Бурдж-Халифа – самое высокое сооружение в мире высотой 828 м, имеющее в общей сложности 163 этажа. Известная как башня смешанного назначения с общей площадью 460 000 м2, она включает в себя жилые, гостиничные, коммерческие, офисные, развлекательные, торговые и развлекательные заведения.
Идея дизайна Бурдж-Халифа возникла из геометрии местного цветка пустыни Саудовской Аравии, а узоры башни олицетворяют исламскую архитектуру. Башня построена вокруг центрального ядра с тремя крыльями, каждое крыло состоит из четырех отсеков. На каждом седьмом этаже один внешний отсек отделяется от другого, по спирали уходя в небо.
В отличие от многих высоких башен с многослойными перекрытиями, для Бурдж-Халифа была выбрана Y-образная планировка, чтобы расширить обзор и обеспечить жильцов большим количеством естественного света. Также был рассмотрен Y-образный план, чтобы уменьшить влияние ветровой нагрузки на здание.
Кроме того, здание имеет подиум вокруг основания. Она также включает от четырех до шести этажей подземного гаража. Башня построена на плотском фундаменте толщиной 3,7 м и опирается на буронабивные сваи. Диаметр свай составляет 1,5 м, они простираются на 50 м ниже основания плота фундамента.
Башня Бурдж-Халифа
Решающие трудности при проектировании башни возникли при выполнении экономически эффективного проекта фундамента, когда условия грунта и скальных пород были плохими, и необходимо было противостоять значительной ветровой нагрузке.
В данной статье рассматриваются структурные и геотехнические особенности башни Бурдж-Халифа, такие как геология местности, конструкция фундамента, процесс строительства и программа испытаний свайной нагрузки.
4. Система фундамента
- 4.1 Программа испытаний свайной нагрузки
5. Строительство башни Бурдж-Халифа
- 5.1 Планирование бетонных работ
- 5.2 Технологии, используемые для достижения 3-дневного цикла
- 5.3 Последовательность строительства надстройки
Часто задаваемые вопросы
1. Расположение Бурдж-Халифа
Башня Бурдж-Халифа была открыта для посетителей в январе 2010 года. Она расположена в Дубае, Объединенные Арабские Эмираты. На рисунке ниже показано расположение башни Бурдж-Халифа.
Расположение башни Бурдж-Халифа
2. Геология участка Бурдж-Халифа
В следующих пунктах описывается геология участка Бурдж-Халифа:
Грунтовые условия состояли из горизонтально стратифицированного подповерхностного профиля, который был чрезвычайно изменчив и сложен из-за характера осаждения и общих жарких-сухих погодных условий.
На глубине нескольких метров под основанием присутствовали пески средней толщины и очень рыхлые зернистые алевритистые пески (морские отложения). Толщина этого слоя составляет 4 м.
Алевритовые пески подстилаются крайне слабым или слабым песчаником. Этот слой переслаивается с очень слабо сцементированным песком, мелкозернистым алевролитом и слабым или достаточно слабым конгломератом. Толщина этого пласта составляет 70 м.
Уровень грунтовых вод, как правило, был высоким на всей территории участка. Во время раскопок уровень грунтовых вод находился примерно на 2,5 м ниже уровня земли.
Предел прочности при сжатии гранулированного алевритового песка составлял от 2 до 3 МПа, а слоя песчаника – от 1 до 3 МПа.
Геотехнические результаты показали потенциальную способность разрушения жесткости материала при циклической нагрузке землетрясения. Однако, после установки свай, жесткость материала взаимодействия грунта и свай была достаточной для сопротивления циклической нагрузке землетрясения.
3. Структурная система
Система сопротивления боковой нагрузке и каркасная система перекрытий являются двумя основными компонентами надстройки башни Бурдж Халифа, и эти системы рассматриваются ниже.
3.1 Система сопротивления боковой нагрузке
Система сопротивления боковым нагрузкам башни состоит из стен с вязким ядром, выполненных из высокоэффективного железобетона. Эти стены соединены с наружными железобетонными колоннами посредством ряда железобетонных панелей сдвиговых стен. Ниже описана система сопротивления боковым нагрузкам башни Бурдж-Халифа:
Толщина основной стены варьируется от 1300 мм до 500 мм.
Для соединения основных стен башни использовались составные железобетонные балки толщиной от 800 мм до 1100 мм.
В некоторых местах композитные балки не могли быть предусмотрены из-за ограничений по глубине. Поэтому в таких местах были установлены стальные балки.
Ширина как составных балок, так и стальных балок была обеспечена таким образом, чтобы она соответствовала ширине прилегающей стены ядра.
На вершине основной стены был установлен очень высокий шпиль. Этот шпиль был предусмотрен для того, чтобы сооружение стало самой высокой башней в мире во всех категориях.
Система сопротивления боковой нагрузке Бурдж Халифа
3.2 Каркасная система перекрытий
В следующих пунктах описывается система каркаса перекрытий башни Бурдж-Халифа:
Двусторонние железобетонные плоские перекрытия были предусмотрены как для гостиничных, так и для жилых этажей. Толщина плит для системы перекрытий варьируется от 200 мм до 300 мм.
Расстояние между перекрытиями было 9 м между внутренней основной стеной и наружными колоннами.
На вершине башни были предусмотрены двухсторонние железобетонные плоские плиты толщиной от 225 мм до 250 мм.
Однако внутри внутреннего ядра для обеспечения большей боковой устойчивости было предусмотрено плоское перекрытие с балками.
Каркасная система перекрытий башни Бурдж-Халифа
4. Система фундамента
Для противостояния вертикальным и боковым нагрузкам самого высокого в мире сооружения был принят свайный фундамент. В следующих пунктах описаны детали конструкции фундамента башни Бурдж-Халифа:
Башня была установлена на плот толщиной 3,7 м, опирающийся на 194 железобетонные буронабивные сваи высокой производительности. Диаметр свай составлял 1,5 м, сваи были установлены на 50 м ниже основания плота.
Подиум был установлен на плот толщиной 0,65 м, опирающийся на 750 буронабивных свай. Диаметр свай – 0,9 м, сваи были выдвинуты на 35 м ниже основания плота.
Железобетонный фундамент плота был построен с использованием высокоэффективного самоуплотняющегося бетона (SCC). В качестве гидроизоляционной мембраны была предусмотрена глухая плита толщиной не менее 100 мм.
Для строительства свайного фундамента использовался полимерный буровой раствор. Он оказался намного эффективнее обычного бентонитового бурового раствора, поскольку повысил работоспособность свай сверх ожиданий.
Максимальная нагрузка в 35 МН наблюдалась на углах свай. Напротив, в центре свай наблюдалась минимальная нагрузка 12-13 МН.
Для ограничения бокового движения блока свай был принят коэффициент безопасности 2 как для боковой, так и для вертикальной нагрузки на группу свай.
В нижней и боковых частях плотового фундамента были предусмотрены гидроизоляционные элементы для защиты от проникновения воды.
Дно и все стороны плотового фундамента были защищены гидроизоляционной мембраной.
Для непрерывной заливки бетона для свай был принят метод Треми, а для SCC было принято соотношение в/ц 0,30.
Для защиты системы фундамента башни Бурдж-Халифа была разработана надежная система катодной защиты. Эта система обеспечила безопасность от воздействия хлоридов и сульфатов из почвы на площадке.
До 3,5 м от поверхности земли присутствовали морские отложения и заиленный песчаный грунт. Поэтому вероятность возникновения разжижения во время сейсмического события была высокой. Таким образом, была проведена оценка разжижения. Однако свайный фундамент был предусмотрен ниже уровня морских отложений и заиленного песчаного грунта, чтобы сделать его безопасным.
Фундамент башни Бурдж-Халифа
4.1 Программа испытаний свайной нагрузки
Испытание статической нагрузки на сваю проводилось в два этапа. Первый состоял из нагрузки на семь опорных свай до строительства фундамента. Второй состоял из нагружения восьми рабочих свай и проводился во время строительства фундамента.
Кроме того, в общей сложности десять свай были выбраны для испытания динамической нагрузки на сваи. Также было проведено звуковое испытание на целостность для проверки вертикальной и боковой прочности свай во время строительства фундамента.
Основной целью программы испытаний свай на нагрузку было построение кривой реакции свай на нагрузку и подтверждение проектных предпосылок. В ходе различных нагрузочных испытаний свай были изучены следующие факторы:
Влияние длины ствола сваи
Влияние цементации ствола
Влияние диаметра ствола
Влияние нагрузки при подъеме (растяжении)
Эффект боковой нагрузки
Эффект циклической нагрузки
Установка для испытания статической нагрузки на сваю
Результаты испытаний свайной нагрузки обобщены ниже:
При рабочей нагрузке коэффициент безопасности от разрушения несущей способности составил более трех. Таким образом, башня была надежно защищена от разрушения несущей способности с комфортным запасом.
Точечная несущая способность свай была больше, чем предельная осевая несущая способность. Однако, мощность трения кожи свай была полностью мобилизована выше 30 м, хотя значительная мощность трения кожи была доступна ниже 30 м.
Максимальная осадка была в пределах 70 мм для отдельной сваи, что намного ниже предельного значения.
Эффект цементации ствола увеличил способность свай к трению кожи.
При циклической и боковой нагрузке значения жесткости были очень высокими, что обеспечило отличный запас прочности.
Коэффициент безопасности против подъема составил 2, так как давление подъема влияло на сжимающую способность свай.
5. Строительство башни Бурдж-Халифа
Для строительства башни к февралю 2005 года были завершены работы по устройству свайного и плотового фундаментов. После этого, в апреле 2005 года, началось строительство надстройки башни, и в январе 2009 года башня была полностью возведена до желаемого положения.
Для строительства башни в установленные сроки были применены следующие технологии и стратегии:
Для проведения строительных работ был принят уникальный подход 3-дневного цикла.
Была принята транспортная система с огромной вместимостью оборудования и оптимальных строительных материалов.
Была создана оптимальная опалубочная система, отвечающая требованиям строительства башни, а также ее высоте.
В ходе строительства башни были разработаны логистические планы.
Последовательность строительства надстройки башни Бурдж-Халифа
5.1 Планирование бетонных работ
Для успешного строительства башни основное внимание было уделено программе испытаний и качества бетона. Эти программы были начаты вскоре после разработки критериев проектирования смесей и продолжались до последнего этапа строительства. Ниже описаны режимы испытаний, включенные в программу строительства башни Бурдж-Халифа:
Были рассчитаны все механические свойства, такие как модуль упругости, прочность на растяжение и прочность на сжатие бетона.
Были проведены испытания на прочность. Эти испытания включали начальный и 30-минутный тест на впитывание поверхности.
Для различных типов бетонных смесей были разработаны установки для испытаний на ползучесть и усадку.
Проводилось испытание на проницаемость, например, на быстрое выделение хлоридов.
Проводилось испытание на теплоту гидратации. Данное испытание состоит из анализа кубов и полномасштабной установки для измерения влияния теплоты гидратации на крупногабаритные бетонные элементы размером более 1,0 м.
Были проведены испытания по имитации насоса, чтобы обеспечить возможность перекачки бетона на большое расстояние.
Испытание на теплоту гидратации
Короче говоря, все эти испытания проводились для подтверждения последовательности строительства крупногабаритных элементов и разработки планов твердения с учетом ежедневных и сезонных колебаний температуры.
5.2 Технологии, используемые для достижения 3-дневного цикла
Для строительства башни такого масштаба в очень сжатые сроки была разработана программа 3-дневного цикла бетонных работ. Ниже описаны строительные технологии, использованные для выполнения программы 3-дневного цикла бетонных работ:
Система автоподъемной опалубки (ACS) использовалась для строительства на больших высотах.
Высокоэффективный бетон был использован для обеспечения высоких требований к долговечности, высокому модулю упругости, высокой прочности и требованиям к перекачиванию.
При минимальных затратах труда была разработана простая система опалубки с падающей головой, обеспечивающая полуавтоматический процесс демонтажа и монтажа опалубки.
Предварительное изготовление арматуры было использовано для ускорения процесса строительства и уменьшения человеческих ошибок при изготовлении арматуры.
5.3 Последовательность возведения надстройки
Процесс строительства надстройки и АСУ изображен на рисунке 9. Работы по АСУ были разделены на три сегмента. Первый сегмент включал строительство центральной стены ядра, второй сегмент включал строительство стены крыла. Третий сегмент включал строительство трех крыльев башни. В следующих пунктах описана последовательность строительства надстройки башни Бурдж-Халифа:
Сначала были возведены основные стены центрального ядра, а затем возведена плита центрального ядра.
После этого была построена стена крыла в продолжение строительства плоской плиты крыла.
Далее были построены носовые колонны вместе со строительством плоской плиты в носовой части.
Кроме того, основные стены центрального ядра были связаны с носовыми колоннами серией скобчатых стен на каждом механическом уровне.
Скобы были построены из конструкционной стали, поскольку арматурные стержни делали соединения перегруженными. Поэтому для сокращения времени строительства и достижения большей жесткости соединений были использованы элементы из конструкционной стали.
Последовательность строительства башни Бурдж-Халифа
Часто задаваемые вопросы
Каков тип фундамента башни Бурдж-Халифа?
Для строительства башни был использован плот и свайный фундамент. Башня установлена на плот толщиной 3,7 м, опирающийся на 194 буронабивные сваи.
Какая марка бетона использовалась при строительстве башни Бурдж-Халифа?
При строительстве башни Бурдж-Халифа использовался бетон марки М-60 – М-80, изготовленный из летучей золы.
Какова высота башни Бурдж-Халифа?
Башня Бурдж-Халифа – самое высокое сооружение в мире, возвышающееся на 828 м от уровня земли.
Сколько этажей в башне Бурдж-Халифа?
Башня состоит из 160 этажей.
Какова общая стоимость строительства башни Бурдж-Халифа?
Общая стоимость строительства составила 1,5 миллиарда долларов США.
Колизей: Строительство самого большого в мире амфитеатра
Мост Золотые Ворота: Строительство одного из самых длинных подвесных мостов в мире
Эйфелева башня: Особенности строительства железного гиганта