Sveučilište u ZagrebuFilozofski fakultet Računalne mreže

Burj Khalifa- inovacije u strukturi

Toni Begović0035164782

Fakultet strojarstva i brodogradnje

Burj Khalifa, poznatiji kao Burj Dubai prije službenog otvorenja, trenutno je najviša građevina na svijetu sa svojih impresivnih 828 m visine. Gradnja je započeta 21. rujna 2004. godine, a neboder je službeno otvoren 4. siječnja 2010. godine. Ukupni troškovi izgradnje su iznosili 1,5 milijardi američkih dolara.

Oblik Burj Khalife, kao i parkova koji ga okružuju, inspiriran je, između ostalih, i oblikom cvijeta latinskog naziva Hymenocallis, biljke koja raste na području tropske i suptropske Amerike. Također, tlocrt u obliku slova Y idealan je za hotelske i stambene zgrade, zbog velike količine prirodnog svjetla koja se može postići, a i pogleda na Perzijski zaljev. Oko centralne jezgre postavljena su tri elementa, međusobno jednoliko raspoređena, koji se, sa porastom visine, izmiču prema unutra, tvoreći tako spiralnu strukturu sa osi koja se poklapa sa onom samog nebodera. Time se također zatvorena površina unutar zgrade smanjuje, i to do nule, te samo jezgra na vrhu tvori završni toranj.

Kako bi poduprla ovakvu masivnu strukturu, jezgra je morala biti osmišljena drukčije nego kod „konvencionalnih“ nebodera. Stoga je dizajnirana šesterokutna jezgra sa tri kontraforna elementa koji tvore oblik slova Y, te podupiru ne samo jezgru, već i svoje pripadajuće krakove zgrade. Prednost ovakvog sustava je i u tome što pruža veći otpor udarima vjetra, učvršćujući zgradu i u smislu torzijskog naprezanja.

Burj Khalifa- koncept

LiftoviBurj Khalifa u svakom trenutku može podržavati i do 35 tisuća ljudi. Takva količina

ljudi, ekvivalentna populaciji omanjeg grada, mora moći nesmetano ulaziti, izlaziti i kretati se visinom nebodera. Stoga je instalirano ukupno 57 dizala, od kojih neka dostižu brzine od 64 km/h (ili 18 m/s), što je i trenutni rekord u brzini funkcionalnog dizala (prethodni su držala dizala u neboderu Taipei 101, sa brzinama od maksimalno 16,8 m/s). To znači da mogu prijeći 150 katova u vremenu od 50 s. Također, ova su dizala i najviša na svijetu, pošto je mehanizam za njihovo pokretanje lociran pri vrhu nebodera. Kabine dizala prevoze minimalno od 12 do 14 putnika, a maksimalno do 46 putnika, i većinom su u dvostrukoj izvedbi (dvije kabine koje se kreću kroz cijev dizala kao kompozicija, tako da jedan uvijek staje na parnim, a drugi na neparnim katovima, što povećava kapacitet prijevoza dok bitno ne smanjuje raspoloživu količinu prostora unutar jezgre nebodera). Sigurnost se postiže kočnim čeljustima protiv prevelike brzine koje mogu zaustaviti dizalo u razmaku od nekoliko metara. Jedno vrijeme razmatrala se i montaža prvih svjetskih trostrukih dizala, no ta ideja je odbačena u konstrukcijskoj fazi. Sva instalirana dizala su opremljena LCD zaslonima koji prikazuju snimke s vrha nebodera u realnom vremenu, te zvučnom opremom. Također, mobilnost unutar nebodera povećava i 8 eskalatora, postavljenih na nižim katovima kompleksa.

Konstrukcijski materijaliKostur Burj Khalife sastavljen je od 45 tisuća kubičnih metara (težine nešto preko 110

tisuća tona) armiranog betona. 192 takva stupa podržavaju oplatu nebodera, a ukopani su u zemlju na više od 50 m dubine, gdje su katodnom zaštitom osigurani od korozije i djelovanja podzemnih voda. Konzistencija betona je bila ključna u sastavljanju konstrukcije, a čak i sa legiranim cementom, koji se normalno koristi za armiranje, nije se moglo postići da tekući beton podnese svu težinu iznad sebe, skupa sa temperaturama koje se postižu u ljetnim mjesecima u Perzijskom zaljevu (do 50°C). Stoga se tijekom ljeta beton lijevao isključivo po noći, kada je hladniji zrak i veća vlažnost, s tim da mu je bio dodan led, kako bi se osiguralo ravnomjerno slijeganje i umanjio rizik od pucanja tijekom sušenja. Što se tiče oplate, ona je bila podvrgnuta ispitima koji su simulirali uvjete teških pješčanih oluja sa nekoliko avionskih motora.

Toplinska izolacijaStaklena oplata, nužna za osvjetljavanje unutrašnjosti, ima jedna veliki nedostatak.

Naime, propušta infracrveno zračenje i UV zračenje, što rezultira zagrijavanjem unutrašnjosti, što je u kombinaciji sa zapečaćenom oplatom najsličnije uvjetima u pećnici. Stoga se cjelokupni vrući, vlažni zrak unutar nebodera filtrira kroz prostor ispunjen hladnom vodenom maglom kojoj hlađenjem predaje svoju toplinu, ali, paradoksalno, i svoju vlagu, te se vraća natrag u neboder kao hladniji, suhi zrak. No samo za sebe, tretiranje zraka bi zahtijevalo ogromne pogone za zgradu takvog opsega. Zbog toga, da bi se dodatno smanjio efekt zagrijavanja zraka unutar nebodera, stakla na oplati su legirana, ali i prevučena sa vanjske strane slojem metala koji sprječava prodor UV zraka; a sa unutarnje strane slojem srebra koji odbija infracrveno zračenje vrelog pustinjskog pijeska. Na Burj Khalifu ugrađeno je preko 30 tisuća takvih staklenih ploča.

Proces izgradnjeKako bi se toranj završio na vrijeme, konvencionalni način dobave materijala

kranovima koji su uprti na zemlji nije bio moguć, jer bi takav način transporta bio vremenski prezahtjevan, a na kraju i nemoguć zbog same visine zgrade. Zbog toga su se upotrijebili kranovi koji su uprti na samu konstrukciju nebodera, a dižu se pomoću hidrauličkih klipova sukladno porastu visine nebodera. Također, upotrijebljena je i kombinacija prethodno izgrađenih elemenata sa izgradnjom na lokaciji. Naime, čelični kavezi koji armiraju beton su se sastavljali na zemlji, kao takvi se dizali na mjesto ugradnje i umetali u prethodno montiran kalup za beton, a zatim zalijevali betonom. Nakon 12 h, i sušenja tog elementa, dizalica bi se popela na takav netom izgrađeni element, i zapravo se penjala po obodu zgrade, zbog čega se ove izvedbe dizalica i nazivaju klokan-kranovi. Oboren je još jedan rekord, i to u visini pumpanja betona, do 606 m; iznad toga je konstrukcija sastavljena od lakšeg čelika. Pumpe korištene za taj posao su bile serijski priključene jedna na drugu, svaka po 630 konjskih snaga, kako bi podržale i tlačile 25 tona zapremine svake cijevi, sve do vrha.

Otpor vjetraZgrade ovih visina su svakodnevno izložene velikim udarima vjetra na većim visinama,

do 80 km/h. Zbog toga se zgrada ljulja na najvećim katovima, slično ljuljanju broda na valovima. Kako bi se taj utjecaj što više smanjio, modeli nebodera su se tijekom konstrukcijske faze često podvrgavali ispitivanjima u zračnim tunelima. Kad vjetar udara u stranicu nebodera, svija svoj tok, i obilazi je, zbog čega se na zadnjoj stranici stvaraju vrtlozi zraka. Ta područja niskog tlaka svijaju zgradu u bočnom smjeru, okomito na smjer strujanja zraka. Zbog toga se visoke zgrade uvijek ljuljaju bočno s obzirom na smjer udara vjetra. Zato se oblik Burj Khalife mijenja s visinom kako bi akomodirao vjetar. Svaki element zgrade razbija struju vjetra na manje, time minimizirajući njegov utjecaj na cjelokupnu kompoziciju.

StabilnostKako bi se toranj tih proporcija osigurao od potresa, potrebno je njegov kostur učiniti

fleksibilnijim, kako bi se vibracije prilikom potresa rasipale sa porastom visine. To rezultira time da, iako se niži katovi pomiču prilikom potresa, na vrhu konstrukcija ostaje stabilna, i stacionarna. No, kako učiniti kostur fleksibilnim, a u isto vrijeme održati njegovu moć podržavanja strukture iznad sebe? To se postiglo krutim čeličnim potpornim elementima ispunjenim betonom, dok su katovi elastični. Tako jezgra ostaje nepomična a građevni elementi imaju prostora za dilataciju, što ih osigurava od potresa jačine do 7 stupnjeva po Richteru.

Veći problem je bio kako osigurati zgradu od potonuća. Burj Khalifa je građena u pustinji, na pijesku koji lako putuje, erodira, i nema veliku sposobnost podržavanja. Kamena stijena iznad koje se nalazi Burj Khalifa je postavljena relativno nisko ispod pijeska, no radi se o slabom, na mnogim mjestima i napuknutom kamenu. Kako bi se osigurala i kvalitetno uprla zgrada, kopalo se i do 50 m da se dođe do stijene koja bi mogla podržavati teret takve zgrade. Tu se opet pojavio problem, jer je stijena na tim dubinama zasićena podzemnim vodama, te se rupe za temeljne stupove lako urušavaju. Zbog toga su se prilikom kopanja te rupe punile viskoznim polimerom koji, kad se stvrdne, djeluje kao gumena opruga koja podržava stjenke uvrta kako se one ne bi urušile. Taj polimer je gušći od vode (što je i uvjet da drži vodu podalje od uvrta), no rjeđi od betona. Tako se, prilikom ulijevanja betona u temelje, radni medij (polimer) jednostavno zamijenio statičkim medijem (betonom), pri čemu bi polimer izronio na površinu, potisnut ulijevanjem betona. 200 ovakvih betonskih i

čeličnih stupova instalirano je u stijenu ispod nebodera, osiguravajući ga od potonuća. Do završetka izgradnje, neboder je potonuo oko 5 cm, što je i očekivana vrijednost dok se cjelokupna konstrukcija „ne slegne“.

Sigurnost od napadaOd napada na tornjeve WTC-a, velika pozornost se posvećuje sigurnosti ljudi ukoliko

dođe do terorističkih napada na neboder. Najveća opasnost, naravno ukoliko konstrukcija izdrži, su požari koji se šire po katovima. Osnovni potporanj Burj Khalife je zato napravljen vatrootpornim, što pomaže u usporavanju širenja požara. Također, promijenila se i filozofija što se tiče evakuacije ljudi. Umjesto da svi ljudi nastoje pobjeći iz nebodera do razine zemlje, naglasak je stavljen na sigurne ćelije raspoređene i po visini nebodera. Napravljene su od mnogo slojeva armiranog betona i ploča otpornih na vatru, sa svojim neovisnim sustavom dobave svježeg zraka, koje se dovode kroz isto tako vatrootporne cijevi. Zapečaćena vrata sprječavaju prolaz dima ispod i oko njih. Takve prostorije nalaze se na otprilike svakih 30 katova, kako bi što više ljudi stiglo na sigurno u slučaju opasnosti. Također, kako bi se osigurao nesmetan prolaz do tih katova i prostorija, postavljeni su neovisni sustavi detekcije i odstranjivanja vrelog dima iz hodnika, stubišta i sl.

Burj Khalifa nakon otvorenja

Kroz sve ove, a i mnogo drugih, „manjih“ elemenata koje nisam stigao obraditi, pokazuje se inženjerska izvrsnost i napredak u izgradnji i održavanju ovakvih građevina. Ovo zasigurno neće biti najveći neboder na svijetu, no služi kao točka prekretnica u onome što smo mogli dosada konstruirati, i onoga što je odsada moguće.

Literatura National Geographic: Big, Bigger, Biggest 2009. Wikipedia: http://en.wikipedia.org/wiki/Burj_dubai , 16.05.2010. Skidmore, Owings and Merrill: http://www.som.com/content.cfm/burj_khalifa ,

16.05.2010. Burj Khalifa: http://www.burjkhalifa.ae/language/en-us/the-tower.aspx , 21.05.2010.