MỤC LỤC MỞ ĐẦU I. GIỚI THIỆU
II. MẶT BẰNG-MẶT CẮT CÔNG TRÌNH III. HÌNH THỨC KẾT CẤU IV. HỆ THỐNG ỐP MẶT TIỀN V. MỘT SỐ KĨ THUẬT TRONG CÔNG TRÌNH KẾT LUẬN TÀI LIỆU THAM KHẢO
MỞ ĐẦU Hiện nay, trào lưu kiến trúc hiện đại đang phát triển và xu hướng quốc tế hóa ở các quốc gia với nhiều tòa nhà văn phòng, thương mại cao tầng-siêu cao tầng với hình dáng, cấu trúc hiện đại, tiên tiến. Cùng với sự phát triển mạnh mẽ về kinh tế, xã hội dẫn đến tại các đô thị trên thế giới dân số ngày càng đông đúc, nhu cầu về nhà ở, văn phòng, khách sạn….tăng lên đáng kể. Bên cạnh sự gia tăng dân số, sự hạn hẹp về quỹ đất xây dựng thiếu trầm trọng làm giá đất tăng lên cũng như sự phát triển mạnh của khoa học công nghệ xây dựng, sự đa dạng của vật liệu đã góp phần thúc đẩy mạnh mẽ phát triển xây dựng nhà cao tầng. Có thể coi nhà cao tầng là biểu tượng của kiến trúc đô thị hiện đại, là sản phẩm và biểu tượng của tiến bộ khoa học xây dựng tiên tiến. Với các tòa nhà cao tầng vật liệu cơ bản dung để thi công kết cấu chịu lực: bê tông cốt thép, thép, bê tông cốt thép và thép. Và trong bài tiểu luận này chúng ta đi sâu tìm hiểu hệ kết cấu chính của công trình Burj Khalifa là công trình cao nhất thế giới hiện nay được xem là công trình kiến trúc vĩ đại của thế giới.
I. GIỚI THIỆU 1.Định nghĩa và phân loại nhà cao tầng: -Định nghĩa nhà cao tầng theo Ủy ban Nhà cao tầng Quốc tế: Ngôi nhà mà chiều cao của nó là yếu tố quyết định các điểu kiện thiết kế, thi công hoặc sử dụng khác với các ngôi nhà thông thường thì được gọi là nhà cao tầng. - Căn cứ vào chiều cao và số tầng nha, Ủy ban Nhà cao tầng Quốc tế phân nhà cao tầng ra 4 loại: + Nhà cao tầng loại 1: từ 9 đến 16 tầng (cao nhất 50m) + Nhà cao tầng loại 2: từ 17 đến 25 tầng ( cao nhất 75m) + Nhà cao tầng loại 3: từ 26 đến 40 tầng (cao nhất 100m) + Nhà cao tầng loại 4: từ 40 tầng trở lên (gọi là nhà siêu cao tầng) 2. Sơ lược về công trình - Vị trị: Công trình là một nhà chọc trời ở khu vực "Trung tâm Mới" của thành phố Dubai, Các Tiểu Vương quốc Ả Rập Thống nhất.
-
Tổng quan:
+ Tư vấn thiết kế: Công ty Skidmore, Owings, Merrill LLP (SOM) và cộng sự Quy mô: Cao 829,8m; Diện tích sàn 309.473m2 Năm hoàn thành: 2010 + Tổng chiều cao lên tới 829,8 mét trong đó chiều cao đến mái (không bao gồm ăng-ten) là 828m. Tòa tháp có đỉnh tháp cao 208m đây là công trình nhân tạo cao nhất thế giới từng được xây dựng.
+ Burj Khalifa được thiết kế để trở thành trung tâm của Downtown Dubai (bao gồm 30.000 ngôi nhà, 9 khách sạn. + Toà tháp được đấu thầu và xây dựng bởi Samsung C&T Corporation (SCTC) - công ty xây dựng đa quốc gia trực thuộc tập đoàn điện tử Samsung (Hàn Quốc) + Burj Khalifa được thiết kế và thi công bởi công ty Skidmore, Owings & Merrill LLP (SOM) từ Chicago
3. Hình thức kiến trúc Thiết kế ảnh hưởng từ vị trí địa lý: Hymenocallis là tên loài hoa chỉ mọc ở sa mạc, ốc đảo nơi nguồn nước khan hiếm, đã mang lại niềm cảm hứng cho các kỹ sư phác họa lên hình dáng độ đáo này. Hình dáng của Burj Dubai không chỉ giúp tòa nhà tránh được sức gió đáng kể, mà còn cho phép người quan sát phóng tầm nhìn rất xa ra quang cảnh xung quanh. Cấu trúc cơ bản là một lõi hình lục giác trung tâm với ba cánh, được xếp thành cụm xung quanh nó, như trong hình-2. Trong khi di chuyển lên dọc theo tháp, một cánh ở mỗi tầng sẽ được lùi lại. Điều này làm giảm tiết diện khi di chuyển lên.
II. MẶT BẰNG – MẶT CẮT CÔNG TRÌNH
III. HỆ KẾT CẤU CHÍNH 1.
Sơ lược về hệ kết cấu chính của công trình
Burj Khalifa – mặt bằng công trình hình chữ “Y” - để giảm lực gió trên tháp. Hệ thống kết cấu sử dụng lõi chịu lực (cung cấp khả năng chống xoắn cho tòa nhà) và kết cấu bê tông cốt cường độ cao. Ở độ cao tại tầng 160 trở lên công trình sử dụng hệ thống kết cấu bằng thép. Tòa nhà bê tông cốt thép với bê tông cường độ cao từ nền đến tầng 156 với một cấu trúc khung thép giằng từ tầng 156 lên điểm cao nhất của tòa tháp. Việc sử dụng bê tông cốt thép trong công trình chứng tỏ một sự khởi đầu khác cho một kỉ nguyên mới cho việc sử dụng bê tông trong cấu trúc nhà siêu cao tầng trong đầu thế kỉ này.
2. Những ưu điểm của bê tông hiệu suất cao: Bê tông cường độ cao được ứng dụng chủ yếu trên ba lĩnh vực: -
Nhà cao tầng
-
Các công trình trên biển
-
Các công trình giao thông: đường cao tốc, cầu vượt
Ưu điểm:
Bê tông cường độ cao Bê tông cường độ cao
-
Sử dụng bê tông cường độ cao có khả năng rút ngắn thời gian thi công nên giảm bớt được nguồn lực. Đảm bảo tiết kiệm chi phí nhưng hiệu quả vẫn tăng lên vượt trội vì nó giúp giảm kích thước cấu kiện , giảm được khối lượng bê tông trong quá trình xây dựng
-
Bê tông cường độ cao làm giảm kích thước móng vì khối lượng nguồn vật liệu cấu thành được giảm bớt
-
Bê tông cường độ cao làm tăng chiều dài nhịp từ đó giảm đáng kể số lượng trụ
-
Làm giảm chiều dài và chiều cao của dầm
Kết cấu thép
Thiết kế một hệ thống mạnh mẽ, cứng cáp. Để đạt được điều này, họ đã sử dụng công nghệ, vật liệu sẵn có tại địa phương, cải tiến mới nhất trong phân tích, thiết kế, vật liệu và phương pháp xây dựng.
Bê tông Tường lõi
Hướng trọng lực
Hệ thống cấu trúc chính cho việc này siêu cơ cấu đã được đặt tên là “lõi ứng suất". Cấu trúc mới này hệ thống cho phép tăng đáng kể Chiều cao. Hệ thống kết cấu bao gồm một kết cấu ba chiều được neo vào một lõi trung tâm hình lục giác. Lõi trung tâm cung cấp lực xoắn sức đề kháng cho tòa nhà, trong khi đôi cánh cung cấp khả năng chống cắt và tăng lực quán tính.
2. Móng nền Khung móng nền của Buri Khalifa có hình tam giác dày 3.7m. Bên dưới móng nền là 192 cọc thép, đường kính mỗi cọc 1.5m, được chọc sâu 50m vào lòng đất, chịu tải trọng toàn bộ tòa nhà nặng gần 500.000 tấn. Khoảng cách từ tâm đến tâm tối thiểu của các cọc đối với tháp là 2,5 lần đường kính cọc. Bằng việc sử dụng công nghệ địa chất: Cho phép trọng lượng của tòa nhà được dàn trải trên một khối lượng đất lớn hơn, giảm tải trong một phần nhất định.
Cọc bê tông cốt thép (đường kính 1,5m và dài 43m). Hỗn hợp bê tông cho các cọc có 25% tro bay và 7% silica fume. Sàn được hỗ trợ bởi 192 cọc, Dung lượng mỗi cọc là 3000 tấn. Các cọc được làm với mật độ cao, giảm thiểu độ thấm.
Sàn dày 3,7m và được xây dựng tổng cộng 12.500 m3 bê tông Một loại bê tông mật độ cao, độ thấm thấp là được sử dụng trong nền móng. Một hệ thống bảo vệ catốt cũng được được đặt dưới thảm, để giảm thiểu bất kỳ tác động bất lợi của hóa chất ăn mòn, có thể có trong nước ngầm tại địa phương.
Các bức tường hành lang mở rộng từ trung tâm lõi cho đến cuối cánh những bức tường này hoạt động giống như mạng lưới để chống lại lực cắt của gió và moment
Các bức tường lục giác ở giữa được dựng bằng các bức tường cánh được sử dụng như các mạng lưới chống lại lực cắt của gió và moment
3.Hệ thống chịu tải trọng của công trình Hệ thống bê tông hiệu suất cao Hệ thống chịu tải trọng bên của tháp bao gồm các bức tường lõi bằng bê tông cốt thép hiệu suất cao được liên kết với các cột bê tông cốt thép bên ngoài thông qua một loạt các tấm tường bê tông cốt thép.Các bức tường lõi có độ dày khác nhau từ 1300mm đến 500mm. Các bức tường lõi thường được liên kết thông qua một loạt các dầm liên kết bê tông cốt thép sâu 800mm đến 1100mm
Ngoài kết nối tường lõi dọc để có sức mạnh và độ cứng tối đa cho hệ thống chống tải trọng bên, các dầm liên kết là cũng được sử dụng như một phương tiện chuyển giao và cân bằng trọng lực tải giữa các cấu kiện thẳng đứng (lõi-tường và cột đỉnh). Điều này cân bằng ứng suất và biến dạng giữa các thành phần Do dầm liên kết chịu lực cắt lớn và moment uốn, nhiều dầm liên kết phải được làm từ vật liệu tổng hợp (các thanh thép được bọc trong bê tông hiệu suất cao)
Hầu hết dầm và các thanh gia cố cho các bức tường lõi, cánh tường, và các cột đỉnh được đúc sẵn tại tầng trệt
3.Hệ thống chịu tải trọng của công trình Hệ thống giằng thép Hệ thống chịu tải trọng bên của ngọn tháp bao gồm hệ thống giằng thép kết cấu chéo từ tầng 156 đến đỉnh của ngọn tháp ở độ cao khoảng 750 mét so với mặt đất. Các cosist đỉnh cao của phần ống thép kết cấu thay đổi từ đường kính 2100mm x dày 60mm ở chân đế đến đường kính 1200mm x dày 30mm ở đỉnh (828m)
.
Các liên lạc của Burj Khalifa là chóp kính thiên văn của nó bao gồm hơn 4.000 tấn kết cấu thép. Ngọn tháp được xây dựng từ bên trong tòa nhà và được kích lên đến độ cao hơn 200 mét (700 feet) bằng một máy bơm thủy lực. Ngoài việc đảm bảo vị trí của Burj Khalifa là công trình kiến trúc cao nhất thế giới, ngọn tháp là không thể thiếu trong thiết kế tổng thể, tạo cảm giác hoàn thiện cho công trình. Ngọn tháp cũng chứa các thiết bị liên lạc.
4.
Hệ thống khung sàn của công trình
Hệ thống khung sàn nhà ở và khách sạn của Tháp bao gồm các tấm phẳng bê tông cốt thép 200mm đến 300mm trải dài khoảng 9m giữa các cột bên ngoài và tường lõi bên trong. Hệ khung sàn ở các đỉnh của sàn tháp bao gồm hệ tấm phẳng bê tông cốt thép hai chiều từ 225mm đến 250mm. Hệ khung sàn trong lõi bên trong bao gồm hệ bản phẳng bê tông cốt thép hai
.
chiều với dầm
Tường lõi trung tâm Tấm bên ngoài của lõi trung tâm Tường cánh Sàn cánh ngoài điển hình Sàn và cột cánh điển hình ở góc
Trình tự xây dựng: ♦ Việc xây dựng tường lõi trung tâm được xây dựng sau cấu tạo tấm lõi trung tâm ♦ việc xây dựng tường cánh được xây dựng sau việc xây dựng tấm phẳng cánh; và ♦ các cột đỉnh được theo sau bởi cấu tạo tấm phẳng và tấm phẳng tại khu vực đỉnh
.
Trải qua hơn 40 cuộc thử nghiệm khí động học nghiêm ngặt, ở độ cao hơn 800m, Burj Khalifa thách thức cả thiên nhiên khi giảm thiểu được tối đa tác động của sức gió. Một mô hình kết cấu như thật có gắn các con chíp điện tử. Gió nhân tạo được thổi từ nhiều hướng với cường độ khác nhau. Các số liệu được phần mềm chuyên dụng tính toán và xử lý, làm cơ sở cho giải pháp kết cấu
IV. HỆ THỐNG ỐP NGOẠI THẤT Lớp phủ bên ngoài bao gồm kính phản chiếu bằng nhôm và tấm thép không gỉ. Gần 26.000 tấm kính, mỗi tấm được cắt bằng tay riêng lẻ, được sử dụng trong tấm ốp bên ngoài của Burj Khalifa. Tấm ốp bên ngoài đặc biệt được thiết kế đặc biệt để chịu được sự thay đổi nhiệt độ và lực gió.
Chú thích: 1. nhôm dọc mullion. 2. hệ phản chiếu cách nhiệt kính 3. vây dọc bằng thép không gỉ. 4. bảng điều khiển trục ngang. 5. tấm bê tông.
Hệ thống ốp mặt tiền
Ở các tầng có hệ thống kĩ thuật, các tấm lá chắn nhôm bên ngoài giúp hạn chế tác động của môi trường ngoài tác động. Hệ thống ốp mặt tiền ở các tầng thông thường được mở tối đa để tận dụng view nhìn như định hướng ban đầu của thiết kế
Hệ thống ốp mặt tiền ở các tầng có hệ thống kĩ thuật
Hệ thống ốp mặt tiền ở các tầng thông thường
V. MỘT SỐ KĨ THUẬT CÔNG TRÌNH Seismic Design- THIẾT KẾ KHÁNG CHẤN Dubai được xếp vào loại địa chấn UBC97 Vùng 2 vùng có hệ số vùng địa chấn Z = 0,15 và cấu hình đất là Sc Nó là một 'ống đi kèm với nhiều chiều cao khác nhau kết hợp trong một hình dạng ba cánh. Thiết kế của tòa nhà có kết cấu bê tông cốt thép và chóp có kết cấu thép và nó hoàn toàn được công nhận phù hợp với môi trường tại đây
TẢI TRỌNG GIÓ Các khoảng lùi ở các tầng có lợi thế là cung cấp chiều rộng khác nhau cho tháp đối với từng tấm sàn khác nhau. Bước đi và hình dạng này của tháp có tác dụng “làm gió rối”: Các luồng gió xoáy không bao giờ được tổ chức theo chiều cao của tòa nhà vì ở mỗi tầng mới, gió lại gặp một hình dạng tòa nhà khác nhau. Hình chữ Y giúp kiểm soát gió sức ép 6 hướng gió. Tòa nhà đáp ứng tốt hơn với gió lớn tác động vào cánh Hướng gió lớn trong Dubai: Tây Bắc và Nam Tòa nhà được xoay 120 độ để giảm bớt ảnh hưởng từ những cơn gió.
ĐỘ AN TOÀN Sự an toàn và tốc độ di tản là yếu tố được quan tâm hàng đầu trong suốt quá trình thi công cũng như khi đưa vào khai thác tòa nhà. Thật không tưởng nếu cùng một lúc hàng ngàn con người chạy bộ xuống 160 tầng để thoát ra ngoài khi có nguy hiểm. Hệ thống chữa cháy và thang máy được lắp đặt dành riêng cho việc di tản có tải trọng 5500kg là giải pháp hiện đại nhất và hiệu quả nhất. Cứ mỗi 25 tầng, một hầm trú tạm thời được xây dựng dành riêng trong trường hợp khẩn cấp do không kịp thoát ra ngoài khi gặp sự cố.
KẾT LUẬN Tòa nhà hình chữ Y có kết cấu móng nền chạc ba như đóa hoa Hymenocallis, Buji Khalifa đã trở thành một biểu tượng mới của thế giới Ả rập và là tòa nhà cao nhất thế giới và một trong những thành tựu đáng khâm phục của con người cho đến nay. Bằng tiềm lực kinh tế sẵn có cùng nguồn nhân lực của mình, Dubai đã thành công trong việc xây dựng một kỳ quan kiến trúc hiện đại và áp dụng vào đó những thành tựu khoa học kỹ thuật mới nhất trên thế giới.
TÀI LIỆU THAM KHẢO Giáo trình kết cấu công trình - GS NGuyễn Đình Cống. Giáo trình Cơ học và kết cấu công trình - Vũ Mạnh Hùng Kết cấu nhà cao tầng – W.Sullo Một số nguồn internet: https://en.wikipedia.org/wiki/Burj_Khalifa http://www.designbuild-network.com/projects/burj/ http://www.archdaily.com/45587/burj-dubai-opens-burj-khalifa-tallest-building-som/ http://archrecord.construction.com/projects/portfolio/2010/08/burj_khalifa.asp https://www.nbmcw.com/article-report/infrastructure-construction/highrise-construction/burj-dubaiworlds-tallest-structure.html