Structure Engineering is the most major field inCivil Engineering. In this field engineers design structures, analyze their stability by the use of softwares or manual calculations and then construct them. In the previous five decades structural engineering has evolved to be an interesting and important field, It includes the study of dynamics of a structure, its load capacity, design and economy. Due to an increase in the demand of earthquake-proof buildings, the importance of structural engineers has also come to light.

Design, Construction & Structural Details of Burj al Khalifa

AdvertisementsExcavation work began for Burj Khalifa thetallest skyscraperin the world in January 2004 and over the years, the building passed many important milestones to become the tallest man-made structure the world has ever seen. In just 1,325 days since excavation work started in January, 2004, Burj Khalifa became the tallest free-standing structure in the world.Burj al Dubai - Now known as Burj KhalifaThe goal of the Burj Dubai Tower is not simply to be the world's highest building: it's to embody the world's highest aspirations. The superstructure has reached over 165 stories. The final height of the building is 2,717 feet (828 meters). The height of the multi-use skyscraper has "comfortably" exceed the previous record holder, the 509 meter (1671 ft) tall Taipei 101.The 280,000 m2(3,000,000 ft2) reinforced concrete multi-use Burj Dubai tower is utilized for retail, a Giorgio Armani Hotel, residential and office. As with all super-tall projects, difficult structural engineering problems needed to be addressed and resolved.

Structural System DescriptionBurj Khalifa has "refuge floors" at 25 to 30 story intervals that are more fire resistant and have separate air supplies in case of emergency. Its reinforced concrete structure makes it stronger than steel-frame skyscrapers.Designers purposely shaped the structural concrete Burj Dubai - "Y" shaped in plan - to reduce the wind forces on the tower, as well as to keep the structure simple and foster constructibility. The structural system can be described as a "buttressed" core (Figures 1, 2 and 3). Each wing, with its own high performance concrete corridor walls and perimeter columns, buttresses the others via a six-sided central core, or hexagonal hub. The result is a tower that is extremely stiff laterally and torsionally. SOM applied a rigorous geometry to the tower that aligned all the common central core, wall, and column elements.Each tier of the building sets back in a spiral stepping pattern up the building. The setbacks are organized with the Tower's grid, such that the building stepping is accomplished by aligning columns above with walls below to provide a smooth load path. This allows the construction to proceed without the normal difficulties associated with column transfers.The setbacks are organized such that the Tower's width changes at each setback. The advantage of the stepping and shaping is to "confuse the wind'1. The wind vortices never get organized because at each new tier the wind encounters a different building shape. The Khalifa's Tower and Podium structures are currently under construction (Figure 3) and the project is scheduled for topping out in 2008.Burj's Architectural DesignThe context of the Burj Dubai being located in the city of Dubai, UAE, drove the inspiration for the building form to incorporate cultural, historical, and organic influences particular to the region.Structural Analysis and Design FactsThe center hexagonal reinforced concrete core walls provide the torsional resistance of the structure similar to a closed tube or axle. The center hexagonal walls are buttressed by the wing walls and hammer head walls which behave as the webs and flanges of a beam to resist the wind shears and moments.Outriggers at the mechanical floors allow the columns to participate in the lateral load resistance of the structure; hence, all of the vertical concrete is utilized to support both gravity and lateral loads. The wall concrete specified strengths ranged from C80 to C60 cube strength and utilized Portland cement and fly ash.

Localaggregateswere utilized for theconcrete mix design. The C80 concrete for the lower portion of the structure had a specified Young's Elastic Modulus of 43,800 N/mm2 (6,350ksi) at 90 days. The wall and column sizes were optimized using virtual work .' La Grange multiplier methodology which results in a very efficient structure (Baker et ah, 2000).The reinforced concrete structure was designed in accordance with the requirements of ACI 318-02 Building Code Requirements for Structural Concrete.The wall thicknesses and column sizes were fine-tuned to reduce the effects of creep and shrinkage on the individual elements which compose the structure. To reduce the effects of differential column shortening, due to creep, between the perimeter columns and interior walls, the perimeter columns were sized such that the self-weight gravity stress on the perimeter columns matched the stress on the interior corridor walls.The five (5) sets of outriggers, distributed up the building, tie all the vertical load carrying elements together, further ensuring uniform gravity stresses: hence, reducing differential creep movements. Since the shrinkage in concrete occurs more quickly in thinner walls or columns, the perimeter column thickness of 600mm (24") matched the typical corridor wall thickness (similar volume to surface ratios) (Figure 5) to ensure the columns and walls will generally shorten at the same rate due to concrete shrinkage.The top section of the Tower consists of astructural steelspire utilizing a diagonally braced lateral system. The structural steel spire was designed for gravity, wind, seismic and fatigue in accordance with the requirements of AISC Load and Resistance Factor Design Specification for Structural Steel Buildings (1999). The exterior exposed steel is protected with a flame applied aluminum finish.

Analysis for GravityThe structure was analyzed for gravity (including P-Delta analysis), wind, and seismic loadings by ETABS version 8.4 (Figure 6). The three-dimensional analysis model consisted of the reinforced concrete walls, link beams, slabs, raft, piles, and the spire structural steel system. The full 3D analysis model consisted of over 73,500 shells and 75,000 nodes. Under lateral wind loading, the building deflections are well below commonly used criteria. The dynamic analysis indicated the first mode is lateral side sway with a period of 11.3 seconds (Figure 7). The second mode is a perpendicular lateral side sway with a period of 10.2 seconds. Torsion is the fifth mode with a period of 4.3 secondsSite Test and AnalysisThe Dubai Municipality (DM) specifies Dubai as a UBC97 Zone 2a seismic region (with a seismic zone facior Z = 0.15 and soil profile Sc). The seismic analysis consisted of a site specific response spectra analysis. Seismic loading typically did not govern the design of the reinforced concrete Tower structure. Seismic loading did govern the design of the reinforced concrete Podium buildings and the Tower structural steel spire.Dr. Max Irvine (with Structural Mechanics & Dynamics Consulting Engineers located in Sydney Australia) developed site specific seismic reports for the project including a seismic hazard analysis. The potential for liquefaction was investigated based on several accepted methods; it was determined that liquefaction is not considered to have any structural implications for the deep seated Tower foundations.In addition to the standard cube tests, the raft concrete was field tested prior to placement by flow table (Figure 10). L-box, V-Box and temperature.Burj Khalifa's Foundations and Site ConditionsThe Tower foundations consist of a pile supported raft. The solid reinforced concrete raft is 3.7 meters (12 ft) thick and was poured utilizing C50 (cube strength) self consolidating concrete (SCC). The raft was constructed in four (4) separate pours (three wings and the center core). Each raft pour occurred over at least a 24 hour period. Reinforcement was typically at 300mm spacing in the raft, and arranged such that every 10lh bar in each direction was omitted, resulting in a series of "pour enhancement strips" throughout the raft at which 600 mm x 600 mm openings at regular intervals facilitated access and concrete placement.The Burj Tower raft is supported by 194 bored cast-in-place piles. The piles are 1.5 meter in diameter and approximately 43 meters long with a design capacity of 3,000 tonnes each. The Tower pile load test supported over 6,000 tonnes (Figure 12). The C60 (cube strength) SCC concrete was placed by the tremie method utilizing polymer slurry. The friction piles are supported in the naturally cemented calcisiltite conglomeritic calcisiltite fomiations developing an ultimate pile skin friction of 250 to 350 kPa (2.6 to 3.6 tons / ft ). When the rebar cage was placed in the piles, special attention was paid to orient the rebar cage such that the raft bottom rebar could be threaded through the numerous pile rebar cages without interruption, which greatly simplified the raft construction.The sitegeotechnical investigationconsisted of the following Phases:1. Phase I; 23 Boreholes (three with pressuremeter testing) with depths up to 90m.2. Phase 2: 3 Boreholes drilled with cross-hole geophysics.3. Phase 3: 6 Boreholes (two with pressure meter testing) with depths up to 60m.4. Phase 4: 1 Borehole with cross-hole and down-hole gophysics; depth = 140m3D foundation settlement analysisA detailed 3D foundation settlement analysis was carried out (by Hyder Consulting Ltd., UK) based on the results of the geotechnical investigation and the pile load test results. It was determined the maximum long-term settlement over time would be about a maximum of 80mm (3.1"). This settlement would be a gradual curvature of the top of grade over the entire large site. When the construction was at Level 135, the average foundation settlement was 30mm (1.2"). The geo-technical studies were peer reviewed by both Mr. Clyde Baker of STS Consultants, Ltd. (Chicago, IL, USA) and by Dr. Harry Poulos of Coffey Geosciences (Sydney, Australia).The groundwater in which the Burj Dubai substructure is constructed is particularly severe, with chloride concentrations of up to 4.5%, and sulfates of up to 0.6%. The chloride and sulfate concentrations found in the groundwater are even higher than the concentrations in sea water. Accordingly, the primary consideration in designing the piles and raft foundation was durability. The concrete mix for the piles was a 60 MPa mix based on a triple blend with 25% fly ash, 7% silica fume, and a water to cement ratio of 0.32. The concrete was also designed as a fully self consolidating concrete, incorporating a viscosity modifying admixture with a slump flow of 675 +/- 75mm to limit the possibility of defects during construction.Due to the aggressive conditions present caused by the extremely corrosive ground water, a rigorous program of anti-corrosion measures was required to ensure the durability of the foundations. Measures implemented included specialized waterproofing systems, increased concrete cover, the addition ofcorrosioninhibitors to the concrete mix. stringent crack control design criteria, and cathodic protection system utilizing titanium mesh (Figure 13) with an impressed current.Wind EngineeringFor a building of this height and slenderness, wind forces and the resulting motions in the upper levels become dominant factors in the structural design. An extensive program of wind tunnel tests and other studies were undertaken under the direction of Dr. Peter Irwin of Rowan Williams Davies and Irwin Inc.'s (RWD1) boundary* layer wind tunnels in Guelph. Ontario (Figure 14).The wind tunnel program included rigid-model force balance tests, a foil multi degree of freedom aero elastic model studies, measurements of localized pressures, pedestrian wind environment studies and wind climatic studies. Wind tunnel models account for the cross wind effects of wind induced vortex shedding on the building. The aeroelastic and force balance studies used models mostly at 1:500 scale. The RWDI wind engineering was peer reviewed by Dr. Nick Isyumov of the University of Western Ontario Boundary Layer Wind Tunnel Laboratory.

Diseo, Construccin y Estructural Detalles del Burj al Khalifa

AnunciosLos trabajos de excavacin comenz a Burj Khalifa elrascacielos ms altodel mundo en enero de 2004 y con los aos, el edificio pas muchos hitos importantes para convertirse en la estructura artificial ms alta del mundo haya visto jams.En tan slo 1.325 das desde que los trabajos de excavacin se inici en enero de 2004, Burj Khalifa se convirti en la estructura ms alta de independiente en el mundo.Burj al Dubai - ahora conocido como Burj KhalifaEl objetivo de la Burj Dubai Tower no es simplemente para ser el edificio ms alto del mundo: se trata de encarnar las aspiraciones ms altas del mundo.La superestructura ha llegado a ms de 165 historias.La altura final del edificio es de 2.717 pies (828 metros).La altura de la de usos mltiples rascacielos tiene "cmodamente" superar el rcord anterior, el 509 metros (1.671 pies) de alto Taipei 101.El 280 000 m2(3.000.000 pies2) reforzado con multi-uso concreto de la torre Burj Dubai se utiliza para la venta al por menor, un Giorgio Armani Hotel, residencial y de oficinas.Al igual que con todos los proyectos de super-altos, problemas de ingeniera estructural difciles necesarias para ser abordados y resueltos.

Sistema Estructural DescripcinBurj Khalifa tiene "pisos de refugio" en 25 a 30 intervalos de la historia que son ms resistentes al fuego y tienen suministros de aire separadas en caso de emergencia.Su estructura de hormign armado hace que sea ms fuerte que los rascacielos con estructura de acero.Diseadores forma deliberadamente la estructura de concreto Burj Dubai - "Y" en forma en el plan - para reducir las fuerzas del viento en la torre, as como para mantener la estructura simple y fomentar constructibilidad.El sistema estructural puede ser descrito como un "contrafuertes" ncleo (Figuras 1, 2 y 3).Cada ala, con sus propia de alto rendimiento paredes del pasillo de concreto y el permetro columnas, contrafuertes los dems a travs de un ncleo central de seis caras, o hub hexagonal.El resultado es una torre que es extremadamente rgida a la torsin y lateralmente.SOM aplica una rigurosa geometra de la torre que alinea todos los elementos del ncleo, paredes y columnas centrales comunes.Cada nivel del edificio pone de vuelta en un modelo paso a paso de caracol hasta el edificio.Los retrocesos se organizan con rejilla de la torre, de tal manera que el edificio paso a paso se lleva a cabo mediante la alineacin de las columnas anteriores con paredes continuacin para proporcionar una trayectoria de carga suave.Esto permite la construccin de proceder sin las dificultades normales asociados a las transferencias de columna.Los retrocesos se organizan tales que los cambios de ancho de la Torre en cada revs.La ventaja de la intensificacin y la configuracin es "confundir al wind'1. Los vrtices de viento nunca se organizan porque en cada nuevo nivel el viento se encuentra con una forma diferente edificio. Torre y estructuras Podio del Khalifa estn actualmente en construccin (Figura 3) y el proyecto est prevista para superando a cabo en 2008.Diseo arquitectnico de BurjEl contexto de la Burj Dubai est situado en la ciudad de Dubai, Emiratos rabes Unidos, condujo la inspiracin para la forma del edificio para incorporar influencias culturales, histricos y ecolgicos propios de la regin.Anlisis Estructural y Diseo DatosEl hexagonal centro reforzado paredes ncleo de hormign proporcionan la resistencia a la torsin de la estructura similar a un tubo cerrado o eje.Las paredes hexagonales centrales estn respaldadas por las paredes y muros de ala cabeza de martillo que se comportan como las webs y alas de una viga para resistir las tijeras de viento y momentos.Estabilizadores de los pisos mecnicos permiten las columnas para participar en la resistencia de carga lateral de la estructura;por lo tanto, toda la vertical de hormign se utiliza para apoyar tanto la gravedad y cargas laterales.Los puntos fuertes del muro de cemento especificados variaron de C80 a la fuerza del cubo C60 y utilizado cemento Portland y cenizas volantes.

Localesagregadosse utilizaron para eldiseo de la mezcla de concreto.El hormign C80 para la parte inferior de la estructura tena un mdulo de Young especificado elsticas de 43 800 N / mm2 (6,350ksi) a los 90 das.Los tamaos de las paredes y las columnas fueron optimizados utilizando trabajo virtual.La Grange metodologa multiplicador que resulta en una estructura muy eficiente (Baker et ah, 2000) .La estructura de hormign armado fue diseado de acuerdo con los requisitos de ACI 318-02 los cdigos de construccin de hormign estructural.Los espesores de pared y tamaos de las columnas eran sintonizar para reducir los efectos de fluencia y retraccin de los elementos individuales que componen la estructura.Para reducir los efectos de acortamiento columna diferencial, debido a la fluencia, entre las columnas perimetrales y paredes interiores, las columnas perimetrales fueron dimensionadas de tal manera que la tensin de la gravedad peso propio en las columnas perimetrales se corresponda con la tensin en las paredes de los pasillos interiores.Los cinco (5) juegos de estabilizadores, distribuidos por el edificio, atar todos los elementos de carga llevando verticales juntos, asegurando adems la gravedad uniforme subraya: por lo tanto, la reduccin de los movimientos de fluencia diferenciales.Dado que la contraccin en el hormign se produce ms rpidamente en paredes ms delgadas o columnas, el espesor de la columna permetro de 600 mm (24 ") coincide con el espesor de pared pasillo tpica (volumen similar a la superficie proporciones) (Figura 5) para asegurar las columnas y las paredes generalmente acortar a la misma velocidad debido a la retraccin del hormign.La seccin superior de la torre se compone de unaestructura de acerotorre utilizando un sistema lateral diagonal arriostrados.La aguja de acero estructural fue diseado para la gravedad, el viento, ssmicas y la fatiga de conformidad con los requisitos de carga AISC y Resistencia Factor Especificacin de Diseo de Edificios de Acero Estructural (1999).El acero expuesto exterior est protegida con una llama aplicada acabado de aluminio.

Anlisis para GravityLa estructura se analiz para determinar la gravedad (incluido el anlisis P-Delta), el viento y cargas ssmicas por ETABS versin 8.4 (Figura 6).El modelo de anlisis tridimensional formado por los muros de hormign armado, vincular vigas, losas, balsa, pilas, y el sistema de acero estructural aguja.El modelo de anlisis 3D completo consista en ms de 73.500 proyectiles y 75.000 nodos.Bajo carga de viento lateral, las desviaciones de construccin son muy por debajo de los criterios de uso comn.El anlisis dinmico indica el primer modo es sacudimiento lado lateral con un perodo de 11,3 segundos (Figura 7).El segundo modo es un balanceo lateral perpendicular con un perodo de 10,2 segundos.Torsin es la quinta de modo con un perodo de 4,3 segundosSitio de Pruebas y AnlisisLa Municipalidad de Dubai (DM) especifica Dubai como regin ssmica de una zona UBC97 2a (con una zona ssmica facior Z = 0,15 y el suelo perfil Sc).El anlisis ssmico consisti en un anlisis de espectros de respuesta de sitio especfico.Carga ssmica normalmente no gobernaba el diseo de la estructura de la torre de hormign armado.Carga ssmica hizo regir el diseo de los edificios Podium de hormign armado y la aguja de acero estructural de la torre.Dr. Max Irvine (con Mecnica Estructural y Dinmica Consulting Engineers ubicados en Sydney, Australia) desarrollaron sitio informes ssmicos especficos para el proyecto que incluye un anlisis de riesgo ssmico.El potencial para la licuefaccin se investig sobre la base de varios mtodos aceptados;se determin que la licuefaccin no se considera que tenga implicaciones estructurales para los cimientos de la torre profundamente arraigados.Adems de las pruebas estndar del cubo, el hormign balsa fue probado en el campo antes de la colocacin de la tabla de flujo (Figura 10).L-caja, V-Box y la temperatura.Fundaciones y alteraciones en el lugar de Burj KhalifaLos cimientos de la torre consisten en una pila apoyado balsa.El slido balsa de hormign armado es de 3,7 metros (12 pies) de espesor y se vierte la utilizacin de C50 (fuerza cubo) auto consolidar hormign (SCC).La balsa se construy en cuatro (4) se filtra separados (tres alas y el ncleo central).Cada balsa vierta ocurri durante al menos un perodo de 24 horas.Refuerzo era tpicamente a 300 mm espaciado en la balsa, y dispuesto de tal manera que cada barra de 10lh en cada direccin se omiti, resultando en una serie de "pour tiras de mejora" a travs de la balsa a la que 600 mm x 600 mm aberturas a intervalos regulares facilitaron el acceso y la colocacin del concreto.La balsa Burj Tower est apoyado por 194 pilotes colados en el lugar.Las pilas son 1,5 metros de dimetro y unos 43 metros de largo con una capacidad de diseo de 3.000 toneladas cada uno.La prueba de carga pila Torre apoyado ms de 6.000 toneladas (Figura 12).El hormign C60 (fuerza cubo) SCC fue colocado por el mtodo tremie utilizando suspensin de polmero.Los pilotes de friccin son compatibles con la naturalmente cementada calcisiltite conglomeritic calcisiltite fomiations desarrollar una ltima friccin de la piel pila de 250 a 350 kPa (2.6 hasta 3.6 toneladas / pie).Cuando la jaula barras de refuerzo se coloc en las pilas, se prest especial atencin a orientar la jaula de barras de refuerzo de tal manera que la barra de refuerzo inferior balsa podra ser roscada a travs de las numerosas jaulas de corrugado pila sin interrupcin, lo que simplifica en gran medida la construccin balsa.El sitio deinvestigacin geotcnicaconstaba de las siguientes fases:1. Fase I;23 perforaciones (tres con las pruebas presiomtrico) con profundidades de hasta 90m.2. Fase 2: 3 pozos perforados con la geofsica cruz hoyos.3. Fase 3: 6 perforaciones (dos con las pruebas de medidor de presin) con profundidades de hasta 60 metros.4. Fase 4: 1 de sondeo con la cruz hoyos y abajo hoyos gophysics;profundidad = 140mAnlisis de la liquidacin fundacin 3DUn anlisis de la liquidacin fundacin 3D detallado se llev a cabo (por Hyder Consulting Ltd., Reino Unido) en base a los resultados de la investigacin geotcnica y los resultados de las pruebas de carga de la pila.Se determin el asentamiento mximo a largo plazo con el tiempo sera de alrededor de un mximo de 80 mm (3,1 "). Este acuerdo sera una curvatura gradual de la parte superior de grado en todo el sitio grande. Cuando la construccin fue en el nivel 135, el asentamiento promedio fundacin fue de 30 mm (1,2 ").Los estudios geotcnicos fueron revisados por tanto el seor Clyde Baker, de STS consultores, Ltd. (Chicago, IL, EE.UU.) y por el Dr. Harry Poulos de Coffey Geociencias (Sydney, Australia).El agua subterrnea en la que se construye la subestructura Burj Dubai es particularmente grave, con concentraciones de cloruro de hasta 4,5%, y sulfatos de hasta 0,6%.Las concentraciones de cloruro y sulfato que se encuentran en las aguas subterrneas son incluso superiores a las concentraciones en agua de mar.En consecuencia, la consideracin principal en el diseo de la fundacin pilotes y balsa era durabilidad.La mezcla de hormign de los pilotes era una mezcla 60 MPa basado en una triple mezcla con ceniza de 25% de la mosca, el 7% de humo de slice, y agua para cimentar la relacin de 0,32.El hormign tambin fue diseado como un totalmente independientes, la consolidacin de hormign, la incorporacin de un modificador de la viscosidad mezcla con un flujo de asentamiento de 675 +/- 75 mm para limitar la posibilidad de defectos durante la construccin.Debido a las condiciones agresivas presentes causados por el agua subterrnea extremadamente corrosivo, se requiere un riguroso programa de medidas anti-corrosin para garantizar la durabilidad de las fundaciones.Las medidas aplicadas incluyen sistemas de impermeabilizacin especializados, aumento de recubrimiento de hormign, la adicin decorrosininhibidores de la mezcla de hormign.estrictos criterios de control de grieta de diseo, y sistema de proteccin catdica utilizando malla de titanio (Figura 13) con una corriente impresa.Ingeniera del vientoPara un edificio de esta altura y esbeltez, la fuerza del viento y los movimientos resultantes en los niveles superiores se convierten en factores dominantes en el diseo estructural.Un amplio programa de pruebas en el tnel de viento y otros estudios se llevaron a cabo bajo la direccin del Dr. Peter Irwin de Rowan Williams Davies y (RWD1) lmite * tneles de viento de capa de Irwin Inc. en Guelph.Ontario (Figura 14).El programa de tnel de viento incluy pruebas rgido modelo de balance de la fuerza, una lmina de mltiples grados de libertad aero estudios de modelos elsticos, mediciones de presiones localizadas, estudios de medio ambiente viento peatonal y terminan los estudios climticos.Modelos de tnel de viento representan los efectos del viento transversal de viento vrtice inducida derramando sobre el edificio.Los estudios de balance aeroelsticos y fuerza utilizaron modelos todo en escala 1: 500.La ingeniera elica RWDI fue revisado por el Dr. Nick Isyumov de la Universidad de Ontario Occidental Capa Lmite tnel de viento de laboratorio.