今年迪拜第十五届Cityscape Global全球城市展望地产峰会上，迪拜地产巨头埃玛尔集团正式揭晓了新的世界第一高塔TheTower，未来其将超越哈利法塔。
当然，世界第一高楼还是迪拜的哈利法塔，真是世界奇迹，一座建在松软沙地上的828米高的建筑，哪怕在三四十公里外，也能一眼认出，因为一对比就知道，哈利法塔真的太高了。
世界第一高楼哈利法塔是怎么建成的？这篇科普文章会告诉你，这样你就不用像我一样每次去哈利法塔都担心它会倒塌了……
下面都是专业领域的技术文章，先别急着看，先看视频吧……专业的技术术语太难懂了，你只要知道哈利法塔的建造水平有多惊人就行了……
哈利法塔（英语：Khalīfa tower），旧称迪拜塔，又称迪拜大厦或比斯迪拜塔，是世界上最高的建筑和人造结构。哈利法塔高828米，共162层，建设成本15亿美元。
哈利法塔共使用了33万立方米混凝土、6.2万吨钢筋、14.2万平方米玻璃。为建造哈利法塔，共动用约4000名工人、100台起重机，将混凝土垂直泵送到606米以上的高度，打破了上海环球金融中心在建设过程中保持的492米的记录。
大楼内共有56部电梯，最高速度达17.4米/秒，另设双层观光电梯，每次可载42人。
建筑史
2004年9月21日，Emaar开始动工。
2007年2月，它超越西尔斯大厦，成为楼层最多的建筑。
2007 年 5 月 13 日，其高度超过台北 101 大楼的 449.2 米（1,474 英尺），成为世界最高混凝土建筑（452 米（1,483 英尺）。
2007 年 7 月 21 日，台北 101 以 509.2 米（1,671 英尺）的高度超越世界最高建筑。
2007 年 8 月 12 日，它超过了西尔斯大厦天线高度 527.3 米（1,730 英尺）。
2007 年 9 月 3 日，它成为世界第二高的自立式建筑，超过了俄罗斯莫斯科 540 米（1,772 英尺）的莫斯科电视塔。
2007年9月12日，它以555.3米（1,822英尺）的高度超越加拿大多伦多的加拿大国家电视塔，成为世界最高的独立式建筑。
2007年12月10日开始采用钢结构，后续建设不再使用混凝土。
2008年4月8日，阿联酋迪拜的埃玛尔地产公司宣布该塔高度已达到629米。
其将超越628.8米的美国KVLY电视塔，成为世界最高建筑。
2008年6月17日，阿联酋迪拜的埃玛尔地产宣布该塔高度已超过636米。
2008年9月1日，伊玛尔地产宣布了一项新纪录，建筑高度达到688米。
该建筑预计于2009年9月竣工，但最终高度尚未公布。
2008 年 9 月 26 日，埃玛尔地产宣布该塔高度达到 707 米（2,320 英尺）。
2009 年 1 月 17 日，埃玛尔地产宣布该塔已达到最高高度 828 米（2,716.53 英尺）。
最终高度。
2010年1月4日，哈利法塔正式竣工。
施工过程
庞大的基础
哈利法塔高 800 米（1,827 英尺），需要坚实的地基来支撑它的重量。
哈利法塔将建在 3.7 米厚的三层
三角形底座由 192 根直径 1.5 米的钢管桩或支撑圆柱体支撑，这些桩或桩深入地下 50 米（164 英尺）。
抗震设计
为了保持这栋超高层建筑的稳定性，采用了高强度混凝土。“迪拜塔”的设计标准是能抵御6级地震（当地是地球上为数不多的地震多发地区之一）。在55米/秒的大风中也能保持稳定（在高层建筑中工作的人完全感觉不到大风的影响）。
施工过程监控
为确保迪拜塔施工期间的稳定性，其垂直和水平动态均由全球卫星定位系统跟踪，施工期间，大楼内安装的700多个传感器实时监测大楼重力变化。
项目进展
迪拜塔建设工期47个月，基本以3天为生产周期，包括钢结构安装、混凝土浇筑等，钢结构在地面预制，按照施工进度吊装到高空安装。
混凝土浇筑工序
三天施工周期的第二天，某一层楼的内部结构外壳就位，同时打通了进出道路，安装了钢支撑梁。第二天，将混凝土浇筑到外壳中，然后开始建造下一层楼。
液压千斤顶举升
在楼层完工前，建筑工程师使用起重能力为2,300吨的液压千斤顶来顶起混凝土外壳和建筑材料。
超级起重机
在哈利法塔已完工的楼层，安装了三台巨大的塔式起重机，用于吊运大量建筑材料。
混凝土制造设备
在哈利法塔的施工现场，有四台巨大的混凝土搅拌机，可以快速搅拌混凝土。
混凝土高压泵
在迪拜塔的施工现场，有三台高压泵将混凝土输送到工人操作的高处。其中一个挑战是，在不影响混凝土基本性能的情况下，将高强度混凝土输送到570多米的高度。
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附设升降机
哈利法塔工地使用的另一种起重设备是附着式升降机，用于运输建筑材料和工人。工地共有 14 台附着式升降机在运行。
11
防止建筑网下沉
由于哈利法塔落成后的重量将达到50万吨，存在下沉趋势，因此在施工过程中，每层的实际高度都比设计高度高出4毫米。
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确保世界最高
为了让哈利法塔继续保持世界最高建筑的头衔，从700米的高度开始，设计了一个从建筑内部一直延伸到顶部的螺旋管钢结构。这个螺旋管可以用液压千斤顶顶起，作为支撑，增加建筑的高度。
十三
安全措施齐全
哈利法塔设计了四处避难所，每30层设一处，以应对火灾、恐怖袭击等紧急情况。此外，除了54部高速电梯外，还安装了专用的应急电梯，以便快速安全地从高空撤离人员。
结构设计创新
结构体系
全钢结构优于混凝土结构，适合于超高层建筑，这在20世纪60、70年代已是普遍共识，并大量建造了300米以上的钢结构高层建筑。到了20世纪80、90年代，纯钢结构已不能满足建筑高度进一步增加的要求，因为钢结构抗侧刚度的提高跟不上高度的快速增加。此后，钢筋混凝土核心筒加外围钢结构成为超高层建筑的基本形式。哈利法塔进行了前所未有的突破，采用了下部混凝土结构、上部钢结构的新型结构体系。即-30至601米为钢筋混凝土剪力墙体系，601至828米为钢结构，601至760米采用带斜支撑的钢框架。
采用三叉戟形平面可获得较大的侧向刚度，减少风荷载，有利于超高层建筑的抗风设计；同时，对称平面可保持平面形状简单，便于施工。
整个抗侧力体系为竖向带扶壁的核心筒，六边形核心筒居中；各翼纵向廊道墙形成核心筒的扶壁，共6处；水平隔墙作为纵墙的加劲肋；另外，各翼端部设有4根独立的端柱。这样，抗侧力结构形成空间整体受力，具有良好的抗侧刚度和扭转刚度。
图2 抗侧力结构布置图
中心筒体的抗扭性能可模拟为一个封闭的空心竖井，三翼的六个纵墙扶壁大大加强了这一竖井；而通廊的纵墙又通过住户的水平墙体加强。整个建筑就像一根刚度很大的竖向梁，抵抗着风和地震产生的剪力和弯矩（见图3）。由于加强层的配合，端柱也参与了抗侧力。
图3 整个建筑就像一根垂直的梁
竖向造型根据建筑设计逐步退台，在阶梯式楼面处切断剪力墙，端柱内移。分段、逐步切割，可使墙、柱荷载平稳、渐进地变化，同时避免墙、柱截面突变给施工带来的困难。退台应形成塔宽变化优美的曲线，并应适应风力变化。
建筑设计竖向布置7层设备层及避难层，每层占用2~3层标准层。其中5层设备层为结构加强层（见图4）。加强层均设置全高伸臂剪力墙作为刚性梁，使端部柱的轴力形成较大的弯矩，抵抗侧向力的倾覆弯矩。同时，刚性梁对各墙、柱竖向变形进行调节钢结构超高楼抗震，使其轴向应力更加均匀，减小各构件徐变变形差异。
图 4：结构的五层加固层
混凝土结构设计。按美国标准ACI 318-02进行。127层以下混凝土强度等级为C80，127层以上为C60。C80混凝土90d弹性模量E=43800N/mm2。水泥采用硅酸盐水泥，掺粉煤灰。
调整构件截面尺寸，减少各构件收缩徐变变形差异。原则上，端柱与剪力墙在自重作用下受力相近，由于柱、薄剪力墙收缩较大，故端柱厚度与内墙厚度相同，即600mm。设计时尽量考虑构件体积与表面积之比，使各构件收缩速度接近，减少收缩变形差异。
在立面插入处，钢筋混凝土连梁既要传递竖向荷载（包括徐变和收缩的影响），又要连接剪力墙构件，承受侧向荷载。连梁按ACI 318-02附录A设计，计算图为交叉斜拉杆。此设计方法可降低连梁高度。
楼层较多，降低层高意义重大，标准层高为3.2m，采用无梁楼板，厚度为300mm。
钢结构设计。按照美国钢结构协会《建筑钢结构抗荷载分项系数设计规范》设计。601m以上为钢架加交叉支撑，以承受重力、风力和地震力。钢架逐渐后退，由18层六边形核心筒到29层小三角形，最后只剩下直径1200mm的桅杆。此桅杆为保持世界第一建筑高度而专门设计，可从底部延伸，连续向上提升，预留上升高度200m。所有外露钢结构均覆盖铝板作为装饰。
结构分析。采用ETABS 8.4版本钢结构超高楼抗震，考虑重力荷载（包括PD二阶效应）、风和地震因素。建立三维分析模型，包括钢筋混凝土墙、连体梁、板、柱、顶部钢结构、筏板和桩。
分析模型共计73500个壳单元，75000个节点。分析参数为：50年一遇风力，55m/s，风压按风洞试验值；地震：按美国标准UBC 97的2a区，抗震系数z=0.15，相当于我国8度设防；温度：温度范围为2~54℃。分析结果表明：在50年一遇风力作用下，828m顶部结构水平位移为1450mm，办公楼（162层）顶部水平位移为1250mm，公寓楼（108层）顶部水平位移为450mm。位移值低于一般标准，满足设计要求。 内力分析表明:钢筋混凝土塔架部分的地震力不起控制作用,而裙房及顶部钢结构的地震内力对设计有影响。
通常采用线性有限元分析来分析墙、柱在竖向荷载作用下的内力与位移，但由于哈利法塔的高度，这种分析方法与实际情况有偏差。最终采用了GL 2000（2004）模型，该模型考虑了配筋和施工过程的影响。
施工过程分析。整个过程分为 15 个阶段，使用 3D 模型进行分析，同时考虑收缩和蠕变。每个模型代表施工过程中的某个时间点，并应用当时增加的新负载。分析还延伸到施工完成后的 50 年。
补偿技术。施工过程中，应根据计算结果对两个方向的平移进行补偿和修正；对于竖向压缩，应在每层高度增加一个补偿值。中心筒在施工过程中会出现偏心，应对每层进行偏心调整。可通过修正重力荷载（弹性位移、基础底板沉降差、徐变、收缩）引起的侧向位移进行补偿。
竖向缩短：结构竖向压缩平均每层4mm，整栋楼顶部650mm，通过调整各层标高进行补偿。
受收缩徐变影响，钢筋混凝土竖向构件的内力将在钢筋和混凝土之间重新分配，由于要求两者的应变相等，混凝土分担的内力将逐渐减小，钢筋的内力将相应增大。在哈利法塔135层，墙体和柱体的钢筋与混凝土的内力比将由15%/85%变为30%/70%。
基础设计采用摩擦桩加筏板基础（见图5）。本工程地基为胶结钙质土及含砾钙质土，天然地基土与混凝土桩表面极限摩擦力为250～350kPa。灌注桩194根，长约43m，桩径1500mm，设计承载力3000kN。现场进行了桩压试验，最大压力6000kN，桩端深度-70m。迪拜地下水具有腐蚀性，氯离子浓度为4.5%，硫含量为0.6%，因此桩采用C60混凝土，粉煤灰25%，硅灰7%，水灰比0.32，坍落度675mm。
图5 桩筏组合基础
筏板厚3.75m，采用C50自密实混凝土，粉煤灰40%，水灰比0.34。现场进行了坍落度和流动性试验。钢筋间距双向300mm，但每个方向每隔10根钢筋拆除一根钢筋，形成600mm×600mm的无钢筋开口，方便浇注混凝土。为减少地下水的腐蚀，底板上铺设一层用钛丝编织的阴极保护网。
对筏板、桩及周围土体进行三维有限元分析，分析结果显示基础长期沉降为80mm，施工至135层时沉降为30mm，工程完工后实测沉降为60mm。
