哈利法塔的結(jié)構(gòu)分析與布置

1、哈利法塔的結(jié)構(gòu)分析與布直檔封面，使用時(shí)可以刪除is for reference only-rar21 year.March建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)例與分析其京航空航夭大爭(zhēng)B E I H A N G UNIVERSITY目錄第1章哈利法塔簡介. 錯(cuò)誤!未定義書簽。第2章哈利法塔的結(jié)構(gòu)類型. 錯(cuò)誤!未定義書簽。建筑的結(jié)構(gòu)類型分類.錯(cuò)誤!未定義書簽。哈利法塔的建筑結(jié)構(gòu)分析.錯(cuò)誤!未定義書簽。第3章哈利法塔的結(jié)構(gòu)布置.錯(cuò)誤!未定義書簽。三叉形整體平而布置 .錯(cuò)誤!未定義書簽。核心筒布置 .錯(cuò)誤!未定義書簽。由下至上的結(jié)構(gòu)布置 .錯(cuò)誤!未定義書簽。第4章哈利法塔的主要構(gòu)件.錯(cuò)誤!未定義書簽。第5章哈利法塔設(shè)計(jì)的主

2、要難度和亮點(diǎn).錯(cuò)誤!未定義書簽。哈利法塔的主要設(shè)計(jì)難點(diǎn).錯(cuò)誤!未定義書簽。哈利法塔的主要設(shè)計(jì)亮點(diǎn).錯(cuò)誤!未定義書簽。第1章哈利法塔簡介哈利法塔（Buri Khal辻a Tower）（原名迪拜塔，又稱迪拜大 廈或比斯迪拜塔）是韓國三星公司負(fù)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日開始動(dòng)工，2010年1月4日竣工，為當(dāng)前世界第一高樓與 人匸構(gòu)造物，造價(jià)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,凝土結(jié)構(gòu) 高度601m,總建筑而積萬m2,塔樓建筑而積萬m2?；A(chǔ)底而埋 深-30m,樁尖深度-70m；混凝土用量33萬

3、m3,總用鋼量萬t （高 強(qiáng)鋼筋萬t,型鋼萬t）。第2章哈利法塔的結(jié)構(gòu)類型建筑的結(jié)構(gòu)類型分類建筑結(jié)構(gòu)名稱特性優(yōu)點(diǎn)磚木結(jié)構(gòu)1. 用磚墻、磚柱、木屋架作為主要承 重結(jié)構(gòu)的建筑；2.適用于低層建筑；1. 結(jié)構(gòu)建造簡單；2.材料容易準(zhǔn)備；3.費(fèi)用較低；磚混結(jié)構(gòu)1. 以小部分鋼筋混凝土及大部分磚墻 承重的混合體結(jié)構(gòu)；2. 對(duì)承重墻不能改動(dòng)，僅適用于低層 建筑；鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)1. 鋼筋會(huì)阻礙混凝土硬化時(shí)的自山收 縮，在混凝土中會(huì)引起拉應(yīng)力，可 釆用預(yù)加應(yīng)力的方法;對(duì)混凝土預(yù) 先施加壓力；2. 受溫度影響嚴(yán)重，溫度高于60 C 時(shí)，混凝土材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)會(huì)遭到1. 堅(jiān)固、耐久、防火性能 好；2. 比鋼結(jié)構(gòu)節(jié)省

4、鋼材和成本 低；損壞，其強(qiáng)度會(huì)有明顯降低；3.主要用于大型公共建筑、工業(yè)建筑 和高層住宅；鋼結(jié)構(gòu)1. 主要承重構(gòu)件全部釆用鋼材制作；2. 結(jié)構(gòu)主要山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 栓或釧釘連接；3. 廣泛應(yīng)用于大型廠房、場(chǎng)館、超高 層等領(lǐng)域；1. 材料強(qiáng)度高，自身重量2. 鋼材耐熱，韌性塑性好， 材質(zhì)均勻，結(jié)構(gòu)可靠性 高，密封性能好；3. 鋼結(jié)構(gòu)制造安裝機(jī)械化程 度高；4低碳、節(jié)能、綠色環(huán)保， 可重復(fù)利用；框架結(jié)構(gòu)1. 梁和柱以剛接或者狡接相連接而 成，構(gòu)成承重體系的結(jié)構(gòu)；2. 結(jié)構(gòu)的房屋墻體不承重，僅起到圍 護(hù)和分隔作用；1. 空間分隔靈

5、活，自重輕， 節(jié)省材料；2. 框架結(jié)構(gòu)的梁、柱構(gòu)件易 于標(biāo)準(zhǔn)化、定型化，便于 釆用裝配整體式結(jié)構(gòu)，以 縮短施工工期；框剪結(jié)構(gòu)1. 主要結(jié)構(gòu)是框架，曲梁柱構(gòu)成，小 部分是剪力墻；2. 適用于平面或豎向布置繁雜、水平 荷載大的高層建筑；1.既能為建筑平面布置提供 較大的使用空間，乂具有 良好的抗側(cè)力性能；核心筒結(jié)構(gòu)1. 外圍是山梁柱構(gòu)成的框架受力體 系，而中間是筒體；2.適用于高層建筑結(jié)構(gòu)；1. 具有極優(yōu)的抗震性；2.有良好的抗側(cè)力性能；哈利法塔的建筑結(jié)構(gòu)分析全鋼結(jié)構(gòu)優(yōu)于混凝土結(jié)構(gòu)，適合于超高層建筑，這是上世紀(jì)六 七十年代的普遍共識(shí)，并建造了大量300m以上的鋼結(jié)構(gòu)高層建筑。 到八九十年代，純鋼結(jié)

6、構(gòu)己經(jīng)不能滿足建筑高度進(jìn)一步升高的要 求，其原因在于鋼結(jié)構(gòu)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結(jié)構(gòu)就成為超高層建筑的基本形 式。而哈利法塔做了前所未有的重大突破，采用了下部混凝土結(jié) 構(gòu)、上部鋼結(jié)構(gòu)的全新結(jié)構(gòu)體系。即第一：-30601m為鋼筋混凝 土剪力墻體系；第二：601828m為鋼結(jié)構(gòu)，其中601760m采用 帶斜撐的鋼框架。第三：整體來看是一個(gè)豎向帶扶壁的核心筒結(jié) 構(gòu)。迪拜塔是典型的鋼筋混凝土筒中筒結(jié)構(gòu)，橫截面為“Y”狀十字 形平而，除了它美學(xué)和功能上的優(yōu)點(diǎn)，螺旋形的“Y”狀十字形平面 被用來塑造哈利法塔的結(jié)構(gòu)核心。這個(gè)設(shè)計(jì)是為了降低塔上受到的 風(fēng)力，也是了

7、保證結(jié)構(gòu)的簡單和施工的可行性。結(jié)構(gòu)體系可以被描 述成“支撐核心”，是由高性能的混凝土墻結(jié)構(gòu)組成的。塔的每一 翼經(jīng)由一個(gè)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(gè)中央核心提供了整個(gè)結(jié)構(gòu)抗扭強(qiáng)度，與一個(gè)封閉的管子或 輪軸相似。通道墻從中央核心延伸到每個(gè)翼的盡頭，以變厚的錘頭 墻結(jié)束。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(shí)心肋板使結(jié)構(gòu)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內(nèi)墻系統(tǒng)，允許邊界上的 柱子參與抵抗結(jié)構(gòu)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(gè)非常有效率的結(jié)構(gòu)，因?yàn)樗闹亓奢d 抵抗系統(tǒng)也被使用

8、起來，將它抵抗側(cè)向荷載的作用最大化。第3章哈利法塔的結(jié)構(gòu)布置三叉形整體平面布置采用三叉形平而可以取得較大的側(cè)向剛度，降低風(fēng)荷載，有利 于超高層建筑抗風(fēng)設(shè)計(jì)，同時(shí)對(duì)稱的平面可以保持平面形狀簡單， 施工方便。圖1三義形平面核心筒布置整個(gè)抗側(cè)力體系是一個(gè)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)力結(jié)構(gòu)形成空間整體受力，具有良好的側(cè)向剛度和 抗扭剛度。wayConcrete perimeter columnsConcreteConcrete nose圖2核心筒分布由下至上的結(jié)構(gòu)

9、布置(1) 基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)布置：如圖3,鋼筋和混凝土的基礎(chǔ)是由一組組經(jīng)緯交錯(cuò)的基礎(chǔ)元 件構(gòu)成，中心服務(wù)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米，這個(gè)三角形基座由 192根直徑為米的深入地下50米的鋼管樁或支柱缸體支撐。圖3基礎(chǔ)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；I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結(jié)構(gòu)連接起來；圖5鋼接頭（2）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 以模擬為一個(gè)封閉的空心軸。這個(gè)軸由三個(gè)翼上的6道

10、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(gè)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。中間部分整體上看，豎向形狀按 建筑設(shè)計(jì)逐步退臺(tái)，剪力墻在退臺(tái)樓層處切斷，端部柱向內(nèi)移，且 有 5 個(gè)加強(qiáng)層，如圖 6 所示。圖6加強(qiáng)層（3）頂部601 m以上是帶交叉斜撐的鋼框架，它承受重力、風(fēng)力和地震 作用。鋼框架逐步退臺(tái)，從第18級(jí)的核心筒六邊形到第29級(jí)的小 三角形。從760米的高度開始，它設(shè)計(jì)了一種螺旋管鋼結(jié)構(gòu)體，從建筑 物內(nèi)部一直延伸到頂端，這個(gè)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。第4章哈利法塔的主要構(gòu)件

11、位置結(jié)構(gòu)類型主要構(gòu)件簡介序號(hào)頂部760-828m鋼結(jié)構(gòu)螺旋管鋼結(jié)構(gòu)體建筑物內(nèi)部一直延伸到頂端，這個(gè)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1601-760m鋼結(jié)構(gòu)帶交義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(tái)，從第18級(jí)核心筒六邊形到第 29級(jí)的小三角形；2六邊形核心筒整個(gè)抗側(cè)力體系是一個(gè)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，乂山于有 樓板的連接，也可將橫向的荷載傳給護(hù)墻和縱向走廊墻；5端柱每翼的端部有4根獨(dú)立的端柱，

12、承受橫向的荷載；6剛性大梁建筑設(shè)計(jì)在豎向布置了7個(gè)設(shè)備層兼避難層，。利用其中的5個(gè)設(shè)備層做成結(jié) 構(gòu)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；由于無量結(jié)構(gòu)，增加了空間的利用率和美觀；8中間段0-601m鋼筋混凝 土剪力墻 體系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基礎(chǔ)由一組組經(jīng)緯交錯(cuò)的基礎(chǔ)元件構(gòu)成，中心服務(wù)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）在基礎(chǔ)上搭建的混凝土框架結(jié)構(gòu)，使得基礎(chǔ)矩陣連接成為一個(gè)整體；12地底-70-0m 鋼筋混凝 土剪力墻 結(jié)構(gòu)體系鋼接頭

13、所有的梁柱按照建筑的框架由鋼結(jié)構(gòu)連接起來13第5章哈利法塔設(shè)計(jì)的主要難度和亮點(diǎn)哈利法塔的主要設(shè)計(jì)難點(diǎn)1. 整體的重量達(dá)到50萬噸，對(duì)基礎(chǔ)、基座的承載要求較高，使得對(duì) 基礎(chǔ)、基座的設(shè)計(jì)成為難點(diǎn)；2. 迪拜處于熱帶，有著極端炎熱的夏季高溫，玻璃墻透光會(huì)使得室 內(nèi)溫度高，如何選擇好的玻璃幕墻也成為了設(shè)計(jì)的難點(diǎn)；3. 迪拜所處在阿拉伯半島，北臨地中海，東臨卬度洋，由于空氣對(duì) 流會(huì)形成較強(qiáng)的風(fēng)力，對(duì)于超高的哈利法塔來說，抗風(fēng)的設(shè)計(jì)也 成為了一項(xiàng)設(shè)計(jì)難點(diǎn)；4. 對(duì)于超高建筑而言，由于自身的重量的緣故，對(duì)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(huì)給其本身造成嚴(yán)重的 破壞，這使得抗震設(shè)計(jì)對(duì)于超高層

14、建筑成為了普遍的設(shè)計(jì)難點(diǎn)；哈利法塔的主要設(shè)計(jì)亮點(diǎn)1.基礎(chǔ)這個(gè)超級(jí)結(jié)構(gòu)是由一個(gè)巨大的鋼筋混凝土墊子支撐著的，而這個(gè) 墊子是由很多鋼筋混凝土樁組成的，整個(gè)設(shè)計(jì)是基于廣泛的巖土和 地震研究結(jié)果。墊子厚，由四塊獨(dú)立澆筑總計(jì)12, 500立方米的混 凝土組成。直徑長43m柱子的使用，意味著最大和最長的柱子在這 個(gè)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，結(jié)構(gòu)工程師特別選用極高密度的水泥，還有就是在墊子下有個(gè)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。2. 基座基座是由型鋼和鋼筋混凝土組成的，并由一組組經(jīng)緯交錯(cuò)的基 礎(chǔ)原件構(gòu)成，為迪拜塔提供了一個(gè)

15、固定在地而上的基礎(chǔ)。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(duì)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(jí)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(huì)感受到任何 搖晃。3. 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而。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(jì)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(gè)二戰(zhàn)時(shí)

16、飛機(jī)的 引擎被使用來進(jìn)行玻璃幕墻的動(dòng)態(tài)風(fēng)和水測(cè)試。哈利法塔所有的玻 璃幕墻足以覆蓋17座足球場(chǎng)或25座橄欖球場(chǎng)。4. 抗風(fēng)設(shè)計(jì)在考慮風(fēng)對(duì)迪拜塔的影響時(shí)，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)認(rèn)為與其“對(duì)抗”強(qiáng)風(fēng)，不如“欺嵋”強(qiáng)風(fēng)。當(dāng)這個(gè)建筑隨高度螺旋上升，每一翼會(huì)逐 漸收縮，塔樓每一段的設(shè)計(jì)都以不同方式偏向風(fēng)，使整個(gè)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)而形成，因?yàn)樵?每一個(gè)新的樓層風(fēng)又會(huì)遭遇到一個(gè)不同的建筑形狀，破壞了強(qiáng)風(fēng)對(duì) 對(duì)大樓的影響力。5. 抗震設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)工程師團(tuán)隊(duì)使用地震模擬器（振動(dòng)臺(tái)）對(duì)等比例縮小的迪 拜塔模型進(jìn)行振動(dòng)測(cè)試。在較小地震下大樓的晃動(dòng)很小，隨著震動(dòng) 強(qiáng)度的增大，大樓的晁動(dòng)隨之變得劇烈，但是性能依然非常好：底 下的地而晃動(dòng)非常劇烈，頂層卻幾乎不動(dòng)。這是因?yàn)榈习菟黧w結(jié)構(gòu)是巨大的鋼筋混凝土骨架，賦Y了大樓超 高的強(qiáng)度，而鋼梁的加入則給整體結(jié)構(gòu)加入了柔性，柔性的加入提 高了結(jié)構(gòu)的抗震性能，在地震時(shí)，主體鋼筋混凝土骨架屹