這種飛躍源于水泥混凝土工作性能和力學性能的提升以及混凝土施工技術(shù)和設(shè)備的進步。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日開始施工，2009年10月1日完工，2010年1月4日正式開放，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，首席建筑設(shè)計師為艾德里安·史密斯，首席結(jié)構(gòu)工程師為比爾·貝克，大廈由韓國三星公司營造。建筑設(shè)計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，具有太空時代風格的外形，基座周圍采用了富有伊斯蘭尖塔建筑風格，設(shè)計靈感源于六瓣的沙漠之花蜘蛛蘭。其獨特的結(jié)構(gòu)和先進的施工技術(shù)是當之無愧的建筑奇跡。
當前全球87%以上的摩天大廈工地都在中國，深入研究該建筑的設(shè)計、材料與施工技術(shù)與裝備對我國摩天大廈的建設(shè)具有重要借鑒意義。
哈利法塔的外觀設(shè)計
哈利法塔的建筑設(shè)計歷經(jīng)多次修改完善（如圖1）。最初的設(shè)計方案是在2003年初由澳大利亞的一家設(shè)計公司提出的高560m的墨爾本葛洛羅塔的復制品。之后som重新設(shè)計了哈利法塔，其高度變?yōu)?50m，經(jīng)多次修改設(shè)計方案后最終確定了828m的設(shè)計高度。哈利法塔的建筑和結(jié)構(gòu)設(shè)計是由艾德里安·史密斯和他的90名設(shè)計師在斯基德莫爾、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)中心一號大樓。哈利法塔類似于威利斯大廈的束筒結(jié)構(gòu)，但它不是一個管狀結(jié)構(gòu)，而是由連為一體的管狀多塔組成，設(shè)計借鑒了韓國首爾的一個名為towerpalacethree的73層高的全住宅建筑。
承襲了伊斯蘭建筑特有風格的設(shè)計使哈利法塔屢獲設(shè)計殊榮，蜘蛛蘭形設(shè)計最大限度保證了結(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)的靈感來源。整座塔樓的混凝土結(jié)構(gòu)塑造了y形平面，三個支翼由花瓣演化而成，每個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，使得三個支翼互相聯(lián)結(jié)支撐，這四組結(jié)構(gòu)體自立而又互相支持，擁有嚴謹縝密的幾何形態(tài)，增強了哈利法塔的抗扭性，大大減小了風力的影響，螺旋狀排列以抵御肆虐的沙漠風暴，同時又保持了結(jié)構(gòu)的簡潔。樓面為“y”字形，并由三個建筑部分逐漸連貫成一個核心體，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感受（如圖2）。
哈利法塔的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計哈利法塔采用了創(chuàng)新性的多種結(jié)構(gòu)復合構(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，全由細小石塊經(jīng)過長時間的自然作用黏合而成，地基相對較為疏松。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，來支撐由12500m3c50自密實混凝土制作的厚3.7m、大小足以容納建筑整個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設(shè)計。哈利法塔的整個抗側(cè)力體系是一個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封閉的空心軸。中心軸通過三個翼上的6道縱墻扶壁來提高他的穩(wěn)定性。同時，走廊縱墻又通過翼墻和錘頭墻來進一步支撐和穩(wěn)固。并且，每翼的端部還有四根獨立的端柱。通過建筑結(jié)構(gòu)各部位的協(xié)同作用，整個建筑在結(jié)構(gòu)上形成了一個互相支撐的整體，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)過了計算調(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)計時，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，來確保端柱和走廊墻具有相同的混凝土收縮。
哈利法塔的風洞試驗對于作為超高建筑的哈利法塔來說，研究風荷載對其結(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的邊界層風洞進行了40多次風洞試驗和其他實驗研究（如圖4）。
風洞試驗項目包括：剛性模型力平衡試驗、多自由度空氣彈性模型研究、局部壓力測量、行人風環(huán)境研究和風氣候研究。其中剛性模型力平衡試驗和多自由度空氣彈性模型研究使用的模型比例是1∶500，行人風環(huán)境研究則使用了1∶250的模型。由于在氣動彈性模型和力平衡試驗結(jié)構(gòu)中發(fā)現(xiàn)了雷諾數(shù)效應(yīng)（尺寸效應(yīng)），因此還在加拿大國家研究中心的9m×9m的風洞中進行了高雷諾數(shù)測試，測試所用的模型尺寸為1∶50，風速可達55m/s（如圖5）。在設(shè)計初期，采用高頻天平測力技術(shù)進行風洞試驗，以確定作用在哈利法塔主結(jié)構(gòu)上的風荷載。采用風洞試驗的數(shù)據(jù)與塔樓的動態(tài)特性相結(jié)合的方式，來計算哈利法塔的動態(tài)響應(yīng)和整個建筑尺寸上的總的有效風力分布。最終以測力天平試驗的結(jié)果用作哈利法塔早期結(jié)構(gòu)設(shè)計時的輸入?yún)?shù)，并且還用來進行哈利法塔剛度和質(zhì)量分布變化時的參數(shù)研究。哈利法塔有六個主要的風向。其中三個風向正對著翼尖。風吹向翼尖時，每個翼部具有分流效果（見圖6的翼a、翼b和翼c）；另外三個方向是吹在兩翼之間，稱為尾向。可以發(fā)現(xiàn)：不同方向的風荷載譜顯示，在重要的頻率范圍內(nèi)，風對翼尖或鼻端的激振，比風對與之對應(yīng)方向(尾向)的激振要小。在選擇大樓方向與迪拜高頻強風向和弱風向的相對關(guān)系時，設(shè)計時應(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)方而改進的關(guān)系，進行幾次天平試驗。三個翼順時針方向縮進，a翼首先縮進。在每一次風洞試驗后，對數(shù)據(jù)進行分析，重新設(shè)計塔樓的形狀以盡量降低風的影響。一般來說，縮進的次數(shù)和縮進的間距隨著翼部形狀的變化而改變。該調(diào)整過程是以“擾亂”風向的方式，使施加在塔樓上的風力大大減少。
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承受隨高度的增加而上升的荷載，在哈利法塔的建設(shè)過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混凝土。制備混凝土采用的原材料均來自迪拜周邊地區(qū)，膠凝材料采用水泥、粉煤灰或礦粉、硅灰復合使用，通過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。具體配合比見表2和表3。
b2-l40樓層的墻采用c80（56d）自密實混凝土，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自密實混凝土。由于l127-l154層結(jié)構(gòu)需求相對較低，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。因為相對于最大粒徑為14mm的混凝土來說，最大粒徑為20mm的混凝土需要的水泥和細沙要少的多。哈利法塔的樓板混凝土均采用c50自密實混凝土，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，并且采用相對低樓層樓板混凝土更大的坍落擴展度。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網(wǎng)。筏板基礎(chǔ)采用c50自密實混凝土。
混凝土質(zhì)量的控制
在混凝土的生產(chǎn)過程中都有監(jiān)控并且做了記錄。在混凝土運輸和泵送之前，都進行混凝土的溫度和工作性檢測（坍落度擴展度、l型箱、v型漏斗）（如圖7），并且制作了混凝土強度試件檢查混凝土強度。在現(xiàn)場工作人員為了確定和控制混凝土凝固和收縮指標，進行了取芯留樣。為了研究澆灌工藝和控制溫升的措施，在現(xiàn)場制作了邊長為3.75m的立方體（如圖8）。
為確保194根灌注樁承載力足以達到設(shè)計要求的3000t，工作人員在現(xiàn)場進行了壓樁試驗，測得最大承載力為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)備及測試
哈利法塔的混凝土供應(yīng)商和泵送服務(wù)商unimix通過對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，并且還調(diào)整了s閥和s閥軸承的預期壓強。bsa14000shp-d本身既具備特別高效的過濾系統(tǒng)，以避免液壓油和外部灰塵對混凝土的污染，普茨邁斯特的工程師又改進了混凝土泵的液壓驅(qū)動系統(tǒng)，無桿腔運行時混凝土壓強和液壓系統(tǒng)的油壓比小于i=1。此傳動比例使高性能的泵機可實現(xiàn)超過400bar的混凝土壓強。
圖10部分拌和水為碎片冰在施工前期，putzmeister在德國總部和迪拜的施工現(xiàn)場對拖泵和輸送管線進行了一系列的水平泵送測試（如圖12），測試所用的拖泵為bsa14000hp-d超高層建筑用拖泵和dn125zx輸送管線，通過測試確定了泵送至600m以上的高度所需的壓強和混凝土與輸送管之間摩擦。在混凝土泵送過程中，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。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下降約25%，并且混凝土在泵送過程中對輸送管的磨損也會下降。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，并且通過超聲測量定期監(jiān)測輸送管的壁厚。
模板和混凝土澆筑
為方便施工，管理人員將整個基礎(chǔ)筏板分為中心和三個翼板四個部分進行澆筑，每部分澆筑間隔24小時（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828m，因此在施工過程中采用了全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)（gps）來控制施工過程中的精度，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)計材料與施工等稱為摩天大廈建筑的標桿。本文綜述了該摩天大廈建設(shè)技術(shù)。
（1）哈利法塔設(shè)計承襲了伊斯蘭建筑特有風格，蜘蛛蘭形設(shè)計最大限度保證了結(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)的靈感來源。
（2）為抵抗沙漠的風暴，大廈結(jié)構(gòu)設(shè)計者通過嚴密的風洞試驗對大樓的幾何形狀與有關(guān)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計進行調(diào)整以盡量降低風的影響，以“擾亂”風向的方式，使施加在塔樓上的風力大大減少。
（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承受隨高度的增加而上升的荷載，在哈利法塔的建設(shè)過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混凝土。
（4）制備混凝土采用的原材料均來自迪拜周邊地區(qū)，膠凝材料采用水泥、粉煤灰或礦粉、硅灰復合使用，通過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混凝土泵送施工，模板采用自攀升技術(shù)，經(jīng)過嚴密的施工組織，保證了施工質(zhì)量與進度的統(tǒng)一，并創(chuàng)下了混凝土泵送的高度記錄611m。