در این نوع مقطع، فولاد توسط بتن مسلح محصور میگردد. به عبارت دیگر این مقطع شامل مقطع فولادی نورد شده یا
مرکب که در داخل مقطع بتن مسلحی مدفون شده است، میباشد. مقطع بتنی میتواند به صورتهای مختلف و در شکلهای مختلف همچون دایرهای و مستطیلی اجرا گردد. مقاطع فولادی نیز میتواند از انواع مقاطع استاندارد مانند IPE و نبشی و ناودانی و … تولید گردند.
در این نوع از ستونهای مرکب بتن و فولاد، پوشش بتنی، حفاظی در برابر خوردگی و نیز عایقی در برابر افزایش
سریع دما در حضور آتش است. نتایج نشان می دهد که سازههای با ستونهای SRC به شیوههای انعطاف پذیر در هنگام آتش سوزی به دلیل رفتار مرکب فولاد دورگیری شده (محصور شده) و بتن محیطی است. هچنین پوشش بتنی، هسته فولادی را در برابر هر دو کمانشهای موضعی و کلی، مقاومتر میسازد.
سازه SRC چیست و چه نقشی در روش تاپ دان دارد؟
SRC مخفف Steel Reinforced Concrete و یکی از سیستمهای سازهای مرکب فولاد و بتن است. در این سیستم، یک مقطع فولادی در داخل مقطع بتن مسلح قرار میگیرد و فولاد سازهای، بتن و میلگردهای طولی و عرضی در کنار یکدیگر در تحمل نیروهای وارد بر عضو مشارکت میکنند.
این ویژگی در اجرای سازه به روش تاپ دان اهمیت ویژهای دارد. در پروژه تاپ دان، اعضای قائم سازه باید از مراحل اولیه ساخت قابلیت تحمل بارهای اجرایی را داشته باشند؛ زیرا اجرای فونداسیون نهایی به مراحل پایانی خاکبرداری موکول میشود.
هسته فولادی ستون SRC میتواند در مراحل اولیه بهعنوان عضو باربر عمل کند و پس از دسترسی به ستون در طبقات زیرزمین، با اجرای آرماتوربندی و بتن پیرامونی، مقطع نهایی SRC تکمیل شود.
بنابراین استفاده از SRC امکان ایجاد یک سیستم باربر مرحلهای را فراهم میکند؛ بهطوریکه رفتار ستون در مراحل اولیه ساخت با وضعیت نهایی آن متفاوت است و باید هر دو حالت در طراحی سازه مورد بررسی قرار گیرند.
مکانیسم عملکرد ستون SRC در سازه تاپ دان
عملکرد ستون SRC حاصل مشارکت همزمان فولاد سازهای، بتن مسلح و آرماتورهاست. هسته فولادی میتواند سهم قابل توجهی از بارهای محوری و خمشی را تحمل کند، در حالی که بتن پیرامونی ضمن مشارکت در ظرفیت باربری، باعث افزایش سختی مقطع و محدود کردن کمانش هسته فولادی میشود.
در روش تاپ دان، این عملکرد مرکب اهمیت بیشتری پیدا میکند؛ زیرا ستون ابتدا ممکن است تنها با هسته فولادی یا بخشی از مقطع نهایی وارد مدار باربری شود و سپس در مراحل بعدی، مقطع کامل SRC شکل بگیرد.
به همین دلیل طراح باید ظرفیت ستون را در تمام مراحل ساخت کنترل کند و صرفاً بررسی ظرفیت مقطع نهایی کافی نیست.
بارهای ناشی از سقف همکف، طبقات منفی اجراشده، طبقات مثبت و تجهیزات اجرایی میتوانند پیش از تکمیل مقطع نهایی به ستون وارد شوند. در نتیجه، تحلیل مرحلهای ساخت یکی از الزامات مهم طراحی این سیستم محسوب میشود.
برای مطالعه بیشتر خدمات تاپ دان میتوانید به صفحه خدمات تاپ دان مراجعه کنید . اینجا کلیک کنید
تفاوت رفتار ستون SRC در مرحله موقت و نهایی
یکی از نکات مهم در اجرای تاپ دان SRC، تفاوت شرایط باربری ستون در مراحل مختلف پروژه است.
در مراحل اولیه، هسته فولادی نصبشده داخل چاه میتواند بارهای ناشی از سقفها و عملیات اجرایی را تحمل کند. با پیشروی خاکبرداری، طول آزاد ستون در بخشهایی از سازه افزایش پیدا کرده و شرایط کمانش آن باید کنترل شود.
پس از اجرای آرماتوربندی، قالببندی و بتنریزی اطراف هسته فولادی، مقطع نهایی SRC تشکیل میشود. از این مرحله به بعد، فولاد سازهای، آرماتورها و بتن بهصورت یک عضو مرکب در تحمل نیروها مشارکت میکنند.
این تغییر رفتار باید در طراحی لحاظ شود؛ زیرا ظرفیت و سختی عضو در مرحله موقت الزاماً با مشخصات مقطع نهایی برابر نیست.
نقش ستونهای SRC در پایدارسازی گود
در روش تاپ دان، سیستم سازهای ساختمان و سیستم پایدارسازی گود تا حد زیادی با یکدیگر ادغام میشوند. سقفهای طبقات زیرزمین میتوانند نقش مهار افقی دیوارههای گود را بر عهده بگیرند و نیروهای جانبی را به سایر اجزای سازه منتقل کنند.
ستونهای SRC بهعنوان اعضای قائم اصلی، بخشی از این سیستم یکپارچه هستند و علاوه بر تحمل بارهای ثقلی سازه، باید شرایط ایجادشده در مراحل مختلف خاکبرداری و اجرای سقفها را پاسخ دهند.
در نتیجه، طراحی ستون SRC در پروژه تاپ دان نباید مستقل از توالی خاکبرداری، اجرای سقفها و رفتار دیوارههای پیرامونی انجام شود.
برای مطالعهروش های پایدار سازی گود به ویژه خدمات تاپ دان شرکت تهران پی گستر اینجا کلیک کنید
مراحل اجرای گام به گام تاپ دان SRC در پایدارسازی گود
اجرای تاپدان SRC شامل 14 مرحله اصلی است، که هر کدام با تمرکز بر دقت و ایمنی طراحی شده:
1) حفر چاه
در ابتدا محل ستونهای اصلی و کمکی مشخص شده و چاههای مربوط به آنها تا تراز موردنظر حفاری میشوند. این
چاهها برای نصب ستونهای موقت یا دائمی و انتقال بار طبقات در حین اجرای تاپدان مورد استفاده قرار میگیرند.
2) اجرای پد بتنی و آمادهسازی سر چاه
برای کنترل تراز، استقرار تجهیزات و نصب دقیق شابلونها، در محل سر چاه پدهای بتنی اجرا میشود. این پدها سطحی پایدار و تراز برای جانمایی ستونها و کنترل شاقولی آنها فراهم میکنند.
3) نصب قفسه آرماتور و شابلونگذاری (ایمپلنت یا صفحه ستون)
قفسه آرماتور شمعها یا المانهای نگهدارنده در داخل چاه قرار داده میشود.
در روش ایمپلنت، انتهای ستون را دو متر بیشتر در نظر میگیرند و روی آن برشگیر نصب میکنند و داخل بتن گیردار میکنند اما در روش صفحه ستون، نیازی به افزایش طول ستون و نصب برشگیر نیست و به کمک صفحه ستون و بولت، ستون روی شمع نصب میشود.
4) نصب ستون فولادی مدفون SRC
در سازه SRC، ستون فولادی در داخل مقطع بتنی قرار میگیرد و نقش اصلی در تحمل بارهای اجرایی اولیه را دارد. این ستون فولادی داخل چاه نصب، شاقول و تثبیت میشود تا در مراحل بعدی بتنریزی و اجرای سقفها بهعنوان عضو باربر موقت و دائمی عمل کند.
5) بتنریزی شمع یا چاه ستون
پس از نصب و کنترل ستون فولادی، بتنریزی چاه یا شمع انجام میشود. در این مرحله باید از جابهجایی ستون فولادی جلوگیری شده و بتنریزی بهگونهای انجام شود که ستون در موقعیت دقیق طراحی باقی بماند.
6) اجرای سقف همکف یا سقف تراز شروع
پس از تثبیت ستونها، تیرها و دال سقف همکف یا تراز شروع اجرا میشوند. این سقف بهعنوان مهار افقی اولیه عمل کرده و باعث پایداری دیوارههای گود و ستونها در مراحل بعدی خاکبرداری میشود.
7) بازشوهای خاکبرداری یا ویدها
برای ادامه خاکبرداری در طبقات زیرزمین، بازشوهایی در سقفها پیشبینی میشود. ماشینآلات و مصالح از طریق این ویدها وارد و خارج شده و عملیات خاکبرداری مرحلهای از زیر سقف انجام میگیرد.
8) خاکبرداری مرحلهای زیر سقف
پس از اجرای سقف هر تراز، خاکبرداری از زیر آن تا تراز سقف بعدی انجام میشود. این کار بهصورت کنترلشده و مرحلهای انجام میگیرد تا پایداری گود، ستونها و دیوارهای پیرامونی حفظ شود.
9) اجرای دیوارهای حائل و پیرامونی
همزمان با پیشروی خاکبرداری، دیوارهای حائل یا دیوارهای پیرامونی زیرزمین در ترازهای مختلف اجرا میشوند. این دیوارها معمولاً بهصورت مرحلهای، پانلی یا رینگی اجرا شده و به سقفهای اجراشده متصل میشوند.
10) اجرای تیرها و دال سقفهای زیرزمین
در هر تراز زیرزمین، پس از رسیدن خاکبرداری به تراز موردنظر، قالببندی، آرماتوربندی و بتنریزی تیرها ودال سقف انجام میشود. سقفها علاوه بر نقش سازهای، بهعنوان مهار جانبی دیواره گود نیز عمل میکنند.
11) تکمیل مقاطع SRC در ستونها
پس از ایجاد دسترسی در طبقات زیرزمین، آرماتوربندی اطراف ستون فولادی انجام شده و مقطع بتنی ستون SRC تکمیل میشود. سپس قالببندی و بتنریزی ستون انجام میگیرد تا ستون مرکب فولادی ـ بتنی به ظرفیت نهایی طراحی برسد.
12) اجرای فونداسیون
پس از رسیدن خاکبرداری به تراز نهایی، بستر فونداسیون آمادهسازی، آرماتوربندی و بتنریزی میشود. ریشه ستونها
و دیوارهای نهایی در فونداسیون پیشبینی شده و اتصال سازه به پی کامل میگردد.
13) تکمیل دیوارها و سقفهای باقیمانده
بعد از اجرای فونداسیون، دیوارهای نهایی زیرزمین و بخشهای باقیمانده سقفها، بهویژه در محدوده ویدهای خاکبرداری، تکمیل میشوند. در این مرحله مسیرهای موقت خاکبرداری بسته شده و سازه زیرزمین به حالت نهایی میرسد.
14) اجرای طبقات مثبت
در صورت طراحی پروژه بهصورت همزمان، اجرای طبقات مثبت میتواند پس از تثبیت طبقات زیرین آغاز شود. در سازه SRC، ستونهای فولادی مدفون، آرماتوربندی، قالببندی و بتنریزی ستونها، تیرها و دالها بهترتیب برنامه زمانبندی انجام میشود.
اهمیت نصب دقیق هسته فولادی ستون SRC
یکی از حساسترین مراحل اجرای تاپ دان SRC، نصب ستون فولادی در داخل چاه است. این ستون باید پیش از تکمیل بخش بتنی، در موقعیت طراحی قرار گیرد و هرگونه خطای قابل توجه در مختصات، تراز یا شاقولی آن میتواند در مراحل بعدی مشکلات اجرایی ایجاد کند.
در پروژههای دارای چندین طبقه زیرزمین، اثر انحراف اولیه ستون در ترازهای پایینتر اهمیت بیشتری پیدا میکند. به همین دلیل استفاده از تجهیزات نقشهبرداری دقیق و شابلون مناسب برای کنترل موقعیت ستون ضروری است.
کنترل ستون نباید فقط در لحظه نصب انجام شود. عملیات بتنریزی شمع نیز میتواند باعث حرکت یا تغییر موقعیت عضو فولادی شود و بنابراین وضعیت ستون باید حین و پس از بتنریزی کنترل شود.
اهمیت اتصالات تیر به ستون در سازه SRC
اتصال تیرها به ستونهای SRC یکی از بخشهای تخصصی این سیستم است. وجود هسته فولادی در داخل بتن باعث میشود جزئیات اتصال با ستون بتنآرمه متعارف متفاوت باشد.
نیروهای تیر باید بهصورت مناسب به مجموعه فولاد و بتن ستون منتقل شوند و جزئیات اتصال باید بر اساس نیروهای طراحی، هندسه مقاطع و توالی اجرای پروژه تعیین شود.
این موضوع در روش تاپ دان اهمیت مضاعف دارد؛ زیرا برخی اتصالات ممکن است پیش از تکمیل بتن پیرامونی ستون وارد مدار باربری شوند. در نتیجه، رفتار اتصال در مرحله موقت و نهایی باید مورد توجه قرار گیرد.
نقش سقفها در سیستم تاپ دان SRC
سقفهای زیرزمین در روش تاپ دان دو عملکرد مهم دارند. از یک طرف بخشی از سازه دائمی ساختمان هستند و بارهای ثقلی را منتقل میکنند و از طرف دیگر در مراحل خاکبرداری میتوانند بهعنوان مهار افقی دیوارههای گود عمل کنند.
پس از اجرای سقف هر تراز، خاکبرداری زیر آن ادامه پیدا میکند و سقف اجراشده در کنترل جابهجایی جانبی دیواره نقش خواهد داشت.
به همین دلیل، توالی اجرای سقفها و خاکبرداری باید بر اساس طرح پایدارسازی تعیین شود. افزایش بیش از حد عمق خاکبرداری قبل از تکمیل مهار تراز بعدی میتواند رفتار سیستم را نسبت به فرضیات طراحی تغییر دهد.
بازشوهای خاکبرداری در سقفهای تاپ دان
اجرای خاکبرداری زیر سقف نیازمند ایجاد بازشوهایی برای دسترسی ماشینآلات و انتقال خاک به سطح است. ابعاد و محل این بازشوها باید از مراحل طراحی سازه مشخص شود.
بازشوها علاوه بر پاسخگویی به نیازهای لجستیکی پروژه نباید عملکرد دیافراگمی سقف را مختل کنند. محل قرارگیری آنها نسبت به ستونها، تیرهای اصلی و مسیر انتقال نیرو اهمیت دارد.
پس از اتمام عملیات خاکبرداری و زمانی که دیگر نیازی به این مسیرها وجود ندارد، بازشوها مطابق جزئیات سازهای تکمیل میشوند تا سقف به وضعیت نهایی طراحی برسد.
اجرای همزمان سازه در طبقات مثبت و منفی
یکی از مزیتهای مهم روش تاپ دان، امکان همپوشانی زمانی بخشی از عملیات زیرزمین و روسازه است.
پس از تثبیت سیستم اولیه و اجرای سقف همکف، در صورت پیشبینی در طراحی و برنامه اجرایی، ساخت طبقات مثبت میتواند همزمان با ادامه خاکبرداری و اجرای طبقات منفی انجام شود.
در سیستم SRC، هسته فولادی ستونها میتواند در مراحل ابتدایی نقش مهمی در فراهم کردن این امکان داشته باشد. با این حال، میزان بار قابل اعمال در هر مرحله باید با ظرفیت واقعی ستونها، شمعها و سایر اجزای اجراشده هماهنگ باشد.
بنابراین برنامه زمانبندی ساخت باید با مدل تحلیل مرحلهای سازه تطابق داشته باشد و افزایش سرعت پروژه نباید باعث اعمال زودهنگام بارهایی شود که در طراحی آن مرحله پیشبینی نشدهاند.
کنترل کمانش هسته فولادی در مراحل اجرا
پیش از تکمیل بتن پیرامونی، هسته فولادی ستون SRC ممکن است در برخی ترازها دارای طول آزاد قابل توجهی باشد. در این وضعیت، کنترل پایداری و کمانش عضو اهمیت زیادی دارد.
با پیشروی خاکبرداری، شرایط مهار جانبی ستون تغییر میکند. اجرای سقف هر طبقه میتواند نقطه مهاری جدیدی برای ستون ایجاد کند، اما فاصله زمانی میان خاکبرداری و تکمیل سقف باید مطابق توالی طراحیشده باشد.
پس از تکمیل مقطع بتنآرمه پیرامونی، شرایط سختی و پایداری ستون تغییر میکند و مقطع مرکب نهایی وارد مدار میشود.
کنترل کیفیت در اجرای تاپ دان SRC
کیفیت اجرای تاپ دان SRC مستقیماً به عملکرد مجموعهای از عملیات ژئوتکنیکی و سازهای وابسته است. به همین دلیل برنامه کنترل کیفیت باید از مرحله حفاری چاهها آغاز شده و تا تکمیل فونداسیون و مقاطع مرکب ادامه پیدا کند.
کنترل عمق و موقعیت چاه، مشخصات قفسه آرماتور، موقعیت هسته فولادی، شاقولی ستون، کیفیت بتن شمع، اتصالات تیرها، آرماتوربندی ستون SRC و بتنریزی نهایی از موارد مهم هستند.
همچنین ترازهای خاکبرداری و توالی اجرای سقفها باید کنترل شوند تا وضعیت واقعی کارگاه با فرضیات طراحی هماهنگ باقی بماند.
در گودهای حساس شهری، پایش تغییرشکل دیوارههای گود و سازههای مجاور نیز میتواند بخشی از برنامه کنترل پروژه باشد.
مزایای تاپدان SRC
ظرفیت باربری بالا: SRC مقاومت فشاری ۱.۸ برابر بتن
خالص ارائه می دهد
ایمنی لرزهای: در مناطق
زلزلهخیز مانند شهر تهران، جذب انرژی زلزله تا ۳۰% بیشتر
ü اقتصادی و زیست محیطی:
کاهش آلودگی و مصرف بتن تا ۲۰%
کنترل جابجایی: کمتر از
۱۰ میلیمتر در دیوارهها
معایب تاپ دان SRC
هزینه اولیه: ستونهای
SRC ۲۵% گرانتر از
بتنی معمولی هستند
پیچیدگی اتصالات: نیاز به جوشکاری دقیق هسته فولادی
تفاوت سازه SRC و CFT در اجرای تاپ دان چیست؟
هر دو سیستم SRC و CFT از خانواده سازههای مرکب فولاد و بتن هستند، اما نحوه قرارگیری فولاد و بتن در آنها متفاوت است.
در ستون CFT، بتن داخل یک مقطع بسته فولادی مانند باکس یا لوله قرار میگیرد و جداره فولادی مقطع، بتن را محصور میکند. در مقابل، در ستون SRC، هسته فولادی در داخل یک مقطع بتن مسلح قرار گرفته و توسط بتن و آرماتورهای پیرامونی محصور میشود.
این تفاوت بر روش اجرا نیز اثر میگذارد. در CFT، مقطع فولادی میتواند نقش قالب دائمی بتن داخلی را داشته باشد؛ در حالی که در SRC پس از نصب هسته فولادی، اجرای آرماتورهای پیرامونی، قالببندی و بتنریزی برای تشکیل مقطع نهایی ضروری است.
از نظر انتخاب سیستم، نمیتوان یکی از این دو روش را برای تمام پروژهها برتر دانست. نوع سازه، نیروهای طراحی، معماری، ابعاد ستون، سرعت مورد انتظار اجرا، شرایط گود و جزئیات اتصالات در انتخاب سیستم مؤثر هستند.
تفاوت تاپ دان SRC با اجرای متعارف سازه بتنآرمه
در روش اجرای متعارف، ابتدا گودبرداری و پایدارسازی تکمیل میشود، سپس فونداسیون در پایینترین تراز اجرا شده و سازه از پایین به بالا ساخته میشود.
اما در روش تاپ دان SRC، هستههای فولادی ستونها پیش از تکمیل گودبرداری نصب میشوند. سقف همکف اجرا شده و سپس خاکبرداری بهصورت مرحلهای در زیر آن ادامه پیدا میکند.
در هر تراز، سقف جدید ساخته میشود و پس از ایجاد دسترسی، مقاطع نهایی SRC تکمیل میشوند. در نهایت، پس از رسیدن به پایینترین تراز، فونداسیون اجرا شده و اتصال نهایی سیستم سازهای تکمیل میشود.
این تفاوت در توالی اجرا، مهمترین دلیل نیاز به طراحی مرحلهای در پروژههای تاپ دان SRC است.
چه پروژههایی برای اجرای تاپ دان SRC مناسب هستند؟
استفاده از این سیستم میتواند در پروژههای دارای گود عمیق و چندین طبقه زیرزمین مورد بررسی قرار گیرد؛ بهخصوص زمانی که پروژه در محیط متراکم شهری قرار گرفته و کنترل تغییرشکل دیوارههای گود اهمیت زیادی دارد.
پروژههایی که محدودیت فضای کارگاهی دارند یا امکان استفاده گسترده از مهاربندیهای موقت در آنها وجود ندارد نیز میتوانند از مزایای سیستم تاپ دان بهره ببرند.
از سوی دیگر، اگر برنامه زمانبندی پروژه اهمیت بالایی داشته باشد، امکان اجرای همزمان بخشهایی از روسازه و زیرزمین میتواند یکی از دلایل بررسی روش تاپ دان SRC باشد.
با این حال، پیچیدگی اتصالات، نیاز به نصب دقیق هستههای فولادی، محدودیت دسترسی در زیر سقف و حساسیت توالی ساخت باعث میشود امکان استفاده از این روش برای هر پروژه بهصورت مستقل ارزیابی شود.
اهمیت پایش تغییرشکل در گودهای عمیق تاپ دان
یکی از اهداف اصلی استفاده از سقفهای سازهای بهعنوان مهار جانبی، کنترل تغییرشکل دیوارههای گود است. با این حال، عملکرد واقعی سیستم باید در پروژههای حساس با نتایج طراحی مقایسه شود.
ابزارگذاری ژئوتکنیکی میتواند اطلاعات مهمی درباره جابهجایی دیواره، نشست زمین اطراف و رفتار سازههای مجاور فراهم کند.
اگر روند تغییرشکل با مقادیر مورد انتظار طراحی تطابق نداشته باشد، اطلاعات پایش میتواند مبنایی برای بررسی شرایط اجرایی و تصمیمگیری مهندسی در مراحل بعدی خاکبرداری باشد.
بنابراین در گودهای عمیق شهری، مانیتورینگ را باید بخشی از فرآیند مدیریت ریسک پروژه دانست، نه صرفاً یک عملیات کنترلی پس از اجرا.
جمعبندی اجرای سازه بتنی SRC به روش تاپ دان
اجرای سازه بتنی SRC به روش تاپ دان ترکیبی از سیستم سازهای مرکب فولاد و بتن و روش اجرای بالا به پایین است. در این سیستم، هسته فولادی ستونها از مراحل اولیه پروژه نصب میشود و میتواند پیش از تکمیل مقطع بتنآرمه، بخشی از بارهای اجرایی سازه را تحمل کند.
با پیشروی خاکبرداری، سقفهای طبقات زیرزمین بهصورت مرحلهای اجرا شده و علاوه بر عملکرد دائمی سازه، در پایدارسازی جانبی گود نیز مشارکت میکنند. سپس با ایجاد دسترسی مناسب، آرماتوربندی و بتنریزی پیرامون هسته فولادی انجام شده و مقطع نهایی SRC تشکیل میشود.
ظرفیت باربری مناسب، سختی بالای مقاطع مرکب، امکان کنترل بهتر رفتار ستون و قابلیت اجرای همزمان بخشهایی از طبقات مثبت و منفی از ویژگیهای مهم این سیستم هستند. در مقابل، حساسیت نصب هسته فولادی، پیچیدگی اتصالات و ضرورت هماهنگی دقیق مراحل ساخت از چالشهای اجرای آن محسوب میشوند.
در نهایت، انتخاب روش تاپ دان SRC باید بر اساس عمق گود، مشخصات ژئوتکنیکی زمین، سیستم سازهای ساختمان، وضعیت سازههای مجاور، برنامه زمانبندی و محدودیتهای اجرایی پروژه انجام شود. تحلیل صحیح مراحل ساخت و کنترل دقیق عملیات اجرایی دو عامل تعیینکننده در عملکرد موفق این سیستم در گودهای عمیق هستند.