ایستاسازه
En Ar

خانه - کتابخانه - Tall Building Foundation Design

دانلود Harry G. Poulos – Tall Building Foundation Design – CRC Press (2017)

مقدمه

نویسنده ی کتاب به مدت بیش از ۳ دهه در زمینه ی طراحی پی ساختمان های بلند مرتبه فعالیت داشته است و این مدت فعالیت مربوط به زمانی است که رکورد مربوط به بلندترین ساختمان جهان چندین بار شکسته شده است. به همین دلیل نیاز ویژه ای به طراحی پی ساختمان های بلند مرتبه ایجاد شد و به دنبال آن روش های طراحی پی ساختمان ها دستخوش تغییراتی گشت. با توجه به روش های طراحی مقدار زیادی داده ی با کیفیت ژئوتکنیکی برای طراحی پی سازه ها به دست آمده است. نویسنده با توجه به احساس نیاز برای ارائه ی راهکار ها و روش های طراحی پی ساختمان های بلند که او به همراه همکاران و اساتید دانشگاه به آن ها دست یافته اند، این کتاب را منتشر کرده است. روشی که در این کتاب توضیح داده شده است از سه گام تشکیل می شود:

  1. در گام اول طراحی به صورت ایده و مفهوم اولیه مطرح می شود.
  2. در گام دوم نوبت به طراحی با جزئیات می رسد.
  3. در نهایت، گام نهایی طراحی که در آن تمام جنبه های طراحی چک می شود، نقشه های اجرایی آماده شده و همه چیز برای اجرا مهیا می شود.
مراحل طراحی پی ساختمان های بلند
مراحل طراحی پی ساختمان های بلند

با پیشروی مراحل طراحی پیچیدگی های محاسبات و حجم داده های موجود افزایش می یابد. در مرحله دوم معمولا حفاری ها، مطالعات ژئوفیزیک و آزمون های برجا و آزمایشگاهی انجام می شود. در مرحله ی نهایی به آزمایش المان های اجرا شده پرداخته می شود. المان هایی مانند شمع ها و یا پی های سطحی تا در صورت نیاز تغییرات مورد نیاز بر روی طرح انجام شود.

اهداف این کتاب به شرح زیر هستند:

  • مشخص کردن مسائلی که لازم است تا در طراحی دیده شود. نه تنها بارهای سازه ای، بلکه بارهایی که از زمین (محلی که پی ساختمان در آن قرار دارد) به ساختمان وارد می شود.
  • خلاصه کردن روش های طراحی ژئوتکنیکی برای هر یک از ۳ گام طراحی، روش هایی مانند روش های تجربی که می توانند به عنوان اولین روش برای طرح کلی استفاده شوند، تا روش های ساده که برای جزئیات طراحی لازم بوده، تا تحلیل های عددی مناسب برای مرحله ی آخر طراحی.
  • بررسی آزمایش های شمع و سپس پایش عملکرد پی در حین و پس از ساخت آن.
  • ارائه ی جزئیاتی از پروژه های انجام شده که در آن ها روش های مختلف تحلیل و طراحی استفاده شده است. این پروژه ها کارهایی هستند که نویسنده ی کتاب در آن ها شرکت داشته است. برای دیدن مثال های بیشتر می توان به کتاب های Hemsley (2000) و Katzenbach و همکاران  (2016) مراجعه کرد.

در حالی که این کتاب بر روی طراحی ژئوتکنیکی پی تمرکز دارد، خلاصه ای از موضوعات دیگری که مربوط به سازه های بلند مرتبه هستند و یک طراح ژئوتکنیک باید با آن ها آشنا باشد ارائه شده است. این موارد شامل انواع مختلف سازه های بلند مرتبه و برخی از جنبه های پایه ای مربوط به طراحی سازه ای سیستم پی می باشند.

از آنجایی که برای نوشتن این کتاب از منابع گوناگونی استفاده شده است، علائم و نشانه هایی که در کتاب آورده شده اند یکسان سازی نشده و با توجه به علامتی که در منبع استفاده شده است در این کتاب نیز آورده شده. در نتیجه قبل از استفاده از روابط لازم است تا دقت کافی برای بررسی پارامترها انجام شود.

از آنجایی که مهندسی ژئوتکنیک و زیر شاخه های آن در حال پیشرفت هستند، برخی از موارد عنوان شده در این کتاب ممکن است بعد از گذشت زمان دیگر کارایی نداشته باشند. هرچند اصول بیان شده در این کتاب بیشتر فلسفی هستند تا تئوری و امید است این موارد در طول زمان ثابت باقی بماند.

معرفی

تعریف ساختمان بلند

ساختمان های بلند که از آن ها با عنوان آسمان خراش نیز یاد می شود، اجزاء جداناپذیر شهرهای امروزی هستند. یکی از تعاریفی که توسط Craighead از ساختمان های بلند شده است به شرح زیر می باشد:

یک سازه ی چند طبقه که اکثر ساکنین آن برای رسیدن به مقصد خود مجبور به استفاده از آسانسور هستند.

در میان مشخصات چنین ساختمان هایی می توان به تاثیر ارتفاع زیاد آن ها بر روی تخلیه ی ساختمان و همچنین دسترسی وسایل معمول آتش نشانی به طبقه های بالای آن اشاره کرد.

ارتفاعی که در آن یک ساختمان بلند مرتبه محسوب شود، موضوعی نیست که به صورت جهانی تعریف شده باشد، هر چند به طور تقریبی قابل قبول است که اگر ساختمانی بیش از ۴۰ طبقه داشته باشد، ساختمان بلند محسوب شود.

همراه با پیشرفت ساختمان های بسیار بلند در دو دهه ی گذشته عبارت فوق بلند یا ساختمان فوق بلند مرتبه به سازه هایی با ارتفاع بیش از ۳۰۰ متر اطلاق شده است. اخیرا عبارت ساختمان های غول پیکر (Megatall) برای ساختمان های با ارتفاع بیش از ۶۰۰ متر استفاده می شود. شورای ساختمان های بلند مرتبه و زیستگاه شهری بازه های زیر را برای تعریف ساختمان های بلند مرتبه ارائه کرده است:

برای ساختمان های با ارتفاع بین ۲۰۰ تا ۳۰۰ متر: ساختمان بلند مرتبه(Tall buildings)

برای ساختمان های با ارتفاع بین ۳۰۰ تا ۶۰۰ متر: ساختمان فوق بلند مرتبه (Super-tall buildings)

برای ساختمان های با ارتفاع بیش از ۶۰۰ متر: ساختمان های غول پیکر (Megatall buildings)

در سال ۲۰۱۶ بیش از ۱۰۰ ساختمان فوق بلند مرتبه و ۲ ساختمان غول پیکر در جهان وجود داشت.

سیر تکامل ساختمان های بلند

ساختمان های مدرن و بلند در دهه ی ۱۸۸۰ در شیکاگو ساخته شدند و در دهه های بعدی اکثر ساختمان های بلند مرتبه در آن جا برپا شد. ساختمان های بلند مرتبه در ابتدا توسط دیوارهای باربر ساخته می شد اما با معرفی سازه های فولادی این سازه ها در شهرهایی مانند نیویورک، فیلادلفیا و لندن نیز ساخته شدند.

اجزای اصلی ساختمان های بلند مرتبه

اجزای اصلی در ساختمان های بلند به شرح زیر است:

  • پی: این عضو عموما به صورت شمع و یا دال اجرا می شود.
  • سازه: این قسمت باید برای مقابله در برابر بادهای سنگین و بارهای لرزه ای طراحی شود و معمولا به سیستم های سازه ای سنتی مانند دیوارهای بتن مسلح، قاب های فولادی و المان های بتنی پیش تنیده نیاز دارد.
  • نما: نما و تجهیزات اتصال آن نیز باید بتوانند در برابر باد و بارهای لرزه ای مقاومت کنند.
  • آسانسور یا بالابر: با توجه به تعداد و سرعت مورد نیاز بالا در آسانسورها هزینه ی این بخش در ساختمان های بلند مرتبه نسبت به ساختمان های معمولی بیشتر است.

موارد مورد نیاز برای پی

پی های ساختمان های بلند مرتبه باید بتوانند به صورت ایمن بارهای جانبی و قائم ناشی از ساختمان را تحمل کنند و همچنین قابلیت کنترل نشست های کلی و تفاضلی را داشته باشند.

ساختمان های بلند و پی آن ها سیستم های بسیار تعاملی ای هستند. بارهای ناشی از سازه می توانند باعث جابجایی پی شوند و جابجایی پی باعث تغییر رفتار سازه می شود. رفتار پی توسط شرایط زمین و نوع خاک، نوع پی، اندازه و توزیع بار سازه کنترل می شود. به همین خاطر روش طراحی برای سازه های بلند مرتبه باید بر اساس رفتار اندرکنشی خاک و سازه باشد و نمی توان از روش های سنتی مانند ظرفیت باربری با استفاده از ضریب اطمینان استفاده کرد. با یک سیستم اندرکنشی این چنینی مشخص می شود برای طراحی باید روش هایی استفاده شوند که این رابطه ی تعاملی را پوشش دهند.

عموما شرایط زیر ساختمان در سازه های بلند مرتبه با شرایط ایده آل فاصله دارد و عدم قطعیت های ژئوتکنیکی یکی از ریسک های اصلی در طراحی این سازه ها است. به دست آوردن اطلاعات دقیق از شرایط زمین برای یک طراحی بهینه لازم است.

نوع شالوده برای ساختمان های بلند مرتبه توسط بخش های اصلی طراحی مانند: بارگذاری ساختمان، شرایط زمین و عملکرد مورد انتظار ساختمان همراه با شرایط دیگری مانند هزینه، شرایط محیطی و برنامه ریزی ساخت مشخص می شود. یک تحقیق مناسب از زمین پروژه شامل حفر گمانه های اکتشافی، آزمایش های برجا، نمونه گیری و آزمایش های آزمایشگاهی می باشد. بر اساس اطلاعاتی که از تحقیقات محلی به دست می آید متغیرهای طراحی و مشخصات زمین مشخص شده و از آن ها برای تعیین و طراحی پی استفاده می شود.

هدف این کتاب ارائه ی یک روش منطقی برای طراحی پی ساختمان های بلند مرتبه است. در این کتاب جنبه های مهم طراحی و گام های مورد نیاز برای انجام این مهم گفته شده است. در فصل اول کتاب توضیحات عمومی و تاریخچه ای از ساختمان های بلند مرتبه ارائه شده است. در فصل دوم ویژگی های ساختمان های بلند مرتبه، در فصل سوم انواع پی ها و موارد اثرگذار بر روی انتخاب نوع پی، در فصل چهارم اصول عمومی طراحی پی ساختمان های بلند مرتبه، در فصل پنجم بارهای موجود در سازه های بلند مرتبه، در فصل ششم گام های به دست آوردن متغیرهای زمین، در فصل هفتم تا یازدهم جزئیات طراحی پی با توجه به شرایط بارگذاری، در فصل دوازدهم مراحل طراحی دیوارهای زیرزمین و کنترل سطح آب زیرزمینی، در فصل سیزدهم آزمایش بارگذاری شمع، در فصل چهاردهم روش پایش پی و در فصل پانزدهم اطلاعاتی از پروژه های قبلی داده شده است.

سایر مقاله ها

خاک های رمبنده (Collapsible Soil)

در طبیعت خاک هایی هستند كه تحت تنش یكسان، با [...]


بیشتر بخوانید

ظرفیت باربری پی (Bearing Capacity of Foundation)

خاک باید بدون آنکه دچار گسیختگی برشی شود، توانایی تحمل [...]


بیشتر بخوانید

نشست غیر یکنواخت (Differential Settlement)

پی (شالوده یا فونداسیون) یک سازه وزن زیادی دارد و [...]


بیشتر بخوانید

ابزار دقیق در مهندسی ژئوتکنیک (Instruments in geotechnical engineering)

ابزار دقیق در مهندسی ژئوتکنیک (Instruments in geotechnical engineering) ابزار [...]


بیشتر بخوانید