ساخت و ساز از تاپ دان یک روش ساخت و ساز است که شامل ساخت یک سازه از سطوح بالا به پایین و همزمان حفاری و ساخت طبقات پایین است. این رویکرد در تضاد با ساخت و سازهای معمولی از پایین به بالا (bottom up) است، که در آن فونداسیون معمولاً ابتدا ایجاد می شود و سپس ساخت سطوح بالایی انجام می شود. در یک فرآیند ساخت و ساز از بالا به پایین ، دنباله معکوس می شود. مراحل کلیدی در ساخت و ساز از بالا به پایین عموماً عبارتند از: ساخت اولیه دال – خاکبرداری - ساخت همزمان - پیشروی عمودی و ادامه مراحل که بطور مختصر توضیح داده می شود.
در این روش ،ابتدا دیوارهای حائل نصب می شوند،که در بسیاری از موارد این دیوارهای حائل دیوارهای دیافراگمی بتنی هستند.این روش با خاکبرداری تا درست زیر تراز دال سقف سازه زیرزمینی ادامه می یابد و در این مدت بوسیله دیوارهای حائل و استرات های آن،خاک در کناره های سازه نگه داشته می شود.
سپس دال سقف ساخته می شود،که نقش یک نگهدارنده قوی در مدت انجام خاکبرداری ایفا می کند.بازشوهای دسترسی در دال سقف به گونه ای تعبیه می شوند که امکان کارکردن به سمت پایین تا تراز دال کف در سازه زیرزمینی فراهم باشد.
به محض تکمیل دال کف،دیوارهای کناری ساخته شده و استرات های میانی تدریجاً حذف می شوند.سپس بازشوهای دسترسی موجود در دال سقف پر می شوند و متعاقباً سطح زمین خاکریزی و تسطیح می شود.
دیوار حائل زیرزمینی، که معمولاً یک دیوار دیافراگمی بتنی است،قبل از شروع خاکبرداری نصب می شود.
خاک تا زیر تراز سقف سازه زیرزمینی حفر می شود.استرات ها برای حفاظت از دیوارهای حائل نصب می شوند که به منظور نگه داشتن خاک در کناره ها می باشد.
دال سقف همراه با بازشوهای دسترسی تعبیه شده روی آن که به منظور ایجاد امکان دسترسی به قسمت های پایینی می باشد،ساخته می شود.دال سقف علاوه بر اینکه یک تکیه گاه عمده در طول عملیات خاکبرداری ایجاد می کند، به عنوان مانع انتقال صدا نیز کاربرد دارد.
حفاری در زیر سقف میانی تا تراز بعدی دال ساخته می شود و این فرآیند به سمت پایین ادامه می یابد تا اینکه دال کف تکمیل شود.
پس از تکمیل فونداسیون سازه و خروج ماشین آلات حفاری از محل بازشوها،دیوارهای کناری رو به بالا ساخته می شوند، در ادامه استرات های میانی حذف و پس از آن بازشوهای دسترسی دال سقف پر می شوند.
پس از آنکه سازه زیرزمینی تکمیل شد، خاکریزی تا تراز استرات، قبل از بین بردن آن، انجام می شود. این مرحله با تکمیل خاکریزی در بالای سازه زیرزمینی ادامه می یابد و در نهایت صاف کردن سطوح انجام می شود.
این روش این امکان را میدهد که رو سازه و زیرسازه با اعمال تمهیدات لازم در مراحل طراحی و ساخت بطور همزمان اجرا و باعث شتاب گرفتن روند ساخت میگردد.
این روش با حذف سازه حایل موقت سبب صرفه جویی قابل توجه در هزینه های سرمایه گذاری میشود.
صرفه جویی در زمان ساخت منجر به کاهش هزینه ها میگردد
سطوح آلودگی در سطح حداقل نگه داشته میشوند.
حجم بتن مصرفی بسیار کاهش مییابد و منجر به صرفه جویی در هزینه و کاهش خارج شدن کربن میگردد.
میزان دخالت و مزاحمت در ترافیک خیابانهای پیرامونی به حداقل میرسد. بهخصوص در کارهای مربوط به حمل و نقل عمومی استفاده از این روش سبب میشود که راههای حمل و نقل به زودی احیا شوند.
برای پروژههای گودبرداری که نصب پشت بندها عملی نیست و جابجایی خاک باید به حداقل برسد این روش بسیار مناسب است.
با این روش میتوان نشست را کاهش داد.
با استفاده از این روش نیازی به فضای کاری بزرگ برای ساخت پی نیست و با حذف هزینه ساخت سازه نگهبان گودبرداری، صرفه جویی اقتصادی خواهد شد.
این روش کارایی بسیار گستردهای برای ساختمانهای دارای طبقات زیاد زیرزمین دارد.
ساخت استراتهای موقت برای حفاظت دیوارهها و ساخت زیرزمین طی حفاری در این روش ضرورت ندارد. سیستم استراتهای موقت اغلب شرایط فضای کار را پیچیده میکنند و از نظر ساخت بسیار گران هستند.
با ساخت زیرزمین با طبقه همکف در شروع کار، تاثیر شرایط بد آب و هوایی بر روی خاک زیرین از بین میرود. به عنوان مثال تاثیر بارش بر دیوارههای حفاری شده در روش نیلینگ و انکراژ، به دلیل وجود دال طبقه به عنوان یک پوشش، حذف میشود.
سطح زمین با احداث سقف اولین زیر زمین بعنوان سطح مفید جهت تجهیز مداوم کارگاه، عدم نفوذ به معابر پیرامون گود را میسر می نماید.
امکان اجرای همزمان فعالیت های ساخت سازه، تاسیسات برقی و مکانیکی همزمان با افزایش طبقات در زیر و روی زمین موجب افزایش سرعت اجرا و کوتاه شدن برنامه زمان بندی ساخت می گردد. که در ویدئو زیر زمان ساخت هر مرحله از یک پروژه را با هم مقایسه می کند.
روش ساخت تاپ دان | روش اجرا و ساخت معمول استفاده از سازه نگهبان خر پایی |
امکان اجرای همزمان طبقات بالایی و پایینی سازه با اعمال تمهیدات لازم در مراحل طراحی و ساخت و در نتیجه شتاب گرفتن روند ساخت | اجرای سازه از کف به سمت بالا و امکان تکمیل سازه با احداث سقف نهایی |
حذف دیوارهای حائل موقت و صرفه جویی قابل توجه در هزینه های سرمایه گذاری | در صورت نیاز پروژه از دیوارهای حائل موقت بهره گرفته می شود |
صرفه جویی در زمان ساخت و در نهایت کاهش هزینه ها | امکان اجرای سازه در زمان مقرر و پیش روی پروژه بصورت عادی |
حداقل نگه داشتن سطوح آلودگی | ایجاد سطوح آلودگی بیشتر به دلیل اشغال فضای بیشتر و سطوح کاربری وسیعتر |
کاهش میزان دخالت و مزاحمت در ترافیک خیابانهای پیرامونی بخصوص در کارهای مربوط به حمل و نقل عمومی و احیای سریع این راه ها | کمبود فضای کاری کارگاه، تردد و ترافیک شهری بیشتر، ایجاد مزاحمت برای معابر عمومی |
بسیار مناسب برای پروژه های گودبرداری که نصب پشت بندها عملی نیست و جابجایی خاک باید به حداقل برسد | نیاز به جابجایی حجم زیاد خاک ناشی از عملیات گود برداری به منظور نصب پشت بندها |
کارایی بسیار گسترده این روش برای ساختمانهای دارای طبقات زیاد زیر زمین | مقرون به صرفه نبودن و وجود خطرات ریزش گود در ساختمانهای دارای تعداد طبقات زیاد زیر زمین |
کاهش نشست خاک | نشست خاک گود را می توان بار روشهای مختلف کنترل کرد |
عدم نیاز به فضای کاری بزرگ برای ساخت پی و موجب صرفه جویی اقتصادی با حذف هزینه ساخت سازه نگهبان گود برداری | استفاده از سازه نگهبان خرپایی و پرداخت هزینه های مختلف برای طراحی و اجرای هریک از آنها و نیاز به فضای قابل توجه برای گود برداری |
عدم ضرورت ساخت استرات های موقت برای حفاظت دیواره ها و ساخت زیرزمین طی حفاری | استفاده از استرات های موقت برای حفظ دیوارها (این سیستم استرات های موقت اغلب شرایط فضای کار را پیچیده کرده و از نظر ساخت بسیار گران هستند) |
از بین رفتن تاثیر شرایط بد آب و هوایی بر روی خاک زیرین با ساخت زیرزمین طبقه همکف در شروع کار بدلیل وجود دال طبقه بعنوان یک پوشش | تاثیر مستقیم شرایط آب و هوایی و عوامل جغرافیایی بر روی خاک گود (مثلا اثر بارش بر دیواره های حفاری شده در روش نیلینگ و انکراژ) |
مسیر ساختن سطح زمین به عنوان سطح مفید جهت تجهیز مداوم کارگاه، با احداث سقف اولین زیرزمین و عدم نفوذ به معابر پیرامون گود | عدم ایجاد فضای وسیع برای تجهیز کارگاه و اشغال شدن قسمتی از فضای عمومی جهت این مهم و وجود خطر بدلیل ایمن نبودن فضای پیرامون گود |
امکان اجرای همزمان فعالیت های ساخت سازه، تاسیسات برقی و مکانیکی همزمان با افزایش طبقات در زیر و روی زمین و در نهایت افزایش سرعت اجرا و کوتاه شدن برنامه زمانبندی ساخت | اجرای فعالیت های ساخت و تاسیسات بترتیب و مطابق با برنامه زمانبندی شده صورت می گیرد و فقط بعضی امور می توانند با هم انجام شوند |
امکان استفاده در خاک های سست | در صورت سست بودن خاک، ابتدا باید خاک تقویت و اصلاح گردد و خواص خاک بهبود یابد |
بالارفتن سرعت ساخت ساز و لزوم توجه به روشها و فناوری های نوین به منظور فاصله گرفتن از روشهای سنتی باعث روی آوردن به روشهای اجرایی جدیدی شده که صنعت ساختمان را با تحولاتی شگرف روبرو کرده است. بدون تردید نقش مدیریت ساخت در تهیه و بهنگام نمودن برنامه زمانبندی اجرایی و مالی در پروژههای ساختمانی یکی از ارکان حیاتی برای استفاده از این روشهاست؛ به گونهای که با کوتاه کردن زمان اجرا، بالا بردن سرعت ساخت و اتمام به موقع پروژه، پیمانکار و کارفرما هر دو از منافع مادی و معنوی بسیاری برخودار می شوند.
در این روش در یک یا چند محور، محل ستونها به صورت شمع حفاری و تا عمقی زیرتراز پایینی فونداسیون ادامه پیدا می کند سپس شمعها بتن ریزی و ستونها در درون شمعها قرارگرفته و مجدداً تا ارتفاعی از ستون بتن ریزی میشود تا تکیه گاهی نسبتاً گیردار ایجاد شود.
با توجه به لزوم دقت بالا در نصب ستونها در موقعیت تعیین شده، دسترسی به محل نصب ستونها در داخل چاهک از اهمیت زیادی برخوردار است؛ که تأمین این خواسته در این روش به سختی امکانپذیر است و ریسک جابجایی ستون هنگام بتن ریزی بالاست.
به هرحال پس از نصب ستونها در داخل چاهک ،ستونها توسط تیرهای اصلی و یا المانهای موقت به ستونهای مجاور مهار می گردد؛ بتن ریزی سقف انجام می گیرد و سپس خاکبرداری از طبقات بالا انجام و دیوار بتنی مجاور خاک از بالاترین طبقه اجرا میگردد. این دیوار وظیفه مهار خاک را و تیرهای اصلی نیز وظیفه تحمل وزن دیوار را بر عهده دارند.
مرحله بعد خاکبرداری زیر دیوار بتنی که بر روی تیرهای اصلی قرارگرفته است و به دنبال آن بتن ریزی سقف یک طبقه پایین تر و این روال تا بتن ریزی پایین ترین سقف ادامه خواهد داشت.
پس ازاین مرحله خاکبرداری زیر پایین ترین سقف و محل فونداسیون انجام میگیرد و عملیات اجرایی فونداسیون تکمیل میشود. با توجه به مراحل اجرایی این روش که از بالا به پایین انجام میگیرد؛ این روش به روش تاپ دان معروف است.
افزایش سریع جمعیت شهری و نیاز روزافزون بشر به ساختمان های عمرانی از قبیل ساختمانهای بلند و زیرساخت هایی همچون خطوط زیرزمینی و قطار شهری از یک طرف و محدودیتهای توسعه شهری از سوی دیگر باعث شده تا به تدریج مسئله گودبرداریهای عمیق در فضای شهری به عنوان اولین گامِ اجرای یک فعالیت عمرانی، بسیار مورد توجه مهندسین و مدیران ساخت قرار گیرد.
از این رو انتخاب نحوه گودبرداری، نوع سیستم محافظ گود و روش ساخت مناسب با تامین کلیه شرایط اقتصادی، اجتماعی و ایمنی، از موارد مهمی است که انتخاب دقیق آنها تاثیر زیادی بر روند اجرای طرح خواهد داشت.
استفاده از روش سنتی اجرای سازه ها از کف تا بالاترین تراز ساختمان، معروف به روش پایین به بالا، برای اجرای سازه های کوچک تا متوسط بسیار متداول میباشد که متاسفانه در کشور عزیزمان این روش برای ساخت سازه ها با هر اندازه ای مورد استفاده قرار می گیرد.
در این روش، گودبرداری تا عمق معین به همراه سیستم مهار جانبی صورت گرفته و ساخت سازه از فونداسیون آغاز می گردد. سیستم محافظ گود متداول در این روش عمدتاً میخکوبی است که دارای هزینه بالا، سرعت اجرای پایین و عدم اطمینان کافی در گودبرداریهای حجیم می باشد
استفاده از تکنیک پایدار سازی از بالا به پایین در ساخت سازههای زیرزمینی یکی از روشهای نوین اجرایی است که علاوه بر کاهش زمان اجرا و سرعت ساخت نقش بسزایی در تامین شرایط لازم برای احداث سازه در فضاهای محدود و پرتردد شهری دارد. معضلات ساخت و سازهای زیرزمینی درونشهری به خصوص در کلانشهرها از قبیل اختلال در عبور و مرور و ایجاد ترافیک و خطرات ناشی از گودبرداریهای عمیق، همواره مدیریت شهری را با چالشهای بسیاری مواجه کرده است.
این روش به عنوان انقلابی در ساخت سازههای بزرگ زیرزمینی، برای اولین بار در دهه ۷۰ میلادی، در ساخت ایستگاههای مترو شهرهای پاریس و میلان مورد استفاده قرار گرفت و اصطلاحاً به آن روش پوش و کند (Cover then Cut) میگفتند. در سالهای اخیر و در پروژههای بزرگ استفاده از این روش نوین ساخت با نام بالا به پایین (UP/Down Method) به دلیل مزایای عمده خود عملاً جایگزین روشهای سنتی در کشورهای صنعتی شده است؛ به گونهای که امروزه این روش مختص ساخت سازههای زیرزمینی و برجهای بلند با زیرزمینهای عمیق شده است. از نمونههای استفاده از روش مذکور میتوان به ساخت قسمتهایی از طبقات زیرزمینی مارینا اسکای پارک سنگاپور در سال ۲۰۰۷ میلادی، برج تجاری بیتکسوی ویتنام در سال ۲۰۱۰ میلادی، برج سایه لندن در سال ۲۰۱۳ و طبقات زیرین برج شانگهای چین با مساحتی بالغ بر ۳۵ هزار متر مربع اشاره کرد.
این روش شامل ساخت همزمان بالا و پایین یک ساختمان در یک زمان مشخص است که در آن سازه فوقانی و تحتانی با هم اجرا میشوند. این تکنیک نوین که عمدتاً در مناطق شهری برای تسریع در انجام مراحل پروژهها مد نظر قرار میگیرد، خود ترکیبی از تکنیکهایی چون استفاده از دیوارهای دیافراگمی به عنوان دیوار محافظ گود (در زمینهای سست)، اجرای شمع درجا با استفاده از ماشین آلات مخصوص و روشهایی برای حفاری خاک محل پروژه است.
استفاده از روش بالا به پایین علاوه بر کاهش تاخیر ناشی از حفر زیرزمین، تاثیر به سزایی بر مدیریت برنامه زمانبندی انجام پروژه خواهد داشت. این روش شامل مراحل اجرایی خاصی است که از آن میتوان برای هر پروژه بسته به شرایط آن استفاده نمود. مراحل کلی استفاده از روش بالا به پایین به شرح زیر است:
نصب دیوار حائل محیطی: به عنوان اولین مرحله در ساخت سازه زیرزمینی در این روش، میبایست نسبت به اجرای دیوارهای محیطی سازه اقدام نمود. این دیوارها که در مراحل ابتدایی به عنوان محافظ گود کاربرد دارند، در مراحل بعدی به عنوان دیوار دائمی سازه اصلی مورد استفاده قرار میگیرند. استفاده از روش دیوار دیافراگمی نسبت به سایر روشهای اجرایی در ساخت دیوارهای محیطی سازه زیرزمینی به دلیل مزایای فراوان آن، کاربرد بیشتری دارد.
اجرای ستونهای میانی و باربر سازه زیر زمینی در نقاط مشخص شده با استفاده از یکی از تکنیکهای شمع درجا یا ستونهای پیش ساخته صورت می گیرد. بسته به موقعیت، در صورت نیاز به اجرای فونداسیون و افزایش باربری ستون، لازم است تا از شمعهای پدستالی (انباره دار در انتهای شمع) استفاده شود. روشهای متفاوتی برای اجرای ستونها وجود دارد که از آن جمله میتوان به اجرای ستونهای بتنی درجا با مقاطع مربع، مستطیل و یا دایرهای بر اساس تجهیزات حفاری موجود، ستونهای بتنی پیش ساخته، مرکب فولادی، ترکیب ستونهای لاغر با ژاکت بتنی در حین ساخت سازه اصلی اشاره نمود.
در این مرحله پس از اجرای ستونهای باربر با در نظر گرفتن آرماتورهای انتظار در انتهای ستونها و رگلاژ نمودن کف و اجرای بتن مگر، نسبت به آرماتوربندی و بتنریزی سقف نهایی بر روی زمین طبیعی اقدام میشود،
نکتهای بسیار مهم که میبایست در زمان اجرای سقفها خصوصاً سقف نهایی سازه زیرزمینی مد نظر قرار داد تعیین موقعیت اجرای بازشوهای موقت است. چرا که پس از اجرای سقف نهایی، کلیه عملیات اجرایی در ترازهای پایینتر صورت میگیرد و عملا ارتباط کارگاه روزمینی و زیرزمینی از طریق این بازشوها انجام خواهد شد. به این منظور موقعیت و ابعاد بازشوها باید به گونهای انتخاب شود که علاوه بر تامین قابلیت مانور ماشین آلات حفار و حمل، دسترسی مناسب به تمامی طبقات پایینتر برای بتنریزی و عملیات اجرایی وجود داشته باشد. و حتی الامکان هیچیک از ستونها یا اعضای باربر سازهای، درون محدوده بازشو قرار نگیرد.
پس از تکمیل سقف نهایی، با قرار گرفتن ماشینآلات حفاری در محل بازشوها وگودبرداری تا تراز اجرایی سقف پایینتر، عملیات خاکبرداری ادامه مییابد و اتصال سقف به ستونها و دیوارهای اصلی با استفاده از یکی از تکنیکهای اتصالات جوشی یا مکانیکی انجام میگیرد.
در ابتدای حفاری عمدتاً از بیل مکانیکی معکوس جهت سرعتدهی به امر خاکبرداری استفاده میشود و با ایجاد رمپ راهی مناسب برای عبور و مرور ماشینآلات حمل و خروج مصالح ایجاد میگردد
خارج کردن مصالح از درون بازشوها بر اساس عمق و ابعاد سازه زیرزمینی و بدون ایجاد رمپ نیز امکانپذیر است. پس از رسیدن به ترازهای مورد نظر، با رگلاژ نمودن کف و اجرای بتن مگر، مراحل اجرای سقف بعدی با آرماتوربندی و بتنریزی در ترازهای مختلف بر روی زمین طبیعی اجرا میشود. وضعیت زمینشناسی لایههای خاک، ارتفاع دقیق حفاری و انتخاب نوع ماشینآلات با ارتفاع کوتاهتر و توان بیشتر از نکاتی است که در زمان اجرای این مرحله لازم است به آن دقت شود.
با تکرار مرحله قبلی، با خاکبرداری و رسیدن به تراز هر سقف زیرین، آن سقف نیز اجرا میشود و در حین انجام، مراحل تکمیل سقفهای فوقانی سازه زیرزمینی با اجرای تاسیسات و … ادامه مییابد. پس از رسیدن به پایینترین تراز، فونداسیون طراحی شده در ریشهی ستونها اجرا میشود.
اجرای سازهی فوقانی به روشهای مرسوم و طبق ضوابط، به طور موازی و همزمان با انجام مرحله ۴ صورت میگیرد،
نتیجه:
ساخت و ساز از بالا به پایین به عنوان یک رویکرد ابتکاری و عملی در حوزه توسعه شهری است. مناسب بودن آن به ویژگی ها و خواسته های منحصر به فرد پروژه بستگی دارد و ارزیابی دقیق جوانب مثبت و منفی ضروری است. همانطور که صنعت ساخت و ساز همچنان به تکامل خود ادامه می دهد، ساخت و ساز از بالا به پایین احتمالاً در پروژه هایی که نیاز به کارایی، کاهش اختلالات و استفاده بهینه از فضای موجود دارند، کاربرد فزاینده ای پیدا خواهد کرد.