迪拜哈利法塔结构,迪拜最高楼哈利法塔介绍

首页 > 国际 > 作者:YD1662024-05-18 06:19:15

图4 三瓣盛开的沙漠之花

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。按现在的布局,公寓最高层为108层,最大位移为450mm,办公最高层为162层,最大位移为1250mm。

3 风洞试验

为了给主体结构设计和幕墙设计提供技术依据,进行了40次以上的风洞试验。风洞试验在加拿大安大略RWDI边界层风洞进行。风洞尺寸为2.4m×1.9m和4.9m×2.4m。分别进行了刚性模型的力平衡试验和弹性模型的多自由度试验。按50年一遇的风力,做了风压分布、风环境(图5)、风气候等方面的研究。模型测点为1140个。

迪拜哈利法塔结构,迪拜最高楼哈利法塔介绍(5)

刚性和气弹性整体模型为1/500,局部风力研究的模型为1/250及1/125。取用了6个主风向:3个翼尖方向和3个凹入方向,试验表明主控制方向是翼尖风向。

50年一遇风力按55m/s考虑,最大风力在退台附近。最大负风压为-5.5kPa,最大正风压为 3.5kPa。

4 结构体系和结构布置

4.1结构体系

“全钢结构优于混凝土结构,适合于超高层建筑”,这是20世纪六七十年代的普遍共识。这个时期大量建造了300m以上的钢结构高层建筑,如1971年建成的纽约世界贸易中心双塔(412m)、1974年建成的芝加哥西尔斯大厦(442m)。到了20世纪八九十年代,人们发现纯钢结构已不能满足建筑高度进一步升高的要求,其原因在于钢结构的侧向刚度提高难以跟上高度的迅速增长。从此以后,钢筋混凝土核心筒加外围钢结构就成为超高层建筑的基本形式。我国如上海金茂大厦(1997年,420m)、台北101(1998年,448m)、香港国际金融(2010年,420m)、广州西塔(2010年,460m)、广州电视塔(2009年,460m)、上海环球金融(2009年,492m)、上海中心(2014年,632m),深圳平安保险(在建,680m)等,均无一例外。

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;601~828m为钢结构,其中601~760m采用带斜撑的钢框架。我们可以比较一下:纽约世贸中心纯钢结构,412m处的最大侧移为1000mm;而哈利法塔混凝土结构,601m处的最大侧移仅为450mm。

即使从哈利法塔本身来看,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,位移就达到了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。

4.2结构布置

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(图6)。

迪拜哈利法塔结构,迪拜最高楼哈利法塔介绍(6)

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。

4.3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(图7)。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。

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图7 五个结构加强层

5结构设计和结构分析

5.1混凝土结构设计

混凝土结构设计按美国规范ACI318-02进行。

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。连梁按ACI318-02附录A设计,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(图8)。

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