【精品案例】迪拜塔身处沙漠，基础结构如何满足结构要求？

导读：

揭秘沙漠建筑，一起走进迪拜！

迪拜塔主楼桩筏基础由192根螺旋灌注桩组成，桩径1.5米，桩长约50米。混凝土消耗量44,726 m3。主楼筏板厚度3.7米，满堂布置。



岩土工程师是Hyder Consulting（安诚在HK根植多年）的Grahame Bunce，及来自Coffey Geotechnics（目前业务只在英联邦开展）的Harry G. Poulos。

基础沉降估算值为不超过75mm。最大轴向荷载在主楼边缘处，以下是用ACE仿真





一共使用270根钻孔灌注桩，其中72根深达110米，其余桩深为50-88米




施工由德国宝峨完成，钻机是BG40旋挖钻机和BG28（BG40）




结构设计精析
低调的说，哈里发塔在建筑设计领域代表着最高水准。从最初概念到最终完成，一些重要的技术创新和创新结构设计方法的综合，促生了这个既有效率又强壮的超级结构。




1.基础


这个超级结构是由一个巨大的钢筋混凝土垫子支撑着的，而这个垫子是由很多钢筋混凝土桩组成的，整个设计是基于广泛的岩土和地震研究结果。垫子厚3.7m，由四块独立浇筑总计12，500立方米的混凝土组成。直径1.5m长43m柱子的使用，意味着最大和最长的柱子在这个地区照常理是可用的。


由于迪拜的地下水含高浓度氯化物和硫化物，容易侵蚀水泥和金属柱，结构工程师特别选用极高密度的水泥，还有就是在垫子下有个阴极保护系统，都是为了减少地下水中腐蚀性化学物质的侵蚀程度。






2. 基座


基座是由型钢和钢筋混凝土组成的，并由一组组经纬交错的基础原件构成，为迪拜塔提供了一个固定在地面上的基础。所有的基座可以承受100万吨以上的重量，最终迪拜塔828米50万吨的重量对这些基座来说完全是绰绰有余，甚至大楼还可以再加高200层。


这些基座还使竣工后的迪拜塔能轻松经受里氏6级的地震，还能在每秒60米的大风中保持稳定，在高楼办公的人们也不会感受到任何摇晃。




3.玻璃幕墙


外饰面由用反射性质的铝和有织纹的不锈钢上釉的窗拱肩面板以及不锈钢垂直管状散热片组成。26,000块单独手工剪切的玻璃嵌板被用于哈利法塔的外饰面。


超过300名来自中国的玻璃幕墙专家被引入到了塔的外饰面工作中。外饰面系统被设计来抵挡迪拜极端炎热的夏季高温，并且为了进一步确认其完整性，一个二战时飞机的引擎被使用来进行玻璃幕墙的动态风和水测试。哈利法塔所有的玻璃幕墙足以覆盖17座足球场或25座橄榄球场。




4. 结构体系


迪拜塔是典型的钢筋混凝土筒中筒结构，横截面为“Y”状十字形平面，除了它美学和功能上的优点，螺旋形的“Y”状十字形平面被用来塑造哈利法塔的结构核心。


这个设计是为了降低塔上受到的风力，也是了保证结构的简单和施工的可行性。结构体系可以被描述成“支撑核心”，是由高性能的混凝土墙结构组成的。塔的每一翼经由一个六边形的中央核心或者说是六角形的中心支持着其它翼。


这个中央核心提供了整个结构抗扭强度，与一个封闭的管子或轮轴相似。通道墙从中央核心延伸到每个翼的尽头，以变厚的锤头墙结束。这些通道墙和锤头墙在抵抗风的剪切力和弯矩上表现相似。周围边界上柱子和平坦的实心肋板使结构体系变得完整。


在设备层，悬臂墙被用来连接边界上的柱子到内墙系统，允许边界上的柱子参与抵抗结构受到的横向荷载，结果塔的侧向刚度和抗扭刚度都非常大。而且它还是一个非常有效率的结构，因为它的重力荷载抵抗系统也被使用起来，将它抵抗侧向荷载的作用最大化。







5.抗风设计



在考虑风对迪拜塔的影响时，设计团队认为与其“对抗”强风，不如“欺骗”强风。当这个建筑随高度螺旋上升，每一翼会逐渐收缩，塔楼每一段的设计都以不同方式偏向风，使整个塔的形状诡异多变。


塔的收缩使每一楼层具有不同的宽度，塔的这种变化和形状有“扰乱风”的作用：风漩涡难以在塔的背风面形成，因为在每一个新的楼层风又会遭遇到一个不同的建筑形状，破坏了强风对对大楼的影响力。




6.抗震设计


结构工程师团队使用地震模拟器（振动台）对等比例缩小的迪拜塔模型进行振动测试。在较小地震下大楼的晃动很小，随着震动强度的增大，大楼的晃动随之变得剧烈，但是性能依然非常好：底下的地面晃动非常剧烈，顶层却几乎不动。


这是因为迪拜塔主体结构是巨大的钢筋混凝土骨架，赋予了大楼超高的强度，而钢梁的加入则给整体结构加入了柔性，柔性的加入提高了结构的抗震性能，在地震时，主体钢筋混凝土骨架屹立不动，结构其他部分柔性颇佳，可随着外力的袭击而收缩变形，消耗了地震能量，保证了大楼的安全。


另外迪拜塔的底下有着200根50米长的桩基通力合作，即阻止了50万吨大楼的下陷，也提高了大楼的抗震性能。




7.尖塔


哈里发塔最高处是它套筒式的尖塔，是由超过4,000吨结构钢材组成的。尖塔是从建筑的内部修建的，利用液压泵将它抬高起来的，整个高度超过了200米（700英尺）。


除了能将哈里发塔固定成世界上最高的结构，这个尖塔对总体设计来说是完整的，给这个地标性建筑创造了一种完整感。尖塔上也覆盖着必需的通讯设备。



8.设备层、广播和通信层

七个双层高的设备层把很多给哈利法塔带来生命力的设备储藏在内。分散地布置在每三十个楼层，设备层储藏着配电站、水箱和水泵、空气处理单元等，这些对塔的运转和居住者的舒适度都是必不可少的。
顶上的四层为通信和广播专门保留出来。这些楼层占据着尖塔以下的部分。


9. 窗户清洗系统



塔的外部维护包括窗户清洗和外观维护是由18个永久安装好的轨道和固定着望远镜、安装着支架的建筑维护单元解决的。安装好的轨道被储存在车库里，在结构的内部，当不用的时候是见不到的。载人支架能够到达塔的外表从顶部至第7层的所有区域。


建筑维护单元的起重臂，当它完全展开能达到36m并且总长度约45m的长度。当完全伸缩时，为了停靠位置，起重臂的长度将会达到15m 的长度。在正常情况下，伴随着所有建筑维护单元的运转，将花费3-4个月去清洗整个外观。


10. 机械、电气和水管设施


为了获得最大的效率，在设计阶段建筑师、结构工程师和其他的一些顾问就在一起共同讨论过机械、电气和水管设施服务项目的协调发展。
塔的水系统日供水量平均在946，000公升（250,000加仑）。


在制冷高峰期，哈利法塔将会需要10,000吨冷气，相当于10,000吨融冰提供的冷却能力。迪拜的热，湿润气候再加上建筑的冷却要求创造了巨额的冷凝水。这些水被收集起来并且用单独的管道系统运送到地下一层的停车场。


冷凝物收集系统每年提供大约1千5百万加仑回收水，相当于大约20个奥林匹克游泳池的水。哈利法塔的峰值电力需求是36MW，相当于大约360,000个100瓦的灯泡同时运作。







12.消防安全



消防安全和疏散速度在哈里发塔的设计中是首要因素。混凝土环绕着所有的楼梯间和建筑设施，消防队员专用的电梯拥有5,500Kg的容量，将会成为世界上最高的服务电梯。因为人们不可能自己走下160层，所以几乎每25层都设有一个密封的、有空调设备的避难区。


13.电梯


哈里发塔将成为57部电梯和8部自动扶梯的所在地。这个建筑物设施/消防队员专用电梯将会拥有5,500Kg的容量，将会成为世界上最高的服务电梯。


哈里发塔将会成为第一个在其中设置固定的电梯以便疏散和处理其它安全事件的超高层建筑。哈里发塔的观景电梯是双层电梯，每层可容纳12-14个人。运行时可达10m/s，这些电梯从底部运行到顶部将拥有世界上最长的运行距离。


14.国际合作和施工进度


虽然迪拜塔位于阿拉伯半岛，却是国际合作的产物，众多建筑方中只有一家来自迪拜。建筑师和工程师是美国人，主要建筑承包商来自韩国。安全顾问是澳大利亚人，而低层内部装修则交给了新加坡公司。此外，还有4000名印度劳工在工地上奔波。他们分三班昼夜不停工作，还要忍受迪拜夏季闷热的天气。


迪拜塔动土于2004年9月21日 ，竣工于2010年1月4日，耗资15亿美元，共调用了约4000名工人和100台起重机，平均每3天能盖起一层楼，总共会使用33万立方米混凝土、3.9万公吨钢料及14.2万平方米玻璃，终于建造出了这个人类建筑史上的奇迹。