为保持世界第一建筑高度而专门设计的，它可从下面接长，不断顶升，预留了200m的上升高度，所有外露的钢结构都包铝板作为装饰。结构分析•结构分析考虑了重力荷载、风荷载和地震效应。建立三维分析模型，包括钢筋混凝土墙、连梁、板、柱、顶部钢结构、筏板和桩。•分析结果表明，在50年一遇风力作用下，结构水平位移：828m顶部处为1450mm，办公层顶部处为1250mm，公寓层顶部处为450mm。这个位移值低于通用的标准，符合设计的要求。•动力分析得到各振型和周期：／1=11．3s(X向)，=10.2s(Y向)，T5=4．3s(扭转)内力分析表明，钢筋混凝土塔楼部分地震力不起控制作用：但裙房和顶部钢结构处，地震内力对设计有作用。迪拜塔设计所用的技术手段•第一，坚实的基础：•“迪拜塔”矗立在沙漠之上，因此，它需要一个坚实庞大的基础，以支持重量可能超过50万t的地面以上建筑。SOM公司的解决办法是，将“迪拜塔”建造在一个3.7m厚的三角形结构的底板上，这个三角形底板由192根直径为1.5m的钢管桩或支柱缸体支持。这些钢管桩或支柱缸体深入地下50m。•由于沙漠底层岩石浅，若采用常见的旋转式钻孔，在钻完后任何大洞都会立刻塌陷。为防止塌陷，工程师又实现了又一项发明，他们在钻孔中注满一种特殊聚合物泥浆，来阻止大洞塌陷。第二，抗震设计为了保持这幢超高层建筑物的稳定性，“迪拜塔”的设计标准是能够经受里氏6级地震（当地属于地球上少地震的地区）。能在55m/s的大风中保持稳定（在高楼中办公的人完全感觉不到大风的影响）。•第三，全程监控建筑过程•为了保证迪拜塔在建筑过程的稳定，它的垂直方向和水平方向的动态，都有一个全球卫星定位系统进行跟踪，在建设期间，建筑物的重力变化情况，由设置在建筑物中的700多个传感器进行实时监测。第四，工程进度：工程每天耗资巨大，因此工程师必须发明使工程速度激增的新工法。于是定制了“迪拜塔”47个月的建设时间表，基本上以3天为一个生产周期，包括安装钢结构件，浇筑混凝土等工作。钢结构件预先在地面制作，按照建设的进度，用起重机吊到高空进行安装，大大缩短了工期第五，浇筑混凝土程序：在三天建设周期的第二天，在一个特定楼面的内部结构模板安装到位，同时通道打开，并安装钢支持梁。下一天，混凝土灌入外墙，然后，又进行下一个楼层的建设。•第六，液压千斤顶提升•在某个楼层完工之前，建筑工程师用一个起重能力达2300吨的液压千斤顶提升浇注混凝土的外壳和建筑材料。•第七，超级起重机•在迪拜塔已完工的楼层上，安装了三台巨大的塔式起重机来起吊大量的建筑材料，方便工人快速的工作。•第八，混凝土制作设备•在迪拜塔工地上，有四台巨大的混凝土搅拌机，能够快速制作混凝土，也为较短的工期提供了可能。•第九，混凝土高压泵•在工地上，利用高压泵将混凝土输送到570米以上的高度，并且不影响混凝土的基本性能。保证了工人的快速作业。•第十，附着式升降机•迪拜塔工地的另一种起重设备是附着式升降机，用来运送建筑材料和工人。在工地上，有14台这样的升降机在运行。第十一，预防建筑物下沉•“迪拜塔”建成之后的自重达到500,000T，会出现一定沉降的趋势。所以在建设过程中，每一层的实际高度比设计高度高出4mm.第十二，确保世界第一高度为了使迪拜塔保持世界最高建筑物的称号，从700高度开始，他设计了一种螺旋管钢结构体，从建筑物内部一直延伸到顶端，这个可以用液压千斤顶提升，作为增加建筑物高度的支柱。•第十三，完备的安全设施•迪拜塔设计了4个避护所，每30层一个，解决了火灾和恐怖袭击等紧急情况下人流疏散问题。另外，除了54部高速电梯，还安装有专门的应急电梯，用于疏散人群。迪拜在遮阴下的气温通常都高达40摄氏度。在玻璃引进光源的同时，也引进了大量的太阳辐射，密封的玻璃窗又不能使热气外泄。辐射就会造成室内高温。为避免炽热的沙漠骄阳，工程师又发明了一项设备，它可以借由湿度的增加，使潮湿的热空气冷却、迪拜塔在避免高温的最关键的方法在于工程师在玻璃的内外表面都涂了特殊的金属涂层，外层可以反射太阳紫外线，内层可以阻止沙漠沙粒的红外线。干燥。迪拜在遮阴下的气温通常都高达40摄氏度。在玻璃引进光源的同时，也引进了大量的太阳辐射，密封的玻璃窗又不能使热气外泄。辐射就会造成室内高温。为避免炽热的沙漠骄阳，工程师又发明了一项设备，它可以借由湿度的增加，使潮湿的热空气冷却、干燥。迪拜塔的特殊技术1，散热迪拜塔所有的动力均采集自环保的能源，如风能、太阳能和水能等。更高的海拔能使它利用到更快的风速，更深的地基又能使它们更好地利用地热。这就要求设计师考虑周密，在最大程度上利用大自然的能量。摩天大楼光照充足，能利用光电系统吸收太阳能；更深的地基能使摩天大楼更好地利用地热和辐射冷却系统。2，零排放(zeroemission)(zeroemission)迪拜塔建成后将采用世界最快电梯，速度达17.5米/秒。从首层升至120层景观层只用了50秒。在景观层，整个迪拜市容尽收眼底，被誉为世界第八奇迹的“棕榈岛”和建设中的“世界岛”都能一览无余。然而，要在这么快的速度下迅速使电梯减速停止，是极其困难的。早期的电梯有个致命的缺陷，一旦电梯的绳索断裂，电梯就会飞速下坠。工程师为解决这个问题，发明了一种可任意立刻阻止电梯下降的安全刹车装置，使电梯与锯齿相扣，动弹不得。迪拜塔建成后将采用世界最快电梯，速度达17.5米/秒。从首层升至120层景观层只用了50秒。在景观层，整个迪拜市容尽收眼底，被誉为世界第八奇迹的“棕榈岛”和建设中的“世界岛”都能一览无余。然而，要在这么快的速度下迅速使电梯减速停止，是极其困难的。早期的电梯有个致命的缺陷，一旦电梯的绳索断裂，电梯就会飞速下坠。工程师为解决这个问题，发明了一种可任意立刻阻止电梯下降的安全刹车装置，使电梯与锯齿相扣，动弹不得。迪拜塔建成后将采用世界最快电梯，速度达17.5米/秒。从首层升至120层景观层只用了50秒。在景观层，整个迪拜市容尽收眼底，被誉为世界第八奇迹的“棕榈岛”和建设中的“世界岛”都能一览无余。然而，要在这么快的速度下迅速使电梯减速停止，是极其困难的。早期的电梯有个致命的缺陷，一旦电梯的绳索断裂，电梯就会飞速下坠。工程师为解决这个问题，发明了一种可任意立刻阻止电梯下降的安全刹车装置，使电梯与锯齿相扣，动弹不得。迪拜塔建成后将采用世界最快电梯，速度达17.5米/秒。从首层升至120层景观层只用了50秒。在景观层，整个迪拜市容尽收眼底，被誉为世界第八奇迹的“棕榈岛”和建设中的“世界岛”都能一览无余。然而，要在这么快的速度下迅速使电梯减速停止，是极其困难的。早期的电梯有个致命的缺陷，一旦电梯的绳索断裂，电梯就会飞速下坠。工程师为解决这个问题，发明了一种可任意立刻阻止电梯下降的安全刹车装置，使电梯与锯齿相扣，动弹不得。3，高速电梯迪拜塔暴露在巨大的风力中，如果用传统钢骨架盖塔楼就会受到强风作用而被吹弯，在塔内的人会像在船上一样摇晃不定。最终建筑师求助于高度先进的航空动力学，不断进行风洞测试。他们通过特殊的塔楼设计，每段以不同方式偏移风向，扰乱涡旋的力量，破坏风势对大楼的影响。4，风力航空动力学33:15迪拜的成就•2006年8月号的《东方企业家》杂志主题文章是“全球必修迪拜学”。“迪拜”居然成了一门学问。•在今天的迪拜，有超过180个国籍的人居住在这里，估计外国人占的比例已超过85%。如今这座人口140万、地域3885平方公里的城市的人均GDP（2005年）已达到33688美元，处于西方最发达国家的水平。迪拜的奇迹对我们的启示在于：•其一，人文的