Foundations for High Rise Buildings

مناطق مختلف شهری در جهان با کمبود زمین مواجه هستند این امر سبب شده است تا ایجاد و گسترش فضایی ساختمان ها و سازه ها به طور فزاینده ای مشکل ساز شود. سازه های بلند مرتبه به عنوان یکی از بهترین  راه حل ها برای حل این مشکل هستند. طراحی، ساخت و عملکرد چنین سازه های مرتفع عمدتاً به پایداری پی آن ها بستگی دارد. در سازه های بلند مرتبه مانند ساختمان برج خلیفه در دبی هزینه قابل توجهی برای پایدارسازی گود، طراحی و اجرای پی سازه لحاظ گردید.
با تقریب خوبی می توان گفت کتاب پی در ساختمان های بلند مرتبه اولین کتابی است که آخرین تحقیقات را در مورد تجزیه و تحلیل، طراحی و ساخت چنین پی هایی برای سازه های مرتفع گردآوری می کند.

بر اساس تحقیقات علمی و تجربیات گسترده خود نویسندگان و پژوهشگران از شیوه های مهندسی، این کتاب مبانی نظری تجزیه و تحلیل و طراحی انواع سیستم های پی را ارائه می دهد و کاربرد آنها را در پروژه های ساخت و ساز تکمیل شده توضیح می دهد.

علاوه بر این، این کتاب به تجزیه و تحلیل ژئوتکنیکی و طراحی انواع سیستم‌ های پی ساختمان ‌های بلند و سایر سازه‌ های پیچیده برای ارائه یک طرحه بهینه از نظر مهندسی و البته اقتصادی  با دیدی کلی بر موضوع برهم کنش بین خاک و سازه می پردازد. مبانی تجزیه و تحلیل پایداری و قابلیت سرویس دهی، کاوش های صحرایی و مطالعات ژئوتکنیک پروژه، مقررات فنی مهم و تضمین کیفیت و ایمنی از جمله مهمترین مباحثی است که در طی فصول مختلف کتاب پی در ساختمان های بلند مرتبه بیان شده است تا خواننده این کتاب بتواند اطلاعات مفیدی را در زمینه پی آسمان خراش ها به دست آورده و با آخرین دستاوردها در این زمینه آشنا شود. علاوه بر این، جنبه های خاصی از مهندسی پی نظیر پی های فعال شده با گرمایش زمین و استفاده مجدد از پی های موجود، توصیف و نشان داده شده اند.

برای تکمیل این کتاب، فصلی جامع در مورد تحلیل و طراحی سیستم های فونداسیون و رفتار دینامیکی پی سازه های بلند نیز گنجانده شده است.

در پایان هر فصل، خواننده مروری بر منابع استفاده شده انجام می دهد تا علاقه مندان فرصت این را داشته باشند تا در زمینه هایی که علاقه مند هستند اطلاعات بیشتری را به دست آورند. برای درک شرایط مرزی تجزیه و تحلیل و طراحی پی ها، استانداردها و مقررات معتبر در این زمینه نیز نام برده می شود. با توجه به پیچیدگی تحلیل، طراحی و اجرای پی گسترده شمع دار (CPRF)، دستورالعمل های بین المللی در مورد CPRF ها توسط انجمن بین المللی مکانیک خاک و مهندسی ژئوتکنیک (ISSMGE) نیز در ضمیمه گنجانده شده است.

طبق مقررات فنی، انواع سیستم های موجود برای پی ساختمان های بلند و سازه های مهندسی عمران باید از نظر پایداری و قابلیت سرویس دهی مورد تجزیه و تحلیل قرار گیرند. آنالیزها بر اساس پارامترهای مکانیکی خاک و مدل‌سازی اندرکنش خاک و سازه استوار است. به طور کلی در این کتاب ضوابط تحلیل پایداری و قابلیت سرویس دهی برای انواع پی های زیر توضیح داده می شود:

• پی های گسترده نظیر پی های نواری
• پی های عمیق و شمع ها
• پی های ترکیبی (به ویژه پی های گسترده شمع دار (CPRF))
• پی های ویژه نظیر پی های کیسونی

پیشرفت و توسعه سیستم های پی سازی مربوط به ارتفاع روبنا را می‌توان به شکل ملموسی در کشورهای مختلف به ویژه پیشرفته مشاهده نمود به عنوان مثال فرانکفورت آم ماین، آلمان یکی از این موارد است. جایی که در دهه‌ های گذشته چندین آسمان خراش در خاک رس فرانکفورت ساخته شد.

در مجموع می توان گفت که کتاب پی در سازه های بلند مرتبه اصول اولیه را به خوبی پوشش می‌دهد. پایداری و قابلیت سرویس دهی و پارامترهای لازم برای بررسی مشخصات خاک، مقررات فنی معتبر و اقدامات تضمینی که از موارد ضروری برای پیشبرد یک پروژه پی سازی موفق است نیز در این کتاب گنجانده شده است. علاوه بر این، جنبه‌های خاص پی ها نظیر استفاده مجدد از پی های موجود در صورت تخریب ساختمان و البته موضوع Energy Pile که از به روز ترین موضوعات ژئوتکنیکی است نیز به اندازه قابل قبولی توضیح داده شده است تا تقریباً یک کتاب کامل در زمینه پی سازی در اختیار مخاطب قرار گیرد.

برای اطمینان از پایداری و قابلیت سرویس دهی هر پروژه با اطمینان کافی، اندرکنش میان خاک و سازه باربر به طور کلی باید در نظر گرفته شود چرا که وظیفه اصلی پی، انتقال بار سازه به لایه عمیق تر خاک با مقاومت مناسب است بنابراین، یک مدل نظری دقیق برای شرح این اندرکنش ضروری است. این بخش در حقیقت می تواند نقطه اتصال بین مهندسی سازه و مهندسی ژئوتکنیک نیز باشد. به همین دلیل نویسنده سعی کرده است تا به این موضوع و ابهامات و نظریات موجود در این بخش بپردازد.

برای تعیین یک مدل نظری واقعی و صحیح از اندرکنش سه بعدی و اغلب متغیر خاک و سازه، موارد زیر باید در نظر گرفته شوند:

• مدلسازی سازه و رفتار مکانیکی آن
• مدل سازی خاک و رفتار مکانیکی آن به عنوان یک مواد چند فازی
• تعیین رفتار محل تماس بین خاک و سازه

در طول فرآیند طراحی برای عناصر مختلف یک سازه، می توان از مدل های نظری مختلف برای در نظر گرفتن اندرکنش خاک و سازه استفاده کرد. خاک نه تنها یک عنصر تثبیت کننده یا به نوعی بارگذاری است چرا که خاک به دلیل وزن خود می تواند به نوعی بخشی از سیستم استاتیکی مجموعه لحاظ شود، بلکه در ترکیب با سایر عناصر ساختمانی، می تواند نقش یک سیستم باربری ترکیبی را نیز بازی کند. از یک سو، بارهای وارده از سازه ها حالت حد اصلی را برای تحلیل پایداری سازه ها و عناصر پی ایجاد می کند. از طرفی نشست‌ های یکنواخت و نشست‌ های غیر یکنواخت و نامتقارن در خاک باعث ایجاد حالت حدی اصلی برای تحلیل قابلیت سرویس دهی سازه‌ ها می شود.

بنابراین، دو نوع پروژه زیر را قبل از هر اقدامی باید متمایز کرد:

• سیستم های فونداسیون (پی های گسترده، پی های عمیق و غیره)، که توسط خاک نگهداری می شوند یعنی به عبارت دیگر در این موارد خاک خود بارگذاری محسوب می شود.

• سازه های نگهبان (دیوارهای حائل، تونل ها و غیره) که در برابر خاک مقاومت می کنند.

برای تجزیه و تحلیل پایداری و قابلیت سرویس دهی، رفتار خاک و سازه باید در نظر گرفته شود. اغلب، بسته به سطح تنش و سرعت اعمال بار، از مدل های رفتاری مختلف به ویژه مدل الاستوپلاستیک و غیرخطی استفاده می شود. علاوه بر این، اثر متقابل خاک و سازه وابسته به زمان نیز باید در نظر گرفته شود. این اثر می تواند از موارد زیر ناشی شود:

• ساخت و ساز متوالی که موجب تغییرات قابل توجه در ساختار خاک و تغییرات بارگذاری می شود.
• تغییرات سختی
• خروج از مرکزیت
• عملیات حفاری یا تخریب متوالی
• نصب، بهسازی یا از بین بردن پی ها و غیره.
• تغییرات رفتار مواد (خزش، تراکم، تحکیم)

در مورد آیین نامه استفاده شده در کتاب پی در ساختمان های بلند مرتبه باید گفت که نویسنده از یورو کد 7 که یکی از معتبر ترین آیین نامه های موجود است استفاده می کند. پس از 30 سال توسعه و اجرای آیین نامه  های یورو کد در اروپا ، مقررات یکپارچه ای از تجزیه و تحلیل در رشته های مهندسی عمران به دست آمد. یوروکدها بر اساس اصل مفهوم ضریب ایمنی جزئی است که جایگزین مفهوم ضریب ایمنی کلی می شود.

یوروکد 7 (EC 7)، متشکل از دو بخش، برای مهندسی ژئوتکنیک توسعه یافته است. بخش اول شامل مقررات عمومی و بخش دوم شامل بررسی های میدانی است. که در بخش های مورد نیاز و به ویژه در فصول طراحی هر کدام به تفصیل توسط نویسنده شرح داده شده است اما به طور کلی می توان گفت که طراحی پی ها مطابق با آیین نامه یورو کد در یکی از حالت های زیر اتفاق می افتد و بر حسب این موارد ضرایب اطمینان و روابط مختلف که استفاده می شوند می تواند متفاوت باشد.

• دائمی
• گذرا
• تصادفی
• زلزله