世界第一高樓哈利法塔被閃電擊中，這座備受矚目的建筑以一種獨特的方式再次吸引了世人的眼球。在欣賞哈利法塔頂端這一神奇瞬間的同時，也讓我們深入了解一下哈利法塔的結構設計及其足尺結構健康監測體系吧。

1 工程概況

哈利法塔是目前世界上高的建筑（圖1），其高度為828m，是一座集酒店、公寓、寫字樓等為一體的綜合性建筑。有效租售樓層162 層，建筑面積526700 m2，塔樓建筑面積344000 m2，總造價為15億美元。工期自2004年9月至 2010年1月。 為保持世界高建筑的地位，鋼結構頂部設置了直徑為1200mm的可活動的中心鋼桅桿（圖2），由底部不斷加長，用油壓設備不斷頂升，其預留高度為200m。為此，哈利法塔始終不宣布建筑高度。到2009年底，確認五年內世界各國都不可能建成更高的建筑，才確定828m的高度。塔樓酒店平立面及整體立面圖見圖3，4。2010年1月4日，哈利法塔舉行了開幕式，正式宣布建成。
2 建筑幕墻

2.1 幕墻系統概況

哈利法塔的建筑幕墻（圖5）總面積為13.5萬m2，其中塔樓部分為12萬m2。在塔樓幕墻中，玻璃10.5萬m2，不銹鋼板1.5萬m2，相當于17個足球場面積。采用單元式幕墻，共有23566個單元板塊。

幕墻安裝從2007年5月開始，到2009年9月完工，歷時30個月。開始一天只能安裝20~30個單元，每天可達175個單元。幕墻總造價約為人民幣8億元，約為6000元/m2。

2.2入口處索網雙層幕墻系統

三個入口處設入口大廳，周邊均由索網雙層幕墻封閉，分別用于酒店、公寓、寫字樓。為做到透光不透熱，做雙層通風幕墻，內外幕墻均用索網。兩道幕墻均為圓柱形，豎向為直線，水平是圓弧。見圖6。 2.3 幕墻金屬支承結構的防雷

為了保證強大的雷電電流能順暢導入地下，首先支承結構的各構件都必須電氣連通，形成建筑表面的防雷網。這一防雷系統必須與主體結構的防雷系統可靠連接，通過主體結構的防雷導線將雷電引入地下。由金屬梁柱構成的防雷網，就像“金鐘罩”一樣保護了建筑本身。至今所有遭受雷擊的超高層建筑，幕墻都未受到損壞。哈里法塔在2010年遭受雷擊的照片見圖7。
3 結構體系和結構布置

3.1 結構體系

哈利法塔采用下部混凝土結構、上部鋼結構的全新結構體系。- 30~601m為鋼筋混凝土剪力墻體系，601~828m為鋼結構，其中601~760m采用帶斜撐的鋼框架。

3.2 結構布置

采用三叉形平面可以取得較大的側向剛度，整個抗側力體系（圖8，9）是一個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，共六道；橫向分戶墻作為縱墻的加勁肋；此外，每翼的端部還有四根獨立的端柱。 3.3 豎向布置

豎向形狀按建筑設計逐步退臺，退臺要形成優美的塔身寬度變化曲線，而且要與風力的變化相適應。在豎向布置了七個設備層兼避難層，利用其中的五個設備層做成結構加強層（圖10）。 4 結構設計 混凝土結構設計按美國規范 ACI 318-02 進行?；炷翉姸鹊燃墸?27層以下C80；127層以上C60。端柱的厚度取與內墻相同，即600mm。標準層層高為3.2m，采用無梁樓板，板厚為300mm（圖11）。 塔樓601m以上是帶交叉斜撐的鋼框架。鋼框架逐步退臺，從第18級的核心筒六邊形到第29級的小三角形，只剩直徑為1200mm的桅桿，見圖12，13。
采用摩擦樁加筏板聯合基礎（圖14）。194根現場灌注樁，長度約43m，直徑1500mm。樁尖深度-70m（圖15）。筏板厚度3.75m。對筏板連同樁、周邊土體進行了三維有限元分析，分析表明，基礎長期沉降為80mm，施工到135層時沉降30mm，工程完工后，實測沉降為60mm。 5 結構健康監測系統

對哈利法塔進行結構健康監測的目的是確定施工期間和使用周期內塔樓的結構性能，監測的內容如下：1）樁基礎荷載在土中的傳遞；2）筏板基礎的沉降；3）核心筒內巨柱和外柱的壓縮變形；4）施工期間分層加載重力荷載引起的巨柱和核心筒的總應變；5）施工期間和施工完成后塔樓的側向位移；6）同一位置施工期間塔樓位移和動力特性；7）塔樓使用期間沿高度方向7個位置處的位移、加速度和動力特性；8）沿高度方向風速、風場分布、溫度差異和濕度的測量；9）監測塔尖的疲勞性能。

5.1 測量監測系統

在每層樓設置的測量系統由以下部分組成：1）自動爬模系統（ACS），且在其頂部豎桿上安裝三個GPS接收天線；2）每個GPS接受天線的下方安裝可傾斜的圓形棱鏡；3）混凝土頂部安裝測量總站儀器(TPS)。

從基礎開始每隔20層，將樓層的測量系統和8個測斜儀（萊卡NIVEL 200雙軸精確測斜儀）安裝在一起，測斜儀安裝在中心核心筒區域內。

哈利法塔的測量監測系統（圖16）會定期測量建筑的真實位移，所有定期測量都在清早進行，并關閉塔吊。
建立三維有限元分析模型進行分析，見圖17。結果表明：基礎沉降測量遠遠比采用PLAXIS軟件估算的值低；施工期間柱（墻）的實際總應變值和收縮量與分析值吻合得很好；施工期間側向位移的測量值和分析值也比較吻合。

5.2 應變測量

測量柱和核心筒單元的總應變需要安裝以下設備：1）接在鋼筋上的197個電阻式應變計；2）埋在混凝土中的197個電子引伸計——振弦式應變計；3）筏板基礎共埋有24個型號為VSM 4200的振弦式應變計、3個接線盒、2個荷載光電管上的接線盒。
由圖18可看到測量全樓的所有應變計位置。施工期間的實測應變值和有限元分析值兩者吻合得很好。 臨時性實時監測系統包括：1）加速度儀；2）完整的GPS系統；3）測量138層氣溫、濕度和風速風向的氣象站。2008年9月10日，塔樓受到Bandar Abbas 地震的影響。此次地震中，記錄了安裝監測系統后出現的大加速度值。 圖20是為哈利法塔量身定做的結構健康監測系統，包括：1）在基礎頂面安裝3對加速度儀用于收集基礎加速度；2）在73, 123, 155層混凝土頂部，160M3層，墻肢23A和頂部尖塔頂端安裝6對加速度儀，測量塔樓所有層的實時加速度值；3）160M3層安裝GPS系統測量結構位移；4）在所有平臺層、平面縮進層和828m高的塔尖頂端布置23個超聲波風力傳感計，測量風速和風向；5）160M3層氣象站測量風速、風向、相對濕度和溫度。

有限元分析值和監測值的對比結果令人滿意。

關于結構健康監測
結構健康監測是指對工程結構實施損傷檢測和識別。 我們這里所說的損傷包括材料特性改變或結構體系的幾何特性發生改變，以及邊界條件和體系的連續性，體系的整體連續性對結構的服役能力有至關重要的作用。 結構健康監測涉及到通過分析定期采集的結構布置的傳感器陣列的動力響應數據來觀察體系隨時間推移產生的變化，損傷敏感特征值的提取并通過數據分析來確定結構目前的健康狀態。對于長期結構健康監測，通過數據定期更新來估計結構老化和惡劣服役環境對工程結構是否有能力繼續實現設計功能。

關于聚華科技
杭州聚華光電科技有限公司（Cavono, Inc.）是一家基于物聯網光纖傳感器技術從事土木工程結構健康監測與預警管理的高新技術企業，聚華是專業的光纖光柵傳感器產品提供商和土木工程結構健康監測一站式解決方案優質合作伙伴。公司專注于橋梁、隧道、邊坡、基坑、地鐵、礦山、電力等土木工程領域的結構健康監測相關產品的研發、生產、推廣與應用，以提供野外光纖傳感器自動化監測產品、工程結構安全監測一站式解決方案見長。主要以光纖光柵傳感器技術、分布式光纖測溫技術、工程安全自動化云計算軟件、工程化專業領域數據分析為技術核心。www.hzjzgcls.com