哈利法塔结构设计及健康监测哈利法塔结构设计及健康监测2014-03-07黑占右倒倡昌注建筑结构1 工程概况哈利法塔是目前世界上最高的建筑（图1 ）,其 高度为828m，是一座集酒店、公寓、写字楼等为一体的综 合性建筑有效租售楼层162层，建筑面积526700m2，塔 楼建筑面积344000m2，总造价为15亿美元工期自2004 年9月至2010年1月 为保持世界最高建筑的地位，钢 结构顶部设置了直径为1200mm的可活动的中心钢桅杆（图 2）,由底部不断加长，用油压设备不断顶升，其预留高度为 200m为此哈利法塔始终不宣布建筑高度到2009年底， 确认五年内世界各国都不可能建成更高的建筑，才最后确定 828m的最终高度塔楼酒店平面及整体立面图见图3，4 2010年1月4日，哈利法塔举行了开幕式，正式宣布建成2 建筑幕墙2.1幕墙系统概况哈利法塔的建筑幕墙（图 5）总面积为13.5万m2，其中塔楼部分为12万m2在塔 楼幕墙中，玻璃10.5万m2，不锈钢板1.5万m2，相当于17个足球场面积采用单元式幕墙，共有23566个单元板 块幕墙安装从2007年5月开始，到2009年9月完工， 历时30个月。
开始一天只能安装20~30个单元，最后最高 每天可达175个单元幕墙总造价约为人民币8亿元，约为 6000 元/m22.2入口处索网双层幕墙系统三个入口处设入口大厅，周边 均由索网双层幕墙封闭，分别用于酒店、公寓、写字楼为 做到透光不透热，做双层通风幕墙，内外幕墙均用索网两 道幕墙均为圆柱形，竖向为直线，水平是圆弧（图6）2.3幕墙金属支承结构的防雷为了保证强大的雷电电流能顺 畅导入地下，首先支承结构的各构件都必须电气连通，形成 建筑表面的防雷网这一防雷系统必须与主体结构的防雷系 统可靠连接，通过主体结构的防雷导线将雷电引入地下由 金属梁柱构成的防雷网，就像“金钟罩”一样保护了建筑本身 至今所有遭受雷击的超高层建筑，幕墙都未受到损坏哈里 法塔在2010年遭受雷击的照片见图73结构体系和结构布置3.1结构体系哈利法塔采用下部混 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3.2结构布置采用三叉形平面可以取 得较大的侧向刚度，整个抗侧力体系（图8，9）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，共六道；横向分户墙作为纵墙的加劲 肋；此外，每翼的端部还有四根独立的端柱。
3.3竖向布置 竖向形状按建筑设计逐步退台，退台要形成优美的塔身宽度 变化曲线，而且要与风力的变化相适应在竖向布置了七个 设备层兼避难层，利用其中的五个设备层做成结构加强层 （图 10*4结构设计混凝土结构设计按美国规范ACI 318-02进行 混凝土强度等级：127层以下C80 ； 127层以上C60端柱 厚度取与内墙相同，即600mm标准层层高为3.2m，采用 无梁楼板，板厚为300mm （图11 *塔楼601m以上是带交叉斜撑的钢框架钢框架逐步退台， 从第18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，见图12，13采用摩擦桩加筏板联合基础（图14 * 194根现场灌注桩， 长度约43m，直径1500mm桩尖深度-70m （图15）筏 板厚度3.75m对筏板连同桩、周边土体进行了三维有限元 分析，分析表明，基础长期沉降为80mm，施工到135层时 沉降30mm，工程完工后，实测沉降为60mm5 结构 健康监测系统对哈利法塔进行结构健康监测的目的是确定 施工期间和使用周期内塔楼的结构性能，监测的内容如下： 1）桩基础荷载在土中的传递；2）筏板基础的沉降；3）核 心筒内巨柱和外柱的压缩变形；4）施工期间分层加载重力 荷载引起的巨柱和核心筒的总应变；5）施工期间和施工完 成后塔楼的侧向位移；6）同一位置施工期间塔楼位移和动 力特性；7）塔楼使用期间沿高度方向7个位置处的位移、 加速度和动力特性；8）沿高度方向风速、风场分布、温度 差异和湿度的测量；9）监测塔尖的疲劳性能。
5.1测量监 测系统在每层楼设置的测量系统由以下部分组成：1）自动 爬模系统（ACS）,且在其顶部竖杆上安装三个GPS接收天 线；2）每个GPS接受天线的下方安装可倾斜的圆形棱镜； 3）混凝土顶部安装测量总站仪器（TPS）从基础开始每隔 20层，将楼层的测量系统和8个测斜仪（莱卡NIVEL 200 双轴精确测斜仪）安装在一起，测斜仪安装在中心核心筒区 域内哈利法塔的测量监测系统（图16）会定期测量建筑的 真实位移，所有定期测量都在清早进行，并关闭塔吊手 机横屏图片显示更清楚）建立三维有限元分析模型进行分析， 见图17结果表明：基础沉降测量远远比采用PLAXIS软件 估算的值低；施工期间柱（墙）的实际总应变值和收缩量与 分析值吻合得很好；施工期间侧向位移的测量值和分析值也 比较吻合5.2应变测量测量柱和核心筒单元的总应变需要安装以下 设备：1）接在钢筋上的197个电阻式应变计；2）埋在混凝 土中的197个电子引伸计——振弦式应变计；3）筏板基础 共埋有24个型号为VSM 4200的振弦式应变计、3个接线 盒、2个荷载光电管上的接线盒由图18可看到测量全楼的 所有应变计位置施工期间的实测应变值和有限元分析值两 者吻合得很好。
临时性实时监测系统（图19）包括：1）加速度仪；2）完 整的GPS系统；3）测量138层气温、湿度和风速风向的气 象站2008年9月10日，塔楼受到Bandar Abbas地震的 影响此次地震中，记录了安装监测系统后出现的最大加速 度值图20是为哈利法塔量身定做的结构健康监测系统，包括：1） 在基础顶面安装3对加速度仪用于收集基础加速度；2）在 73, 123, 155层混凝土顶部，160M3层，墙肢23A和顶部尖 塔顶端安装6对加速度仪测量塔楼所有层的实时加速度值； 3）160M3层安装GPS系统测量结构位移；4）在所有平台 层、平面缩进层和828m高的塔尖顶端布置23个超声波风 力传感计，测量风速和风向；5）160M3层气象站测量风速、 风向、相对湿度和温度有限元分析值和监测值的对比结果 令人满意更多内容详见：《建筑结构》杂志2014年第5期文章《哈利 法塔结构性能和响应的验证:足尺结构健康监测方案》，作者： Ahmad Abdelrazaq，单位：三星C&T公司高层及复杂 建筑部《建筑结构■技术通讯》2013年3期文章《迪拜哈利 法塔结构设计与施工》，作者：赵西安，单位：中国建筑科 学研究院。