– ساخت از بالا به پایین یا تاپ دان چیست؟ (Top-Down Construction)

رز روفینگ:ساخت از بالا به پایین یا تاپ دان یــک روش نسبتاً جدید پایدارسازی گود است که در حال رواج در صنعت ساختمان است. در پایدارسازی گود به روش تاپ دان (Top-Down Construction) امکان اجرای همزمان طبقات زیر زمین تا تراز زیر پی همراه با اجرای طبقات روی زمین وجود دارد. در موارد زیر:

سطح بالای آب زیرزمینی
محدودیت فضای عملکرد
تداخل با ترافیک خیابان‌های اصلی
عدم امکان اخذ رضایت از همسایه های مجاور
و …

روش ساخت از بالا به پایین یا تاپ دان یکی از روش های مناسب جهت پایدارسازی گود است.

کاربردهای روش ساخت از بالا به پایین (تاپ دان)
کاربردهای روش ساخت از بالا به پایین (تاپ دان)
پایدارسازی گود به روش ساخت از بالا به پایین (تاپ دان)
پایدارسازی گود به روش ساخت از بالا به پایین (تاپ دان)
تاریخچه روش ساخت از بالا به پایین (تاپ دان)

برای اولین بار در دهه 70 میلادی، روش ساخت از بالا به پایین (تاپ دان) در ساخت ایستگاه های متروی شهرهای پاریس و میلان مورد استفاده قرار گرفت و به نام روش برش و پوشش (Cut & cover) معروف شد. در این روش ابتدا سازه تونل ساخته شده و سپس محیط خارجی تونل با مصالح خاکریزی پر می گردد.

جهت افزایش سرعت ساخت یک ساختمان، در سال ۱۹۳۵ در توکیو، از روش ساخت از بالا به پایین استفاده گردید. در سال ۱۹۵۰ در شهر میلان، ترکیب دیوار دیافراگمی و تاپ دان توسط شرکت ICOS اجرا گردید. به مرور زمان این روش در کشورهای مختلفی از جمله ایران مورد استفاده قرار گرفته است.

آیین نامه روش ساخت از بالا به پایین (تاپ دان)

اجرای روش ساخت از بالا به پایین (تاپ دان) در آیین نامه BS:8002:1994 انگلستان برای سازه های نگهبان ارائه شده است.

تاپ دان فلزی

در ساخت و ساز به روش تاپ دان، اسکلت سازه ممکن است به صورت اسکلت فلزی بوده و از ستون ها و سیستم سقف های فولادی استفاده شود. در سازه های فلزی، سیستم سقف ممکن است از نوع تیرچه بلوک و یا سقف مختلط (ترکیب بتن و فولاد) با دال ساده یا عرشه فولادی باشد.

البته استفاده از سیستم سقف های تیرچه بلوک برای بخش زیرزمینی سازه در روش ساخت تاپ دان، مخصوصا اگر تعداد طبقات زیرسازه زیاد باشد، مناسب نیست. علت این امر آن است که در دیافراگم سقف طبقات زیرزمین، به علت وجود فشار جانبی خاک، نیروهای درون صفحه ایجاد می شود.

بنابراین در صورت استفاده از اسکلت فلزی، استفاده از سیستم سقف مختلط با عرشه فولادی برای روش تاپ دان یا بالا پایین مناسب تر است. همچنین استفاده از ستون های فولادی در اسکلت سازه، می تواند باعث کاهش وزن ساختمان شود.

ضمناً ستون های فلزی را می توان با استفاده از جرثقیل های با ظرفیت پایین نصب کرد. مشکل اصلی استفاده از ستون های فولادی، هزینه بالای مصالح به دلیل قیمت بالاتر فولاد نسبت به بتن مسلح است. همچنین استفاده از ستون های با مقطع مختلط CFT نیز می تواند گزینه مناسبی برای اجرای اسکلت فلزی در روش بالا پایین یا تاپدان باشد.

اجرای اسکلت فلزی در روش تاپ دان – پروژه حکیم – سامان فراز – شرکت ایستاسازه
اجرای اسکلت فلزی در روش تاپ دان – پروژه حکیم – سامان فراز – شرکت ایستاسازه
اتصال ستون های فولادی با شمع های بتنی زیر ستون ها می تواند به دو صورت انجام شود. در روش اول بخش انتهایی ستون به برشگیر مسلح شده و داخل شمع قرار می گیرد. در روش دوم یک صفحه ستون بر روی شمع نصب شده و سپس ستون فلزی بر آن اجرا می شود.

یکی از نکاتی که در طراحی و اجرای ستون های فولادی پیرامونی باید به آن توجه کرد این است که دیوار حائل، بخشی از فشار خاکی که تحمل می کند را به ستون های پیرامونی انتقال می دهد.

بنابراین بین دیوار حائل و ستون های پیرامونی باید اتصال مناسبی برقرار باشد. به این جهت در طول ستون های پیرامونی از برشگیر استفاده می شود. برشگیرها ممکن است از نوع گل میخ و یا مقطع ناودانی باشند.

انواع اتصال شمع به ستون فولادی
انواع اتصال شمع به ستون فولادی
انواع برشگیر
انواع برشگیر
روش اجرای ساخت از بالا به پایین (تاپ دان)

برای هر پروژه پایدارسازی گود متناسب با نوع و شرایط خاص آن ممکن است روند اجرای روش ساخت از بالا به پایین (تاپ دان) متفاوت باشد ولی به طور کلی می توان مراحل اجرای تاپ دان را به صورت زیر بیان کرد:

تاپ دان در پروژه های دارای زیرزمین های بزرگ و عمیق
استفاده از روش تاپ دان در پروژه های دارای زیرزمین های بزرگ و عمیق
۱) اجرای دیوارهای حائل محیطی

گاهی اوقات در ابتدای پروژه دیوارهای حائل محیطی تا عمق مشخصی زیر تراز پی اجرا می گردند. این دیوارها ممکن است به یکی از روش های زیر اجرا گردند:

دیوار بتن آرمه درجا
دیوارهای دیافراگمی
شمع های سکانتی
شمع های پیوسته
سپری های فولادی
ستون­ های جت گروتینگ (Jet-Grouting)

دیوار حائل دیافراگمی نسبت به سایر روش‌های اجرایی در ساخت دیوارهای حائل محیطی، کاربرد بیشتری دارد.

جهت اتصال دیوارهای حائل به دال سقف طبقات زیرین، می بایست در ترازهای مشخص، تجهیزات لازم برای اتصالات بعدی پیش بینی شوند.

مرحله 1 – اجرای دیوار حائل محیطی
مرحله ۱: اجرای دیوار حائل محیطی
۲) حفاری محل شمع های باربر از زیر تراز ستون‌ها، دیوارهای همکف و نصب ستون های باربر

یکی از مراحل اصلی اجرای پایدارسازی گود به روش ساخت از بالا به پایین (تاپ دان) اجرای ستون های سازه اصلی می باشد. بدین منظور ابتدا زیر تراز پی هر یک از ستون ها، شمع اجرا می گردد تا بعد از اجرای پی روی این شمع ها، امکان اجرای ستون های سازه اصلی فراهم باشد.

ستون های سازه اصلی، در سازه های بتنی و فولادی به کمک یکی از روش های زیر، در بالای شمع ها اجرا می شوند:

ستون بتنی‌ درجا با مقاطع مربع، مستطیل و یا دایره‌ای بر اساس تجهیزات حفاری موجود
ستون‌ بتنی پیش ساخته
ترکیب ستون های لاغر با ژاکت بتنی در حین ساخت سازه اصلی
ستون­ مرکب فولادی
مرحله 2 اجرای شمع زیر ستون ها، پی زیر ستون ها و ستون های سازه اصلی
مرحله ۲: اجرای شمع زیر ستون ها، پی زیر ستون ها و ستون های سازه اصلی
۳) اجرای دال همکف

پس از اجرای ستون های سازه اصلی، با در نظر گرفتن محل بازشوهای دسترسی به طبقات پایین، آرماتوربندی و بتن ریزی دال کف طبقه همکف در تراز بالای شمع‌ها و دیوارهای پیرامونی اجرا شده بر روی ستون ها اجرا می گردد.

اندازه و محل بازشوهای دسترسی می بایست جهت جابجایی ماشین آلات حفاری و دسترسی به طبقات پایین تر مناسب باشد. ضمناً می بایست تمهیدات لازم جهت آرماتوربندی و بتن ریزی نهایی جهت بستن بازشو در انتهای پروژه فراهم گردد.

دال بتنی هر طبقه زیرزمین همانند یک مهار متقابل عمل کرده و از ریزش گود جلوگیری می کند.

مرحله 3 اجرای دال طبقه همکف و شروع گودبرداری تا تراز سقف زیر زمین بعدی
مرحله ۳: اجرای دال طبقه همکف و شروع گودبرداری تا تراز سقف زیر زمین بعدی
۴) شروع خاکبرداری از طبقه زیر همکف

پس از تکمیل دال همکف و گیرش بتن دال، با استفاده از ماشین آلات مناسب، عملیات گودبرداری در محل بازشوها تا تراز سقف پایین تر ادامه می یابد. بعد از رسیدن به تراز سقف پایینی و مسطح (رگلاژ) نمودن کف زمین طبیعی و اجرای بتن مگر، نوبت به آرماتوربندی و بتن ریزی این سقف می رسد.

اتصال سقف به ستون ها و دیوارهای محیطی با استفاده از اتصالات جوشی یا مکانیکی بر روی صفحات انتظار تعبیه شده از قبل انجام می گردد. در این مرحله موارد زیر می بایست مورد توجه قرار گیرد:

وضعیت لایه‌های خاک
ارتفاع دقیق حفاری
انتخاب ماشین‌آلات با ارتفاع کوتاه‌تر
انتخاب ماشین‌آلات با توان بیشتر

بعد از اجرای دال این سقف، اجرای سازه در ترازهای بالا نیز ممکن می گردد.

مرحله 4 اجرای دال طبقه منفی 1، شروع گودبرداری تا تراز سقف زیر زمین بعدی و امکان شروع اجرای روسازه
مرحله ۴: اجرای دال طبقه منفی ۱، شروع گودبرداری تا تراز سقف زیر زمین بعدی و امکان شروع اجرای روسازه
۵) تکرار مرحله ۴ تا رسیدن به تراز پی

فرآیند مرحله ۴ تا رسیدن به تراز پی ادامه می یابد.

مرحله 5: اجرای دال طبقات پایین­تر تا رسیدن به تراز پی
مرحله ۵: اجرای دال طبقات پایین­تر تا رسیدن به تراز پی
۶) اجرای آرماتوربندی و بتن ریزی لایه تکمیلی دیوارهای پیرامونی و ستون های میانی

پس از تکمیل عملیات گودبرداری و اجرای شالوده و خروج ماشین آلات، اقدام به آرماتوربندی و اجرای بتن لایه دوم اطراف ستون های فولادی و بخش داخلی دیوار دیافراگمی جهت باربری دائمی سازه می‌شود. در این روش استفاده از شالوده متکی بر شمع، توصیه شده است.

مرحله 6 تکمیل لایه دوم ستون­ ها و دیوارهای باربر
مرحله ۶ تکمیل لایه دوم ستون­ ها و دیوارهای باربر
اجرای آرماتوربندی و بتن ریزی تکمیلی – ایستاسازه
اجرای آرماتوربندی و بتن ریزی تکمیلی – ایستاسازه
باربری دائمی المان های سازه ای
باربری دائمی المان های سازه ای

ویدیو پروژه های اجرا شده به روش تاپ دان (Top-Down Construction)

مراحل روش ساخت از بالا به پایین (تاپ دان) در یک نگاه

مراحل 6 گانه روش ساخت از بالا به پایین (تاپ دان)
مراحل ۶: گانه روش ساخت از بالا به پایین (تاپ دان)
می توان مراحل اجرای روش ساخت از بالا به پایین را در ساختمان ها به صورت زیر خلاصه کرد:

مراحل اجرای ساخت از بالا به پایین (تاپدان) در یک نگاه
مراحل اجرای ساخت از بالا به پایین (تاپ دان) در یک نگاه
اتصال ستون‌ها به دال بتنی در روش ساخت از بالا به پایین (تاپ دان)

با توجه به اینکه روش ساخت از بالا به پایین، برعکس حالت معمول اجرای پروژه ها است، می بایست نکات خاصی را مخصوصاً جهت اتصالات در نظر گرفت:

اتصال صحیح ستون و دال نیاز به تمهیدات خاصی دارد که بعضی از آنها در ادامه ذکر می گردد.
در ستون های بتنی نیاز به صفحات اتصال انتظار در روی شبکه آرماتوربندی می باشد.
اتصال سقف به ستون‌ها و دیوارهای اصلی با استفاده از اتصالات جوشی یا مکانیکی انجام می گیرد.
جزئیات اتصال کام و زبانه (شیاری) بین دیوار دیافراگمی و دال بتنی در پروژه ایستگاه متروی Hefei چین
جزئیات اتصال کام و زبانه (شیاری) بین دیوار دیافراگمی و دال بتنی در پروژه ایستگاه متروی Hefei چین
تمهیدات خاص جهت اتصال دال به ستون در روش ساخت از بالا به پایین یا تاپدان
تمهیدات خاص جهت اتصال دال به ستون در روش ساخت از بالا به پایین (تاپدان)
اجرای آب بندی اتصال شیاری دال سقف به دیوارهای محیطی

مراحل اجرای آب بندی اتصال شیاری دال سقف به دیوارهای محیطی:

قرار دادن فوم روی شبکه میلگردهای فولادی دیوار دیافراگمی در محل اتصال
از بین بردن فوم ها هنگام رسیدن عمق گودبرداری به تراز اتصالات دیوار و سقف
پر کردن شیار با ملات سیمان
اجرای نوار ضد آب
عبور شبکه فولادی از کف بتنی
اتصال کام و زبانه (شیاری) بین دیوار دیافراگمی و دال بتنی و اجرای آب بند
اتصال کام و زبانه (شیاری) بین دیوار دیافراگمی و دال بتنی و اجرای آب بند
مراحل اجرای تونل و مترو به روش ساخت از بالا به پایین (تاپ دان)

مراحل اجرایی مترو و تونل با ساختمان متفاوت است. در ادامه مراحل مختلف اجرای ساخت از بالا به پایین مترو و تونل بیان می گردد:

۱) اجرای دیوارهای حائل محیطی

دیوار حائل تونل و مترو که قبل از شروع خاکبرداری اجرا می گردد، معمولاً یک دیوار دیافراگمی بتنی یا شمع های سکانتی است. این دیوار حائل در نهایت به عنوان دیوار نهایی سازه تونل می باشد.

اجرای دیوارهای حائل محیطی – ایستاسازه
اجرای دیوارهای حائل محیطی
۲) شروع گودبرداری پس از نصب مهارهای فولادی

تا زیر تراز سقف سازه زیرزمینی، می بایست خاکبرداری انجام گردد. بدین منظور مهارهای فولادی متقابل (استرات: Strut) جهت جلوگیری از ریزش گود اجرا می گردند.

اجرای مهار متقابل (استرات) – شرکت ایستاسازه
اجرای مهار متقابل (استرات)
گودبردای پس از اجرای مهار متقابل تا زیر تراز سقف سازه‌ای
گودبردای پس از اجرای مهار متقابل تا زیر تراز سقف سازه‌ای
۳) احداث دال بتنی با تعبیه بازشوی دسترسی

پس از گودبرداری تا زیر سقف سازه زیرزمینی، نوبت اجرای دال سقف می باشد. دال بتنی سقف به دیوارهای محیطی متصل شده و بازشوهای مناسب در آن تعبیه می گردد. این دال به دیوارهای محیطی متصل شده و مانند یک مهار متقابل، جلوی تغییرشکل دیوارهای محیطی را می گیرد. همچنین این دال شبیه یک عایق صوتی مانع از انتقال صدای ماشین آلات به سازه های مجاور گود می گردد.

احداث دال بتنی سقف به همراه بازشوی دسترسی
احداث دال بتنی سقف به همراه بازشوی دسترسی
۴) تکرار مرحله قبل تا رسیدن به تراز فونداسیون

مرحله ۳ تا رسیدن به تراز پی ادامه داده می شود.

اجرای تمام سقف ها تا رسیدن به تراز شالوده (فونداسیون)
اجرای تمام سقف ها تا رسیدن به تراز شالوده (فونداسیون)
۵) تکمیل شالوده و دیوارهای سازه ای داخلی تونل

پس از اتمام اجرای پی و خروج ماشین آلات از محل بازشوها، نوبت به اجرای دیوارهای بتنی مضاعف محیطی با آرماتوربندی دوبله می رسد. پس از آن بازشوهای دسترسی دال سقف بسته می شوند.

اجرای تمام سقف ها تا رسیدن به تراز شالوده
تکمیل شالوده و دیوارهای سازه ای داخلی
۶) خاکریزی نهایی سطح فوقانی تونل

پس از تکمیل سازه زیرزمینی، عملیات خاکریزی تا تراز مهارهای متقابل انجام شده و در ادامه مهارهای متقابل حذف شده و خاکریزی تا سطح زمین ادامه می یابد.

تکمیل شالوده و دیوارهای داخلی و خاکریزی سطح فوقانی تونل
تکمیل شالوده و دیوارهای داخلی و خاکریزی سطح فوقانی تونل
پوشاندن سطح داخلی دیوارهای دیافراگمی با دیوار مضاعف برای جلوگیری از رطوبت
پوشاندن سطح داخلی دیوارهای دیافراگمی با دیوار مضاعف برای جلوگیری از رطوبت
ویدیو انیمیشن مراحل اجرای تونل و مترو به روش تاپ دان
مزایای اجرای روش ساخت از بالا به پایین (تاپ دان) در ساخت تونل

امکان بهره برداری سریع از سطح بالای تونل و عدم تداخل با رفت و آمد شهری
استفاده از دیوارهای گودبرداری به عنوان دیوار سازه‌ای دائمی
عملکرد دال های سازه ای به عنوان مهارهای متقابل (استرات) و در نتیجه کاهش تعداد مهارهای متقابل (استرات)
عدم نیاز به اجرای سازه نگهبان موقت و در نتیجه کاهش هزینه های ساخت تونل
همپوشانی مراحل اجرایی ساخت سازه، تاسیسات برقی و مکانیکی و در نتیجه کاهش مدت عملیات ساخت
امکان تجهیز کارگاه بالای سطوح گودبرداری و عدم نیاز به اشغال معابر پیرامون گود
محافظت قسمت های گودبرداری شده از عوامل مؤثر خارج گود و عدم تأثیر شرایط جوی بر روی فعالیت های کارگاه به دلیل سرپوشیده بودن آن و حذف خطرات مربوطه
تفاوت روش ساخت از بالا به پایین (تاپ‌دان) در سازه های فولادی و بتنی

موارد تفاوت روش ساخت از بالا به پایین در سازه های فلزی و بتنی:

روش اجرا
برنامه زمان­‌بندی
روش حمل
روش انبار مصالح
نوع اتصالات
مبانی و الزامات طراحی و اجرا

به عنوان نمونه: جهت اتصال ستون فلزی به شمع بتنی پایه و اتصال آن به دیوار دال بتنی نکات متفاوتی با اسکلت بتنی دارد.

نکات مهم در مورد بازشوهای دال بتنی و رمپ‌های موقت

تعیین موقعیت، تعداد و ابعاد بازشوهای دال بتنی از جمله مسائل مهم در روش ساخت از بالا به پایین یا تاپدان است.
با توجه به وسعت دال، حجم مصالح خاکبرداری و عمق خاکبرداری، ممکن است نیاز به تعبیه رمپ‌های مجزا برای ورود و خروج ماشین الات باشد.
در پروژه مرکز تجارت بین المللی IFC هنگ کنگ، از شفت‌های موقتی جهت خروج مصالح حاصل از خاکبرداری استفاده شده بود.
پیش بینی آرماتورهای انتظار پیرامون بازشوها جهت اجرای نهایی دال و بستن بازشوها، می بایست به نحو مناسب باشد.
شفت موقت برای خروج مصالح خاکبرداری به خارج
شفت موقت برای خروج مصالح خاکبرداری به خارج
روش حفاری مضاعف (Double-Bit)

جهت تسریع در ساخت زیرزمین ها از روش حفاری مضاعف استفاده می گردد.

در این روش، خاکبرداری ۲ زیرزمین به صورت هم زمان انجام می گردد. در تراز پایین که روی خاک طبیعی است، دال بتنی اجرا شده و سپس دال بتنی تراز بالایی اجرا می گردد. با توجه به نیاز پروژه، احتمال استفاده از شمع های موقت جهت نگهداری دال فوقانی می باشد.

استفاده از روش حفاری مضاعف در پروژه مرکز تجارت بین المللی IFC هنگ کنگ
استفاده از روش حفاری مضاعف در پروژه مرکز تجارت بین المللی IFC هنگ کنگ
اهمیت نوع خاک در روش ساخت از بالا به پایین

در روش ساخت از بالا به پایین (تاپ دان) علاوه بر طراحی معمول سازه ای، نیاز به بررسی وضعیت لایه های خاک می باشد. هر گونه:

عدم شناخت صحیح لایه های خاک مسئله دار
عدم بررسی مشخصه های تغییرشکل های خاک و سازه
عدم طراحی مناسب سازه نگهبان
عدم پایش مناسب تغییرشکل ها

باعث ریزش گود و خسارت به سازه های مجاور می گردد.

دلایل ریزش گود و خسارت به سازه های مجاور در روش تاپ دان
دلایل ریزش گود و خسارت به سازه های مجاور در روش تاپ دان
مزایای اجرای روش ساخت از بالا به پایین (تاپ دان)

انجام عملیات گودبرداری بر روی بستر طبیعی خاک
عدم نیاز به اخذ رضایت از همسایه‌های مجاور گودبرداری
حذف سازه نگهبان موقت
مناسب برای گودهای واقع در مناطق شهری
مناسب برای مناطق پر تردد و دارای محدودیت فضا
کاهش زمان اتمام پروژه درصورت اجرای همزمان زیرسازه و روسازه
کاهش قابل توجه میزان تغییرشکل های ناشی از گودبرداری
دارای عملکرد سازه نگهبان دائمی
عدم محدودیت اجرا در زمین های با ابعاد و هندسه مختلف
قابلیت انطباق با روشهای زهکشی
عدم وابستگی کارآیی روش به جنس خاک
ویدیو انیمیشن مقایسه روش تاپ دان و سایر روش های گودبرداری عمیق

(Top-Down Construction)

معایب اجرای روش ساخت از بالا به پایین (تاپ دان)

پیچیدگی اتصالات دال به ستون‌ها و دیوارهای حائل
خارج شدن ستون‌های میانی از محور به دلایل افزایش بارهای فوقانی در صورت عدم طراحی و اجرای مناسب
محدودیت دسترسی به گود تنها از طریق بازشوها یا از طریق شفت ها
صعوبت خاکبرداری و اجرای بخش زیرسازه
سرعت نسبتاً پائین اجرای عملیات زیرسازه
صعوبت اجرا و افت کیفیت سیستم آب بندی
عدم امکان استفاده برای افزایش عمق گود در زمان اجرا یا پس از اتمام گودبرداری و یا تغییر طرح
نیاز به تجهیزات و ماشین آلات خاص
نیازمند افراد مجرب و کنترل کیفی دقیق جهت اجرا به دلیل جزئیات و پیچیدگی های اجرایی
لزوم طراحی توسط متخصص سازه و ژئوتکنیک به صورت همزمان
محدودیت و صعوبت اجرای اسکلت بتنی
نکات طراحی و اجرایی پایدارسازی گود به روش ساخت از بالا به پایین (تاپ دان)

رز روفینگ