طراحی شمع

طراحی شمع یا پی عمیق در برخی ساختمان های خاص مورد نیاز است. شمع یا پی عمیق به پی هایی گفته می شود که در آن ها نسبت عمق قرارگیری به کوچک ترین بعد افقی آن بیشتر از ۱۰ باشد. شمع ها به وسیله سازه میانی که کلاهک شمع نامیده می شود بارهای سازه را به زمین منتقل می کنند.

 

طراحی شمع

 

ضوابط کلی طراحی شمع

در مبحث هفتم مقررات ملی ساختمان ضوابط طراحی شمع یا طراحی پی عمیق بیان شده است. همچنین در نشریه ۳۸۶ سازمان مدیریت و برنامه ریزی کشور، مشخصات فنی و عمومی اجرای شمع آورده شده است. پس از بررسی ژئوتکنیکی خاک و تشخیص لزوم استفاده از پی عمیق ، طراحی آن صورت می گیرد. در طراحی انواع پی از جمله پی عمیق به اطلاعات گوناگونی نیاز است مانند: شناخت ویژگی های فیزیکی خاک مانند دانه بندی ، حدود اتربرگ ، طبقه بندی نوع خاک ، دانسیته ، درصد رطوبت خاک و سطح آب زیرزمینی ، پارامتر های مقاومتی خاک مانند زاویه اصطکاک داخلی و چسبندگی خاک در دو حالت زهکشی شده و زهکشی نشده ، پارامتر های نشست پذیری خاک مانند مدول الاستیسیته ، ضرایب تحکیم ، تورم ، تخلخل اولیه و همچنین نسبت بیش تحکیمی  (OCR)و همچنین در طراحی پی عمیق ، بررسی و کنترل خوردگی مصالح پی ، مورد نیاز است.

 

طراحی شمع چوبی

 

طراحی شمع با دو روش انجام می شود: روش حالات حدی یا روش تنش مجاز. در هر دو روش برخی موارد باید کنترل شوند. این موارد طبق آیین نامه شامل: از دست دادن پایداری کلی ، گسیختگی ناشی از کمبود ظرفیت باربری شمع ها ، گسیختگی ناشی از مقاومت کششی ناکافی شمع های کششی ، گسیختگی در زمین ناشی از بارگذاری جانبی شمع ها، گسیختگی سازه ای شمع در فشار ، کشش ، خمش ، برش یا کمانش و گسیختگی مرکب یعنی گسیختگی همزمان در زمین و شمع است.

برای شرایط بهره برداری در طراحی شمع به هر دو روش حالت حدی و تنش مجاز ، باید موارد دیگری نیز کنترل شوند، از جمله: نشست بیش از حد مجاز در شمع های فشاری ، بیرون کشیدگی بیش از حد مجاز در شمع تحت نیروی کششی ، دوران بیش از حد مجاز ، تغییر شکل جانبی بیش از حد مجاز و ارتعاش غیرپذیرفتنی.

 

طراحی پی عمیق

 

طراحی گروه شمع

در برخی موارد نیاز است چند شمع به صورت یک گروه شمع مورد استفاده قرار گیرند. در طراحی شمع به صورت گروهی این نکته باید مورد توجه قرار گیرد که ظرفیت هر شمع در یک گروه شمع ، با ظرفیت شمع منفرد متفاوت است. برای اعمال این اثر ، باید ضریب مناسب لحاظ شود. این ضریب موسوم به اثر گروهی یا بازدهی گروه است.

 

طراحی گروه شمع

 

طراحی انواع شمع

طراحی شمع بر اساس نیروی وارد به آن به سه دسته فشاری (اصطکاکی یا اتکایی) ، کششی و تحت بار جانبی تقسیم می شود. همچنین جنس شمع نیز می تواند متفاوت باشد، شمع های بتنی ، فولادی ، چوبی یا ترکیبی از این ها از جمله این موارد است. طراحی پی عمیق از نظر نحوه اجرا نیز تقسیم می شود. پی عمیق یا شمع از طریق کوبش، فرو بردن با فشار، حفاری با تزریق و حفاری بدون تزریق اجرا می شود.

در طراحی شمع انتخاب نوع شمع اهمیت دارد. انتخاب نوع شمع با توجه به مشخصات روسازه مانند وضعیت بارگذاری ، شرایط اجرایی پروژه ، ویژگی های بستر ، مانند نیمرخ خاک محل و سطح آب زیرزمینی و همچنین میزان خورندگی محیط و عملکرد و دوام مصالح شمع ، انجام می شود.

برای آن که شمع بارهای فشاری وارده را با ایمنی مناسب تحمل کند باید بررسی شود که باربری فشاری شمع از بار فشاری فرض شده بیش تر باشد. در طراحی پی عمیق کششی باید بررسی شود که باربری کششی شمع بیش تر از بار محوری کششی فرض شده باشد. در طراحی فونداسیون شمع که تحت بار جانبی است ، باید بررسی شود که مقاومت جانبی شمع از بار جانبی وارده بیش تر باشد.

 

طراحی انواع شمع

 

طراحی شمع بتنی

در طراحی شمع بتنی ابتدا انتخاب بین دو روش اجرای این شمع ها انجام می شود. شمع های بتنی به دو صورت پیش ساخته و درجاریز استفاده می شود. از مزایای استفاده از شمع بتنی درجاریز عدم محدودیت قطر آن است. شمع بتنی پیش ساخته امکان مقاوم سازی در برابر خوردگی دارد و همچنین با روسازه بتنی یکپارچه می‌شود. طراح با توجه به این مزایا ، هر کدام از این موارد را متناسب با پروژه انتخاب می کند. انتخاب هر کدام از انواع شمع های بتنی یا شمع های فلزی یا چوبی ، ویژگی ها و ضرایب متفاوتی به دست می دهد که این ضرایب ، تفاوت در تحلیل آن ها را ایجاد می کنند.

 

طراحی شمع بتنی

 

نرم افزار های مورد استفاده در طراحی شمع

طراحی شمع در safe و نرم افزار هایی مانند ST-Pile ، AIIPile ، LPile و غیره انجام می شود. نوشتن برنامه تحلیل شمع با استفاده از نرم افزار هایی مانند متلب و اکسل نیز ممکن است. در این روش ها یکی از مدل ها و تئوری های رفتار فونداسیون شمع انتخاب می شود و با فرضیات و ضرایب مورد استفاده در آن مدل ، فرمول ها و کدهای مورد نیاز برای بررسی وارد نرم افزار می شود.

 

طراحی شمع با نرم افزار

 

هزینه طراحی شمع

هزینه طراحی شمع به مشخصات خاک ، تعداد شمع ، نوع شمع ، وزن سازه و المان های سازه ای موجود و بارهای وارد بر شمع بستگی دارد. همچنین مهارت و تجربه طراح نیز در تعیین هزینه اهمیت دارد.