互动科普

支撑着建筑物的巨墙

哈利法塔在156层以上为钢结构（钢制构件），155层以下为钢筋混凝土结构（在混凝土中埋入直径几厘米的钢筋）。巨大的钢筋混凝土内墙是整个建筑最主要的“骨架”（图中粉红色的部分），从地基开始一直向上高高延伸到155层。

这种由墙壁搭建的结构是哈利法塔在设计上的全新创意，称为“扶壁核心筒”（buttressed core）结构。这里所说的核心筒是指位于建筑物中心、由墙壁所围成的六角形空间（图A虚线部分）。因为核心筒是由3个方向上的不同墙壁所支撑的，所以才取名“扶壁核心筒”。

与钢结构相比，钢筋混凝土结构不易弯曲，且隔音效果好，在强风或地震时不容易摇晃。因此，高层公寓多用钢筋混凝土建造。但是，其缺点是强度比不上钢结构。哈利法塔巧妙地利用“扶壁核心筒”结构，能够很好地抗侧力和抗扭曲。

为了防止地震导致建筑物摇晃，通常会在地基与柱之间塞入叠层防震橡胶等除震装置，在柱与梁之间加入吸收晃动的液压减振器等减振装置。不过，哈利法塔并没有安装这些装置，这是因为设计者认为在迪拜不可能发生与哈利法塔的固有周期（11～12秒）相同的强震。迪拜4层以上建筑的设计抗震强度全部为M5.5级（迪拜为震源）。

哈利法塔的结构

155层之下各楼层的中央都有一个由墙壁所围成的六角形空间，并由此形成通往3个方向的走廊。这些墙壁不仅将走廊与房间分隔开，而且从地基一直向上延伸到155层，构成了整个建筑的主体结构。

192根桩与筏板共同支撑着整个建筑

坦率地说，迪拜位于沙漠地区，地质结构并不适合建造超高层建筑。从地表到地下几米深处都是松软的沙土层，再往下，至少直到地下90米深，都是由砂岩（由细沙沉积而成）和石灰岩构成的脆弱地层，根本找不到安置建筑物地基所需的坚硬地层和岩盘。在这种地质结构上建造几百米高的超高层建筑颇有点“异想天开”，可谓困难重重。

为了解决这个难题，哈利法塔在地基上建造了桩筏（piled raft），通过筏板承载建筑物的重量，并用桩固定筏板以防其下沉或浮起。例如，即便桩尖无法插入坚硬的地层中，通过桩侧面与地层之间的摩擦力也能支撑建筑物。

哈利法塔的桩筏重量超过了50万吨，由一个3.7米厚的钢筋混凝土筏板和192根钢筋混凝土桩组成。每根桩直径1.5米、长43米，设计承载力为3000吨。

192根桩的总承载力为57.6万吨，仅靠这些桩就能支撑整个哈利法塔的重量（实际上，筏板底面也支撑着重量）。正是借助于这些桩和筏板，哈利法塔才能够屹立在松软的沙漠中。

假设用桩筏基在日本建造哈利法塔的话，建设地点则非常有限。哈利法塔的设计抗震强度为M5.5级。日本可能会发生M8级直下型地震，许多地方的地层都将出现液化现象，在最坏的情况下，建筑物甚至会倾斜或倒塌。

（本文发表于《科学世界》2016年3期）