Burj Khalifa cao 828 m được xây như thế nào? Những kỷ lục kỹ thuật phía sau tòa nhà cao nhất thế giới

Giữa đường chân trời Dubai, Burj Khalifa nổi bật với chiều cao 828 m và đến nay vẫn giữ vị trí tòa nhà cao nhất thế giới. Công trình không chỉ gây ấn tượng bởi quy mô mà còn là một bài toán kỹ thuật đặc biệt, từ móng, kết cấu chịu gió, vật liệu xây dựng cho tới việc đưa hàng trăm nghìn mét khối bê tông lên độ cao hàng trăm mét.

Để hình dung rõ hơn về quy mô, Landmark 81 tại TP.HCM cao 461,2 m, trong khi Burj Khalifa cao 828 m. Nếu đặt hai công trình cạnh nhau, Burj Khalifa cao khoảng 1,8 lần Landmark 81.

Đằng sau con số 828 m là hàng loạt giải pháp xây dựng được phát triển riêng để giải quyết những vấn đề mà một tòa nhà thông thường không gặp phải.

Burj Khalifa cao bao nhiêu và được xây dựng trong bao lâu?

Burj Khalifa được phát triển bởi Emaar Properties, thiết kế bởi hãng kiến trúc và kỹ thuật Skidmore, Owings & Merrill (SOM), với Adrian Smith là kiến trúc sư thiết kế chủ chốt.

Công tác đào đất bắt đầu từ tháng 1/2004, phần móng được triển khai sau đó và kết cấu chính bắt đầu vươn lên từ năm 2005. Tòa tháp đạt đỉnh vào tháng 1/2009 và chính thức khánh thành ngày 4/1/2010.

Theo hồ sơ chính thức, công trình có tổng cộng 200 tầng theo cấu trúc tòa nhà, trong đó 160 tầng có thể sử dụng, với tổng diện tích xây dựng khoảng 5,67 triệu ft², tương đương khoảng 527.000 m² theo phép quy đổi. Burj Khalifa tích hợp nhiều chức năng như khách sạn, căn hộ, văn phòng và khu vực quan sát.

Trong thời gian thi công cao điểm năm 2009, hơn 12.000 công nhân và nhân sự có mặt tại công trường mỗi ngày. Tổng khối lượng lao động được sử dụng cho dự án lên tới khoảng 22 triệu giờ công.

330.000 m³ bê tông và 39.000 tấn thép

Một trong những con số cho thấy quy mô thực sự của Burj Khalifa nằm ở vật liệu xây dựng.

Theo tài liệu chính thức của Burj Khalifa, công trình sử dụng khoảng:

• 330.000 m³ bê tông;
• 39.000 tấn thép cốt;
• 103.000 m² kính cho hệ thống mặt dựng;
• 15.500 m² thép không gỉ;
• khoảng 22 triệu giờ công.

Lượng bê tông và thép khổng lồ này phải được tổ chức thi công theo từng giai đoạn, trong đó yêu cầu về chất lượng vật liệu đặc biệt nghiêm ngặt vì tải trọng tăng lên đáng kể khi công trình vươn tới độ cao hàng trăm mét.

Một điểm đáng chú ý là công trình không chỉ cần đủ vật liệu mà còn phải có phương án vận chuyển chúng lên cao với tốc độ phù hợp với tiến độ thi công.

Đây là lý do hệ thống logistics theo phương đứng trở thành một trong những bài toán quan trọng nhất của dự án.

Hệ móng khổng lồ giữ tòa tháp 828 m

Với một công trình cao tới 828 m, phần móng đóng vai trò đặc biệt quan trọng.

Burj Khalifa được xây dựng trên một bè móng bê tông cốt thép lớn, bên dưới được hỗ trợ bởi hệ thống cọc bê tông cốt thép. Theo tài liệu chính thức, móng sử dụng khoảng 45.000 m³ bê tông.

Thiết kế móng phải đảm bảo truyền tải trọng của toàn bộ tòa tháp xuống nền đất một cách an toàn, đồng thời kiểm soát biến dạng của công trình.

Điều này cho thấy với các dự án siêu cao tầng, phần nổi chỉ là một phần của bài toán. Một tòa nhà có thể vươn hàng trăm mét lên bầu trời nhưng sự ổn định của nó lại bắt đầu từ hệ thống nằm sâu dưới mặt đất.

Bài toán khó: bơm bê tông lên độ cao hơn 600 m

Một trong những thành tựu đáng chú ý nhất của Burj Khalifa là công nghệ đưa bê tông lên độ cao rất lớn.

Trong quá trình thi công, bê tông cường độ cao được bơm trực tiếp từ mặt đất lên phần kết cấu ở độ cao hơn 600 m. Hồ sơ chính thức của Burj Khalifa ghi nhận kỷ lục bơm bê tông tới 605 m, trong khi BESIX cũng ghi nhận việc bơm bê tông lên hơn 600 m là một trong những thách thức kỹ thuật lớn nhất của dự án.

Năm 2007, bê tông cường độ 80 MPa được bơm lên các bức tường lõi ở độ cao 601 m. Đây là bước tiến quan trọng trong công nghệ thi công bê tông cho nhà siêu cao tầng.

Việc bơm bê tông lên độ cao như vậy không đơn giản chỉ là sử dụng máy bơm công suất lớn. Áp lực, nhiệt độ, tính chất hỗn hợp bê tông và thời gian vận chuyển đều phải được kiểm soát.

Vì sao Dubai nóng nhưng Burj Khalifa vẫn có thể thi công?

Khí hậu Dubai tạo thêm một thách thức lớn.

Nhiệt độ tại công trường có thể vượt 45°C, khiến việc kiểm soát chất lượng bê tông trở nên khó khăn. BESIX cho biết các loại hỗn hợp bê tông đặc biệt được phát triển để thích ứng với điều kiện nhiệt độ cao và nhiều hoạt động đổ bê tông được thực hiện vào ban đêm.

Đây là một ví dụ điển hình cho thấy thiết kế một công trình siêu cao tầng không thể tách rời khỏi điều kiện khí hậu địa phương.

Cùng một công nghệ xây dựng, khi áp dụng tại sa mạc nóng khắc nghiệt sẽ phải giải quyết những vấn đề khác so với công trường tại khu vực khí hậu ôn hòa.

Có thời điểm Burj Khalifa tăng khoảng 2 tầng mỗi tuần

Tiến độ thi công Burj Khalifa cũng gây ấn tượng.

Theo BESIX, việc tổ chức vận chuyển vật liệu, công nhân và chất thải theo phương đứng là một trong những bài toán logistics lớn nhất của dự án. Ở một số giai đoạn, tốc độ thi công kết cấu có thể đạt khoảng hai tầng mỗi tuần.

Đối với một tòa nhà thông thường, việc tăng thêm hai tầng trong một tuần đã là tốc độ đáng chú ý. Với công trình cao tới 828 m, con số này cho thấy mức độ tổ chức của một đại công trường hoạt động liên tục.

Tất nhiên, đây là tốc độ ở những giai đoạn nhất định chứ không phải toàn bộ quá trình xây dựng đều duy trì cùng một tốc độ.

Kết cấu hình chữ Y giúp Burj Khalifa chống lại gió như thế nào?

Khi một tòa nhà cao hơn 800 m, gió trở thành một trong những yếu tố quyết định thiết kế.

SOM phát triển cho Burj Khalifa hệ kết cấu được gọi là “buttressed core”, có thể hiểu là hệ lõi trung tâm được hỗ trợ bởi các cánh kết cấu xung quanh.

Mặt bằng công trình có hình chữ Y với ba cánh vươn ra từ lõi trung tâm. Các cánh hỗ trợ lẫn nhau thông qua lõi trung tâm, tạo thành một hệ kết cấu có độ cứng lớn và khả năng chống xoắn tốt.

Thiết kế này không chỉ nhằm tạo hình kiến trúc.

Khi công trình càng cao, tác động của gió càng phức tạp. Nếu dòng gió tạo ra các xoáy ổn định quanh tòa nhà, chúng có thể gây dao động. Vì vậy, Burj Khalifa được thiết kế với các đoạn giật cấp liên tục khi lên cao.

SOM mô tả cách bố trí này có tác dụng làm gián đoạn sự hình thành và phát triển của các xoáy gió quanh tòa nhà.

Nói cách khác, hình dáng đặc biệt của Burj Khalifa không chỉ nhằm tạo ra một biểu tượng kiến trúc. Nó đồng thời là một phần của giải pháp kỹ thuật.

Burj Khalifa đã được thử nghiệm trong hầm gió

Trước khi một tòa nhà siêu cao tầng được xây dựng, các kỹ sư cần biết công trình sẽ phản ứng như thế nào trước gió.

SOM sử dụng các thử nghiệm hầm gió để nghiên cứu tác động của gió lên các công trình cao tầng. Với Burj Khalifa, hình dạng, hướng đặt, độ giật cấp và hệ kết cấu được nghiên cứu nhằm giảm tác động bất lợi của gió.

Điều này đặc biệt quan trọng vì mục tiêu không phải làm cho một tòa nhà hoàn toàn không chuyển động. Các công trình siêu cao tầng có thể có một mức độ dao động nhất định dưới tác động của gió.

Vấn đề là phải kiểm soát dao động trong giới hạn phù hợp để bảo đảm an toàn kết cấu và sự thoải mái của người sử dụng.

Hệ thống thang máy cũng là một bài toán đặc biệt

Đối với tòa nhà cao 828 m, thang máy không đơn thuần là phương tiện đi lại mà trở thành một phần quan trọng của hệ thống vận hành.

Burj Khalifa có thang máy dịch vụ với hành trình khoảng 504 m, từng được ghi nhận là một trong những kỷ lục về hành trình thang máy. Công trình cũng thiết lập nhiều kỷ lục liên quan đến tầng sử dụng, đài quan sát và vận chuyển theo phương đứng.

Việc vận chuyển hàng nghìn người trong một tòa nhà có chiều cao gần 1 km đòi hỏi hệ thống thang máy, điện, nước, điều hòa không khí và cứu hộ được tổ chức khác biệt hoàn toàn so với các tòa nhà thấp tầng.

Hàng loạt kỷ lục được thiết lập

Sau khi hoàn thành, Burj Khalifa thiết lập một loạt kỷ lục liên quan đến chiều cao và kỹ thuật xây dựng.

Công trình cao 828 m và vẫn được xác định là tòa nhà cao nhất thế giới theo các tiêu chí chiều cao chính của Council on Tall Buildings and Urban Habitat. BESIX cũng ghi nhận Burj Khalifa giữ các kỷ lục liên quan tới chiều cao công trình, tầng có người sử dụng cao nhất, đài quan sát ngoài trời và thang máy dịch vụ.

Tài liệu chính thức của Burj Khalifa cũng ghi nhận công trình từng giữ kỷ lục về bơm bê tông theo phương đứng, lắp đặt mặt dựng kính và nhôm ở độ cao lớn, cùng nhiều kỷ lục khác.

Burj Khalifa có ý nghĩa gì đối với ngành xây dựng siêu cao tầng?

Điều đáng chú ý nhất ở Burj Khalifa không chỉ là con số 828 m.

Công trình cho thấy để xây dựng một tòa nhà siêu cao tầng, kiến trúc, kết cấu, vật liệu, logistics và công nghệ thi công phải được thiết kế như một hệ thống thống nhất.

Hình dáng chữ Y hỗ trợ kiểm soát gió. Hệ lõi được thiết kế để tăng độ cứng. Các tầng giật cấp làm thay đổi hình dạng công trình theo chiều cao. Bê tông cường độ cao cho phép kết cấu chịu tải trọng lớn. Hệ thống bơm bê tông giải quyết bài toán vận chuyển vật liệu lên cao.

Mỗi giải pháp đều liên quan tới những giải pháp khác.

Đó cũng là lý do Burj Khalifa trở thành một trong những công trình tiêu biểu nhất của kỹ thuật xây dựng thế kỷ XXI.

So sánh Burj Khalifa với Landmark 81

Landmark 81 tại TP.HCM cao 461,2 m và có 81 tầng, trong khi Burj Khalifa cao 828 m.

Nếu chỉ xét chiều cao, Burj Khalifa cao hơn khoảng 366,8 m, tương đương khoảng 1,8 lần Landmark 81.

Tuy nhiên, việc so sánh hai công trình cần lưu ý rằng mỗi tòa nhà được xây dựng trong điều kiện, mục đích sử dụng, tiêu chuẩn thiết kế và bối cảnh đô thị khác nhau.

Burj Khalifa được phát triển như một phần của đại dự án Downtown Dubai và là công trình định hình đường chân trời của Dubai. Landmark 81 là một thành phần nổi bật trong khu đô thị Vinhomes Central Park tại TP.HCM.

Do đó, chiều cao chỉ là một trong nhiều tiêu chí để đánh giá quy mô và giá trị kỹ thuật của một công trình.

Burj Khalifa là ví dụ điển hình cho việc một công trình siêu cao tầng không thể được tạo nên chỉ bằng cách “xây cao hơn”.

Từ nền móng, bê tông cường độ cao, hệ thống lõi chịu lực, thiết kế hình chữ Y, các tầng giật cấp cho tới thử nghiệm hầm gió và hệ thống vận chuyển theo phương đứng, mọi chi tiết đều phải được tính toán cho một công trình cao tới 828 m.

Hơn một thập kỷ sau ngày khánh thành, Burj Khalifa vẫn là biểu tượng nổi bật của Dubai và là một cột mốc quan trọng trong lịch sử kỹ thuật xây dựng nhà siêu cao tầng. Những kinh nghiệm từ công trình tiếp tục được tham khảo trong quá trình phát triển các tòa tháp cao tầng thế hệ mới trên thế giới.

Câu hỏi thường gặp về Burj Khalifa

Burj Khalifa cao bao nhiêu mét?

Burj Khalifa cao 828 m, hiện vẫn là tòa nhà cao nhất thế giới theo các tiêu chí chiều cao chính được sử dụng trong xếp hạng nhà cao tầng.

Burj Khalifa có bao nhiêu tầng?

Công trình có 200 tầng theo cấu trúc tòa nhà, trong đó 160 tầng có thể sử dụng.

Ai thiết kế Burj Khalifa?

Burj Khalifa được thiết kế bởi Skidmore, Owings & Merrill (SOM), với Adrian Smith là kiến trúc sư thiết kế. Hệ kết cấu “buttressed core” được phát triển bởi đội ngũ kỹ sư của SOM, trong đó William F. Baker đóng vai trò quan trọng.

Burj Khalifa sử dụng bao nhiêu bê tông?

Công trình sử dụng khoảng 330.000 m³ bê tông và khoảng 39.000 tấn thép cốt.

Làm thế nào để bơm bê tông lên độ cao hơn 600 m?

Các hệ thống bơm áp lực cao và hỗn hợp bê tông được thiết kế đặc biệt đã được sử dụng để đưa bê tông lên độ cao rất lớn. Tài liệu chính thức ghi nhận kỷ lục bơm bê tông tới khoảng 605 m.

Vì sao Burj Khalifa có hình chữ Y?

Mặt bằng hình chữ Y giúp các cánh công trình hỗ trợ lõi trung tâm và góp phần giảm tác động của gió. Khi lên cao, các cánh lần lượt thu hẹp và giật cấp, làm thay đổi hình dạng công trình và hạn chế sự hình thành các xoáy gió ổn định.

Burj Khalifa có phải tòa nhà cao nhất Việt Nam không?

Không. Burj Khalifa nằm tại Dubai, Các Tiểu vương quốc Arab Thống nhất. Tại Việt Nam, Landmark 81 ở TP.HCM là công trình cao 461,2 m được nêu trong nội dung so sánh trên.

Nguồn tham khảo: Burj Khalifa; Skidmore, Owings & Merrill (SOM); BESIX.