這種飛躍源于水泥混凝土工作性能和力學(xué)性能的提升以及混凝土施工技術(shù)和設(shè)備的進(jìn)步。迪拜大廈是最高的人造結(jié)構(gòu)，樓高828m，有162層地上建筑和3層地下建筑。該建筑從2004年9月24日開(kāi)始施工，2009年10月1日完工，2010年1月4日正式開(kāi)放，建筑由芝加哥的一家名為斯基德摩爾·奧斯因梅林建筑工程公司設(shè)計(jì)，首席建筑設(shè)計(jì)師為艾德里安·史密斯，首席結(jié)構(gòu)工程師為比爾·貝克，大廈由韓國(guó)三星公司營(yíng)造。建筑設(shè)計(jì)采用了一種具有挑戰(zhàn)性的單式結(jié)構(gòu)，由連為一體的管狀多塔組成，具有太空時(shí)代風(fēng)格的外形，基座周?chē)捎昧烁挥幸了固m尖塔建筑風(fēng)格，設(shè)計(jì)靈感源于六瓣的沙漠之花蜘蛛蘭。其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和先進(jìn)的施工技術(shù)是當(dāng)之無(wú)愧的建筑奇跡。
當(dāng)前全球87%以上的摩天大廈工地都在中國(guó)，深入研究該建筑的設(shè)計(jì)、材料與施工技術(shù)與裝備對(duì)我國(guó)摩天大廈的建設(shè)具有重要借鑒意義。
哈利法塔的外觀設(shè)計(jì)
哈利法塔的建筑設(shè)計(jì)歷經(jīng)多次修改完善（如圖1）。最初的設(shè)計(jì)方案是在2003年初由澳大利亞的一家設(shè)計(jì)公司提出的高560m的墨爾本葛洛羅塔的復(fù)制品。之后som重新設(shè)計(jì)了哈利法塔，其高度變?yōu)?50m，經(jīng)多次修改設(shè)計(jì)方案后最終確定了828m的設(shè)計(jì)高度。哈利法塔的建筑和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是由艾德里安·史密斯和他的90名設(shè)計(jì)師在斯基德莫爾、owings和美林（som）的芝加哥工作室完成的。som還設(shè)計(jì)了位于伊利諾伊州芝加哥市的威利斯大廈（原名西爾斯大廈）和紐約市的世貿(mào)中心一號(hào)大樓。哈利法塔類(lèi)似于威利斯大廈的束筒結(jié)構(gòu)，但它不是一個(gè)管狀結(jié)構(gòu)，而是由連為一體的管狀多塔組成，設(shè)計(jì)借鑒了韓國(guó)首爾的一個(gè)名為towerpalacethree的73層高的全住宅建筑。
承襲了伊斯蘭建筑特有風(fēng)格的設(shè)計(jì)使哈利法塔屢獲設(shè)計(jì)殊榮，蜘蛛蘭形設(shè)計(jì)最大限度保證了結(jié)構(gòu)的整體性，提供了盡情欣賞阿拉伯海灣的迷人風(fēng)景的視角。沙漠之花蜘蛛蘭（hymenocallis）的花瓣、花莖結(jié)構(gòu)是設(shè)計(jì)哈利法塔的支翼與中心核心筒之間的組織結(jié)構(gòu)的靈感來(lái)源。整座塔樓的混凝土結(jié)構(gòu)塑造了y形平面，三個(gè)支翼由花瓣演化而成，每個(gè)支翼均受到混凝土核心筒和核環(huán)繞核心筒的支撐；大樓中心是鋼筋混凝土六邊形“扶壁核心”的中央核心筒，由花莖演化而來(lái)，使得三個(gè)支翼互相聯(lián)結(jié)支撐，這四組結(jié)構(gòu)體自立而又互相支持，擁有嚴(yán)謹(jǐn)縝密的幾何形態(tài)，增強(qiáng)了哈利法塔的抗扭性，大大減小了風(fēng)力的影響，螺旋狀排列以抵御肆虐的沙漠風(fēng)暴，同時(shí)又保持了結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)潔。樓面為“y”字形，并由三個(gè)建筑部分逐漸連貫成一個(gè)核心體，從沙漠以螺旋上升的形式減少大樓的剖面直至頂層，中央核心逐漸轉(zhuǎn)化為尖塔，使得哈利法塔具有最佳的視覺(jué)感受（如圖2）。
哈利法塔的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)哈利法塔采用了創(chuàng)新性的多種結(jié)構(gòu)復(fù)合構(gòu)建的全新結(jié)構(gòu)體系，其下部為混凝土結(jié)構(gòu)，上部采用鋼結(jié)構(gòu)。從-30~601m為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，從601~768m為鋼結(jié)構(gòu)，768~828m為鋼桅桿。哈利法塔地基的表層，全由細(xì)小石塊經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的自然作用黏合而成，地基相對(duì)較為疏松。為了打穩(wěn)地基，工程師采用194根直徑為1.5m深入地下43m的混凝土樁柱，來(lái)支撐由12500m3c50自密實(shí)混凝土制作的厚3.7m、大小足以容納建筑整個(gè)8000m2基座的混凝土筏板（如圖3）。
哈利法塔作為超高層建筑，其需要前所未有的抗風(fēng)設(shè)計(jì)。哈利法塔的整個(gè)抗側(cè)力體系是一個(gè)豎向帶扶壁的六邊形核心筒。核心筒共有六道扶壁，分別由每一翼的縱向走廊墻構(gòu)成，中心筒的抗扭作用可以看成一個(gè)封閉的空心軸。中心軸通過(guò)三個(gè)翼上的6道縱墻扶壁來(lái)提高他的穩(wěn)定性。同時(shí)，走廊縱墻又通過(guò)翼墻和錘頭墻來(lái)進(jìn)一步支撐和穩(wěn)固。并且，每翼的端部還有四根獨(dú)立的端柱。通過(guò)建筑結(jié)構(gòu)各部位的協(xié)同作用，整個(gè)建筑在結(jié)構(gòu)上形成了一個(gè)互相支撐的整體，使得建筑結(jié)構(gòu)形成空間整體受力，能夠有效抵抗風(fēng)和地震產(chǎn)生的剪力和彎矩，具有優(yōu)異的側(cè)向和抗扭剛度。構(gòu)成結(jié)構(gòu)單元的墻厚和柱的大小都經(jīng)過(guò)了計(jì)算調(diào)整，以減少因混凝土結(jié)構(gòu)徐變和收縮產(chǎn)生的影響。在設(shè)計(jì)時(shí)，為使各構(gòu)件有相近的收縮速度，從而減少收縮形變，應(yīng)盡量使各構(gòu)件的體積與表面積的比值相近。由于混凝土在細(xì)的柱或薄的墻具有更快的收縮速度，因此哈利法塔采用相同厚度（600mm）的端柱和走廊墻，來(lái)確保端柱和走廊墻具有相同的混凝土收縮。
哈利法塔的風(fēng)洞試驗(yàn)對(duì)于作為超高建筑的哈利法塔來(lái)說(shuō)，研究風(fēng)荷載對(duì)其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的影響是十分重要的。因此在加拿大安大略的2.4m×1.9m和4.9m×2.4m的邊界層風(fēng)洞進(jìn)行了40多次風(fēng)洞試驗(yàn)和其他實(shí)驗(yàn)研究（如圖4）。
風(fēng)洞試驗(yàn)項(xiàng)目包括：剛性模型力平衡試驗(yàn)、多自由度空氣彈性模型研究、局部壓力測(cè)量、行人風(fēng)環(huán)境研究和風(fēng)氣候研究。其中剛性模型力平衡試驗(yàn)和多自由度空氣彈性模型研究使用的模型比例是1∶500，行人風(fēng)環(huán)境研究則使用了1∶250的模型。由于在氣動(dòng)彈性模型和力平衡試驗(yàn)結(jié)構(gòu)中發(fā)現(xiàn)了雷諾數(shù)效應(yīng)（尺寸效應(yīng)），因此還在加拿大國(guó)家研究中心的9m×9m的風(fēng)洞中進(jìn)行了高雷諾數(shù)測(cè)試，測(cè)試所用的模型尺寸為1∶50，風(fēng)速可達(dá)55m/s（如圖5）。在設(shè)計(jì)初期，采用高頻天平測(cè)力技術(shù)進(jìn)行風(fēng)洞試驗(yàn)，以確定作用在哈利法塔主結(jié)構(gòu)上的風(fēng)荷載。采用風(fēng)洞試驗(yàn)的數(shù)據(jù)與塔樓的動(dòng)態(tài)特性相結(jié)合的方式，來(lái)計(jì)算哈利法塔的動(dòng)態(tài)響應(yīng)和整個(gè)建筑尺寸上的總的有效風(fēng)力分布。最終以測(cè)力天平試驗(yàn)的結(jié)果用作哈利法塔早期結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)的輸入?yún)?shù)，并且還用來(lái)進(jìn)行哈利法塔剛度和質(zhì)量分布變化時(shí)的參數(shù)研究。哈利法塔有六個(gè)主要的風(fēng)向。其中三個(gè)風(fēng)向正對(duì)著翼尖。風(fēng)吹向翼尖時(shí)，每個(gè)翼部具有分流效果（見(jiàn)圖6的翼a、翼b和翼c）；另外三個(gè)方向是吹在兩翼之間，稱(chēng)為尾向?？梢园l(fā)現(xiàn)：不同方向的風(fēng)荷載譜顯示，在重要的頻率范圍內(nèi)，風(fēng)對(duì)翼尖或鼻端的激振，比風(fēng)對(duì)與之對(duì)應(yīng)方向(尾向)的激振要小。在選擇大樓方向與迪拜高頻強(qiáng)風(fēng)向和弱風(fēng)向的相對(duì)關(guān)系時(shí)，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)格外注意。為比較大樓的幾何形狀與有關(guān)建筑結(jié)構(gòu)方而改進(jìn)的關(guān)系，進(jìn)行幾次天平試驗(yàn)。三個(gè)翼順時(shí)針?lè)较蚩s進(jìn)，a翼首先縮進(jìn)。在每一次風(fēng)洞試驗(yàn)后，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，重新設(shè)計(jì)塔樓的形狀以盡量降低風(fēng)的影響。一般來(lái)說(shuō)，縮進(jìn)的次數(shù)和縮進(jìn)的間距隨著翼部形狀的變化而改變。該調(diào)整過(guò)程是以“擾亂”風(fēng)向的方式，使施加在塔樓上的風(fēng)力大大減少。
為了使哈利法塔的樓板和承重墻的尺寸盡可能的小，并且具有足夠的能力來(lái)承受隨高度的增加而上升的荷載，在哈利法塔的建設(shè)過(guò)程中使用了具有低滲透系數(shù)和高耐久性的高性能自密實(shí)混凝土。制備混凝土采用的原材料均來(lái)自迪拜周邊地區(qū)，膠凝材料采用水泥、粉煤灰或礦粉、硅灰復(fù)合使用，通過(guò)摻加粉煤灰或礦粉利用其火山灰效應(yīng)及微珠效應(yīng)，減少水泥用量降低水化熱從而減少溫度裂縫，提高新拌混凝土的工作性。采用20mm、14mm和10mm三種不同粒徑的碎石，根據(jù)建筑的不同澆筑部位搭配使用。采用rak和alain兩個(gè)地區(qū)的砂搭配使用。并且在混凝土中摻加了粘度改性劑，以提高其工作性能。具體配合比見(jiàn)表2和表3。
b2-l40樓層的墻采用c80（56d）自密實(shí)混凝土，粗骨料最大粒徑為20mm，其90d彈性模量為43800n/mm2。l41-l108的墻和柱采用粗骨料最大粒徑為14mm的c80自密實(shí)混凝土，其56d彈性模量為41000n/mm2，而l109-l126的墻和柱采用粗骨料最大粒徑為10mm的c80自密實(shí)混凝土。由于l127-l154層結(jié)構(gòu)需求相對(duì)較低，因此127層以上的墻和柱采用粗骨料最大粒徑為10mm的c60自密實(shí)混凝土，其28d彈性模量為37600n/mm2。在不同混凝土應(yīng)用高度選用不同粒徑的碎石不僅可以降低混凝土泵送至300m以上的難度，還能夠降低混凝土材料成本。因?yàn)橄鄬?duì)于最大粒徑為14mm的混凝土來(lái)說(shuō)，最大粒徑為20mm的混凝土需要的水泥和細(xì)沙要少的多。哈利法塔的樓板混凝土均采用c50自密實(shí)混凝土，為了降低泵送難度，在108層以上的樓板混凝土所用的最大碎石粒徑14mm，并且采用相對(duì)低樓層樓板混凝土更大的坍落擴(kuò)展度。哈利法塔的地基基礎(chǔ)采用樁筏結(jié)構(gòu)。由于迪拜地下水有一定的腐蝕性，氯離子濃度4.5%，硫化物為0.6%，因此其地下樁采用具有高抗?jié)B性和高抗鹽漬的c60混凝土，并且在基層底板鋪設(shè)了一層由鈦絲編制的陰極保護(hù)網(wǎng)。筏板基礎(chǔ)采用c50自密實(shí)混凝土。
混凝土質(zhì)量的控制
在混凝土的生產(chǎn)過(guò)程中都有監(jiān)控并且做了記錄。在混凝土運(yùn)輸和泵送之前，都進(jìn)行混凝土的溫度和工作性檢測(cè)（坍落度擴(kuò)展度、l型箱、v型漏斗）（如圖7），并且制作了混凝土強(qiáng)度試件檢查混凝土強(qiáng)度。在現(xiàn)場(chǎng)工作人員為了確定和控制混凝土凝固和收縮指標(biāo)，進(jìn)行了取芯留樣。為了研究澆灌工藝和控制溫升的措施，在現(xiàn)場(chǎng)制作了邊長(zhǎng)為3.75m的立方體（如圖8）。
為確保194根灌注樁承載力足以達(dá)到設(shè)計(jì)要求的3000t，工作人員在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了壓樁試驗(yàn)，測(cè)得最大承載力為6000t（如圖9）。由于迪拜環(huán)境溫度較高，混凝土一般在晚上澆筑。為了控制混凝土正常的澆注溫度（35℃），首先進(jìn)行骨料的冷卻，其次一部分拌和水被換成碎片冰（如圖10）。
泵送設(shè)備及測(cè)試
哈利法塔的混凝土供應(yīng)商和泵送服務(wù)商unimix通過(guò)對(duì)putzmeister公司定的技術(shù)水平和可靠性的考察，最終委托putzmeister公司供應(yīng)和安裝拖泵和布料桿系統(tǒng)。putzmeister根據(jù)哈利法塔的施工條件決定采用bsa14000shp-d超高壓混凝土泵（如圖11），其出口排量為30m3/h，可將混凝土泵送至570m以上的高度。為了使bsa14000shp-d超高壓混凝土泵能夠承受巨大的壓力，putzmeister的工程師將框架和料斗等組件都加強(qiáng)，并且還調(diào)整了s閥和s閥軸承的預(yù)期壓強(qiáng)。bsa14000shp-d本身既具備特別高效的過(guò)濾系統(tǒng)，以避免液壓油和外部灰塵對(duì)混凝土的污染，普茨邁斯特的工程師又改進(jìn)了混凝土泵的液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，無(wú)桿腔運(yùn)行時(shí)混凝土壓強(qiáng)和液壓系統(tǒng)的油壓比小于i=1。此傳動(dòng)比例使高性能的泵機(jī)可實(shí)現(xiàn)超過(guò)400bar的混凝土壓強(qiáng)。
圖10部分拌和水為碎片冰在施工前期，putzmeister在德國(guó)總部和迪拜的施工現(xiàn)場(chǎng)對(duì)拖泵和輸送管線進(jìn)行了一系列的水平泵送測(cè)試（如圖12），測(cè)試所用的拖泵為bsa14000hp-d超高層建筑用拖泵和dn125zx輸送管線，通過(guò)測(cè)試確定了泵送至600m以上的高度所需的壓強(qiáng)和混凝土與輸送管之間摩擦。在混凝土泵送過(guò)程中，只有最上面的十層安裝了dn125zx輸送管，這種管道可以承受13mpa的壓強(qiáng)。其他的樓層均使用內(nèi)徑為150mm的輸送管。與dn125zx輸送管相比，150mm輸送管具有更大的橫截面積，這使得泵送所需的壓強(qiáng)下降約25%，并且混凝土在泵送過(guò)程中對(duì)輸送管的磨損也會(huì)下降。為了盡量減少輸送管的磨損，putzmeister采用更加耐用的壁厚為11mm的混凝土輸送管，并且通過(guò)超聲測(cè)量定期監(jiān)測(cè)輸送管的壁厚。
模板和混凝土澆筑
為方便施工，管理人員將整個(gè)基礎(chǔ)筏板分為中心和三個(gè)翼板四個(gè)部分進(jìn)行澆筑，每部分澆筑間隔24小時(shí)（如圖13）。
上部結(jié)構(gòu)的墻體采用doka的ske100自升式模板系統(tǒng)（如圖14）；端柱采用鋼模板；無(wú)梁樓板采用壓型鋼板作為混凝土模板?；炷翝仓紫葷仓行耐埠椭苓叺臉前澹缓笤贊仓w和相關(guān)樓板，最后進(jìn)行澆筑的是端柱和附近的樓板（如圖15、16）。由于哈利法塔的施工高度高達(dá)828m，因此在施工過(guò)程中采用了全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)（gps）來(lái)控制施工過(guò)程中的精度，以確保施工質(zhì)量。
哈利法塔以其828m的超高度創(chuàng)造了世界建筑的高度記錄，其設(shè)計(jì)材料與施工等稱(chēng)為摩天大廈建筑的標(biāo)桿。本文綜述了該摩天大廈建設(shè)技術(shù)。
（1）哈利法塔設(shè)計(jì)承襲了伊斯蘭建筑特有風(fēng)格，蜘蛛蘭形設(shè)計(jì)最大限度保證了結(jié)構(gòu)的整體性，沙漠之花蜘蛛蘭（hymenocallis）的花瓣、花莖結(jié)構(gòu)是設(shè)計(jì)哈利法塔的支翼與中心核心筒之間的組織結(jié)構(gòu)的靈感來(lái)源。
（2）為抵抗沙漠的風(fēng)暴，大廈結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)者通過(guò)嚴(yán)密的風(fēng)洞試驗(yàn)對(duì)大樓的幾何形狀與有關(guān)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行調(diào)整以盡量降低風(fēng)的影響，以“擾亂”風(fēng)向的方式，使施加在塔樓上的風(fēng)力大大減少。
（3）為了使哈利法塔的樓板和承重墻的尺寸盡可能的小，并且具有足夠的能力來(lái)承受隨高度的增加而上升的荷載，在哈利法塔的建設(shè)過(guò)程中使用了具有低滲透系數(shù)和高耐久性的高性能自密實(shí)混凝土。
（4）制備混凝土采用的原材料均來(lái)自迪拜周邊地區(qū)，膠凝材料采用水泥、粉煤灰或礦粉、硅灰復(fù)合使用，通過(guò)摻加粉煤灰或礦粉利用其火山灰效應(yīng)及微珠效應(yīng)，減少水泥用量降低水化熱從而減少溫度裂縫，提高新拌混凝土的工作性。
（5）哈利法塔采用了自密實(shí)混凝土泵送施工，模板采用自攀升技術(shù)，經(jīng)過(guò)嚴(yán)密的施工組織，保證了施工質(zhì)量與進(jìn)度的統(tǒng)一，并創(chuàng)下了混凝土泵送的高度記錄611m。