التفاصيل الإنشائية لبرج خليفة: تفصيل عملية بناء أطول مبنى في العالم

برج خليفة هو أطول مبنى في العالم حيث يبلغ ارتفاعه ٨٢٨ مترًا ويتكون من ١٦٣ طابقًا. يشتهر بكونه برج تطوير متعدد الاستخدامات بمساحة إجمالية تبلغ ٤٦٠٠٠٠ متر مربع، ويشمل المنشآت السكنية والفندقية والتجارية والمكتبية والترفيهية والتسوقية والثقافية.

للحصول على خدمة تصميم خارجي من موقع مستقل، يمكن زيارة الرابط السابق.

نشأت الفكرة وراء تصميم برج خليفة من هندسة زهرة الصحراء الأصلية للمملكة العربية السعودية، بينما تجسد أنماط تصميم البرج العمارة الإسلامية. تم بناء البرج حول قلب مركزي (كور) بثلاثة أجنحة، ويتكون كل جناح من أربعة أجزاء. في كل طابق سابع، ينتهي جزء خارجي وكأن يحدث دوران للهيكل إلى السماء.

تم اعتماد مخطط للبرج على شكل حرف Y لتوسيع المنظر وتزويد المستأجرين بالكثير من الضوء الطبيعي. أيضًا، تم اختيار المخطط على شكل Y لتقليل تأثير حمل الرياح على المبنى.

بالإضافة إلى ذلك، يحتوي على منصة podium حول قاعدة الهيكل. كما يتضمن أيضًا أربعة إلى ستة طوابق من مرآب مواقف للسيارات تحت الأرض. تم بناء البرج على أساس حصيرة أو لبشة بسمك ٣.٧ متر ومستندة على خوازيق مجوفة. يبلغ قطر الخازوق ١.٥ متر ، ويمتد ٥٠ مترًا تحت قاعدة الأساسات أي اللبشة.

تمت مواجهة الصعوبات الرئيسية أو الحرجة في تصميم البرج أثناء القيام بتصميم أساس فعال من حيث التكلفة، حيث كانت ظروف التربة والصخور سيئة، وكان لا بد من مقاومة قدر كبير من حمل الرياح.

سيتم مناقشة الميزات الهيكلية والجيوتقنية لبرج برج خليفة، مثل جيولوجيا المنطقة، وتصميم الأساس، وعملية البناء، وبرنامج اختبار حمولة الخوازيق في هذه المقالة.

اقرأ أيضا: برج جدة (المملكة) - ارتفاعه وتصميمه المعماري والإنشائي وموعد افتتاحه

١- موقع برج خليفة

تم افتتاح برج خليفة للجمهور في يناير ٢٠١٠. يقع في دبي، الإمارات العربية المتحدة. 

٢- جيولوجيا موقع برج خليفة

تصف النقاط التالية جيولوجيا موقع برج خليفة:

• كانت ظروف الأرض مكونة من قطاع جانبي أفقي تحت السطح، والذي كان متغيرًا ومعقدًا للغاية بسبب طبيعة الترسب والظروف المناخية الجافة والحارة الشائعة.
• كانت الرمال الغرينية silty sand الحبيبية المتوسطة السميكة إلى الرخوة للغاية (الرواسب البحرية) موجودة في على بعد أمتار قليلة من القاعدة. يبلغ سمك هذه الطبقة ٤ أمتار.
• تحت طبقة silty sand توجد الرمال الصلبة من الحجر الرملي الضعيف للغاية إلى الضعيف. هذه الطبقة متداخلة مع رمل أسمنتي ضعيف للغاية، وحجر طمي ناعم الحبيبات، وحجر رسوبي (رصيص) ضعيف إلى ضعيف إلى حد معقول. يبلغ سمك هذه الطبقة ٧٠ مترًا.
• كانت مستويات المياه الجوفية مرتفعة عادةً في جميع أنحاء الموقع. أثناء الحفريات، كان منسوب المياه الجوفية عند حوالي ٢.٥ متر تحت مستوى سطح الأرض.
• كانت مقاومة الانضغاط غير المحصورة للرمال الطينية الحبيبية حوالي ٢ إلى ٣ ميجا باسكال، وتلك الخاصة بطبقة الحجر الرملي كانت حوالي ١ إلى ٣ ميجا باسكال.
• أظهرت النتائج الجيوتقنية قدرة محتملة على تدمير صلابة المواد تحت التحميل الدوري للزلزال. ومع ذلك، بعد تركيب الخوازيق، كانت قدرة الصلابة لمواد التفاعل بين التربة والخوازيق كافية لمقاومة تحميل الزلازل الدوري.

٣- النظام الهيكلي

يعد نظام مقاومة الأحمال الجانبية ونظام تأطير الأرضيات المكونين الرئيسيين للهيكل العلوي لبرج خليفة، وسيتم مناقشة هذه الأنظمة أدناه.

أ- نظام مقاومة الحمل الجانبي

يتكون نظام مقاومة الحمل الجانبي للبرج من الجدران الأساسية المطيلة المصنوعة من الخرسانة المسلحة عالية الأداء. تم ربط هذه الجدران بالأعمدة الخرسانية المسلحة الخارجية من خلال سلسلة من ألواح الجدران الخرسانية المسلحة. توضح النقاط التالية نظام مقاومة الحمل الجانبي لبرج خليفة:

• يتراوح سمك الجدار الأساسي بين ١٣٠٠ ملم إلى ٥٠٠ ملم.
• تم استخدام كمرات مركبة من الخرسانة المسلحة لربط الجدران الأساسية للبرج ، وكان سمك هذه الكمرات ٨٠٠ ملم إلى ١١٠٠ ملم.
• في بعض المواقع، لا يمكن توفير الكمرات المركبة بسبب قيود على العمق. لذلك، في مثل هذه المواقع، تم توفير كمرات فولاذية مبنية.
• تم توفير عرض كل من الكمرات المركبة والكمرات الفولاذية بحيث يتطابق مع عرض جدار الكور الأساسي المجاور.
• تم توفير برج طويل جدًا في الجزء العلوي من الجدار الأساسي. تم توفير هذا البرج لجعل الهيكل أطول برج في العالم من جميع الفئات.

ب- نظام تأطير الأرضيات

تصف النقاط التالية نظام تأطير الأرضيات (الأسقف) لبرج خليفة:

• تم توفير بلاطات مسطحة فلات من الخرسانة المسلحة ثنائية الاتجاه لكل من طوابق الفنادق والسكن.
• تتراوح سماكة هذه البلاطات ما بين ٢٠٠ ملم إلى ٣٠٠ ملم.
• تم الحفاظ على بحر البلاطات عند ٩ أمتار بين الجدار الأساسي الداخلي الكور والأعمدة الخارجية.
• في الادوار العلوية في البرج تم توفير بلاطات مسطحة من الخرسانة المسلحة. يتراوح سمك البلاطات من ٢٢٥ ملم إلى ٢٥٠ ملم في اتجاهين.
• مع ذلك، تم توفير بلاطة مسطحة مع كمرات داخل اللب الداخلي الكور لتوفير مقاومة جانبية أكبر.

٤- نظام الأساسات لبرج خليفة

يتم دعم البنية الفوقية لبرج خليفة فوق لبشة عميقة من الخرسانة المسلحة. هذه اللبشة مدعومة بدورها بخوازيق خرسانية مسلحة. يبلغ سمك اللبشة ٣.٧ م وقد تم صبها في أربع صبات منفصلة.

درجة أو رتبة خرسانة اللبشة المسلحة كانت C50 وهي عبارة عن خرسانة ذاتية الدمك.

حجم الخرسانة المستخدم في اللبشة هو ١٢٥٠٠ متر مكعب.

عدد الركائز المستخدمة كان ١٩٤. كان قطر الركائز ١.٥ م وطولها ٤٣ م. تبلغ سعة كل خازوق ٣٠٠٠ طن.

درجة الخرسانة المستخدمة في الخوازيق حيث يتم صب الخرسانة C60 SCC بطريقة tremie. يستخدم هذا عجينة البوليمر لتنفيذ العملية. لتقليل الآثار الضارة للمواد الكيميائية، تم توفير الحماية الكاثودية تحت اللبشة.

تم اعتماد أساسات الخوازيق لمقاومة الأحمال الرأسية والجانبية لأطول هيكل في العالم. توضح النقاط التالية تفاصيل تصميم الأساسات لبرج خليفة:

• تم إنشاء البرج على لبشة raft بسمك 3.7 متر مدعومة على ١٩٤ خازوق مجوف من الخرسانة المسلحة عالية الأداء.
• كان قطر الخوزايق ١.٥ متر وتم توفير الخوازيق على عمق ٥٠ مترًا تحت قاعدة اللبشة.
• تم إنشاء المنصة podium على لبشة بسمك ٠.٦٥ متر مدعومة على ٧٥٠ خازوق مجوف. يبلغ قطر الخوازيق ٠.٩٠ متر وتمتد الخوازيق على عمق ٣٥ مترًا تحت قاعدة اللبشة.
• تم إنشاء أساس اللبشة الخرسانية المسلحة باستخدام خرسانة عالية الأداء ذاتية الدمك (SCC). تم توفير بلاطة نظافة ١٠٠ ملم كحد أدنى تعمل كغشاء مانع لتسرب المياه.
• تم استخدام سائل حفر بوليمر لبناء أساس الخوازيق. كان أكثر فاعلية من مائع الحفر البنتونيت التقليدي لأنه عزز قابلية تشغيل الخوازيق بما يفوق التوقعات.
• لوحظ الحمل الأقصى البالغ ٣٥ ميجا نيوتن على حواف الخوازيق. في المقابل، لوحظ حد أدنى للحمل من ١٢-١٣ ميجا نيوتن في مركز الخوازيق.
• لتقييد الحركة الجانبية لكتلة الخوازيق، تم اعتماد عامل أمان قدره ٢ لكل من الحمل الجانبي والرأسي على مجموعة الخوازيق.
• تم توفير أعضاء في أسفل وجوانب قاعدة اللبشة لحمايتها من دخول الماء، وتم حماية قاع الأساسات وجميع الجوانب بغشاء مانع لتسرب المياه.
• تم اعتماد طريقة تريمي للصب المستمر لخرسانة الخوازيق ونسبة 0.30 م/س تم اعتمادها  لـ SCC.
• لحماية نظام أساسات برج خليفة، تم تطوير نظام حماية كاثودية قوي. يوفر هذا النظام الأمان ضد هجوم الكلوريد والكبريتات من التربة في الموقع.
• حيث كانت الرواسب البحرية والتربة الرملية الطينية موجودة حتى ٣.٥ متر من سطح الأرض. لذلك، كان احتمال حدوث التميع أثناء الحدث الزلزالي مرتفعًا. وهكذا ، تم إجراء تقييم التميع. ومع ذلك، تم توفير أساس الخوازيق تحت مستوى الرواسب البحرية والتربة الرملية الطينية لجعلها آمنة.

أ- برنامج اختبار تحميل الخوازيق

تم إجراء اختبار تحميل الخوازيق الثابتة على مرحلتين. يتألف الأول من التحميل على سبعة خوازيق قبل بناء الأساسات. الثاني يتكون من التحميل على الخوازيق العاملة الثمانية وتم إجراؤه أثناء بناء الأساسات.

بالإضافة إلى ذلك، تم اختيار مجموعه من عشرة خوازيق لاختبار التحميل الديناميكي. أيضًا، تم إجراء اختبار sonic integrity test للتحقق من السعة الرأسية والجانبية للخوازيق أثناء بناء الأساس.

كان الهدف الرئيسي لبرنامج اختبار تحميل الخوازيق هو تطوير منحنى استجابة هبوط للخوازيق تحت تأثير الحمولة والتحقق من صحة افتراضات التصميم. تمت دراسة العوامل التالية خلال اختبارات تحمل الخوازيق المختلفة:

• تأثير طول ماسورة حفر الخوازيق.
• تأثير حقن ماسورة الخوازيق.
• تأثير قطر ماسورة الخوازيق.
• تأثير التحميل (الشد) والرفع.
• تأثير التحميل الجانبي.
• تأثير التحميل الدوري.

يتم تلخيص نتائج اختبار تحميل الخوازيق أدناه:

• عند حمل التشغيل، كان عامل الأمان ضد فشل قدرة التحمل أكثر من ثلاثة. وبالتالي، كان البرج آمنًا بهامش مريح ضد فشل قدرة التحمل.
• كانت سعة التحميل النقطية للخوازيق أكثر من سعة الحمولة المحورية القصوى.
• كانت سعة الاحتكاك للخوازيق تمت تعبئتها بالكامل فوق 30 مترًا على الرغم من توفر سعة احتكاك كبيرة أقل من 30 مترًا.
• كان الحد الأقصى للهبوط في حدود ٧٠ ملم للخازوق الفردي، والتي كانت أقل بكثير من الحد المسموح به.
• تحت التحميل الدوري والجانبي، كانت قيم الصلابة عالية جدًا، وبالتالي فهي توفر هامش أمان ممتازًا.
• كان عامل الأمان ضد الرفع 2 بسبب تأثير ضغط الرفع على قدرة الضغط للخوازيق.

٥- بناء برج خليفة

لتشييد البرج، تم الانتهاء أولاً من أعمال الأساسات الخازوقية واللبشة بحلول فبراير ٢٠٠٥. بعد ذلك، بدأ بناء الهيكل العلوي للبرج في أبريل ٢٠٠٥، وتم تشييد البرج بالكامل في الموقع المطلوب في يناير ٢٠٠٩.

تم تنفيذ التقنيات والاستراتيجيات التالية لإنشاء البرج في الإطار الزمني:

تم اعتماد نهج فريد من دورة لمدة ٣ أيام للأعمال الإنشائية، حيث تم اعتماد نظام نقل بسعة هائلة من المعدات ومواد البناء المثلى، كما تم توفير نظام القوالب الأمثل لتلبية متطلبات بناء البرج إلى جانب ارتفاع البرج تم تطوير الخطط اللوجستية أثناء بناء البرج.

أ- التخطيط للأعمال الخرسانية

من أجل البناء الناجح للبرج، كان التركيز الرئيسي على اختبار الخرسانة وبرنامج الجودة. بدأت هذه البرامج بعد فترة وجيزة من تطوير معايير تصميم الخلطات واستمرت حتى المرحلة الأخيرة من عملية البناء. توضح النقاط التالية أنظمة الاختبار المتضمنة لبناء برج خليفة:

• تم حساب جميع الخواص الميكانيكية مثل معامل المرونة وقوة الشد وقوة الانضغاط للخرسانة.
• تم إجراء اختبارات المتانة. تضمنت هذه الاختبارات اختبار امتصاص السطح الأولي واختبار امتصاص السطح لمدة ٣٠ دقيقة.
• تم تطوير الإعداد لاختبار الزحف والانكماش لأنواع مختلفة من تصميمات الخلطة الخرسانية.
• كما تم إجراء اختبار النفاذية مثل الكلوريد السريع.
• تم إجراء اختبار درجة حرارة الإماهة. يتكون هذا الاختبار من تحليل المكعبات وإعداد مقياس كامل لقياس تأثير حرارة الإماهة على العناصر الخرسانية كبيرة الحجم التي يزيد أبعادها عن ١ متر.
• تم إجراء اختبارات محاكاة المضخة بحيث يمكن ضخ الخرسانة لمسافة كبيرة.

باختصار، تم إجراء كل هذه الاختبارات لتأكيد تسلسل البناء للعناصر كبيرة الحجم ولتطوير خطط المعالجة مع مراعاة تقلبات درجات الحرارة اليومية والموسمية.

ب- التقنيات المستخدمة لتحقيق دورة مدتها ٣ أيام

لبناء برج بهذا الحجم ضمن جدول زمني ضيق للغاية. تم تطوير برنامج دورة لمدة ٣ أيام للعمل الخرساني.

توضح النقاط التالية تقنيات البناء المستخدمة لإنجاز برنامج الدورة لمدة 3 أيام للعمل الخرساني:

• تم استخدام نظام قوالب التسلق الأوتوماتيكي (ACS) (الشدة المنزلقة) للبناء على ارتفاعات أكبر.
• تم استخدام الخرسانة عالية الأداء لتوفير متطلبات متانة عالية، ومعامل عالي، وقوة عالية، ومتطلبات ضخ، مع الحفاظ على متطلبات العمالة منخفضة قدر الإمكان.
• تم تطوير نظام القوالب الرأسية لتوفير عملية تفكيك وتجميع شبه أوتوماتيكية للقوالب.
• تم استخدام التصنيع المسبق للقوالب لعملية بناء أسرع وتقليل الخطأ البشري في تصنيع حديد التسليح.

ج- تسلسل بناء البنية الفوقية

تم تقسيم عمل الشدات المنزلقة ذاتية الدفع إلى ثلاثة أقسام. تضمن الجزء الأول بناء الجدار المركزي الكور، بينما تضمن الجزء الثاني بناء جدار الجناح. وتضمن الجزء الثالث بناء ثلاثة أجنحة برجية. توضح النقاط التالية التسلسل الإنشائي للبنية الفوقية لبرج خليفة:

• أولاً، تم تشييد الجدران المركزية الرئيسية، يليها بناء البلاطة المركزية.
• بعد ذلك تم بناء جدار الجناح استمرارًا لبناء بلاطة الجناح المسطحة.
• علاوة على ذلك، تم إنشاء الأعمدة الخارجية جنبًا إلى جنب مع بناء بلاطة مسطحة في هذه المنطقة.
• إلى جانب ذلك، تم ربط الجدران المركزية الرئيسية بأعمدة الأنف بواسطة سلسلة من الجدران المقواة في كل مستوى ميكانيكي.
• تم بناء الجدران المقواة باستخدام عناصر هيكلية من الصلب لأن قضبان التسليح كانت تجعل الوصلات مزدحمة. لذلك، لتقليل وقت البناء ولتحقيق مزيد من الصلابة المشتركة، تم استخدام أعضاء فولاذية هيكلية.

أسئلة وأجوبة

ما هو نوع الأساسات لبرج خليفة؟

تم استخدام أساسات الخوازيق واللبشة لبناء البرج. تم إنشاء البرج على لبشة/حصيرة مسلحة بسمك ٣.٧ متر ومدعومة على ١٩٤ خازوق مجوف.

ما هي درجة الخرسانة المستخدمة في بناء برج خليفة؟

تم استخدام الخرسانة من الدرجة M-60 إلى M-80 المصنوعة من الرماد المتطاير في بناء برج خليفة.

ما هو ارتفاع برج خليفة؟

برج خليفة هو أطول مبنى في العالم يرتفع إلى ارتفاع ٨٢٨ مترًا من مستوى سطح الأرض.

كم عدد الطوابق الموجودة في برج خليفة؟

يتكون البرج من ١٦٠ طابقا.

ما هي التكلفة الإجمالية لبناء برج خليفة؟

بلغت التكلفة الإجمالية للبناء ١.٥٠ مليار دولار أمريكي.

ما هو حصر الكميات لبناء برج خليفة؟

العناصر الهيكلية المستخدمة وكميتها مذكورة أدناه:

• الخرسانة المستخدمة = 250000 متر مكعب
• جدران الستارة الواجهة  = 83،600 متر مربع من الزجاج و 27،900 متر مربع من المعدن
• الصلب/حديد التسليح المستخدم = 39،000 طن