فونداسیون چیست؟ صفر تا صد اجرای پی یا فونداسیون ساختمان
دسترسی سریع به محتوای این مطلب
همه ما احتمالا بارها نام فونداسیون را شنیده ایم، اما احتمالا اطلاعات زیادی در مورد عملکرد و مراحل اجرایی آن نداریم. همانطور که پاها، نقش مهم و اساسی را برای بدن انسان ایفا می کنند، پی یا فونداسیون ساختمان هم مهم ترین عنصر هر ساخت و ساز هستند.
به زبان ساده، فونداسیون بخشی است که هر سازه روی آن بنا می شود. در این مقاله از اصفهان آهن به این سوال که فونداسیون یا پی ساختمان چیست پاسخ می دهیم سپس به عوامل موثر بر کیفیت و مراحل اجرایی آن و نحوه محاسبه میلگرد فونداسیون می پردازیم.
فونداسیون ساختمان یا پی چیست؟
همانطور که اشاره کردیم، پایه و اساس یک ساختمان را پی یا فونداسیون آن تشکیل می دهد. نوع فونداسیون مورد نیاز برای هر ساختمان به عوامل مختلفی بستگی دارد. به عنوان مثال، نوع ساختمان، اندازه، ابعاد و همچنین ظرفیت تحمل خاک اطراف آن، از جمله عواملی هستند که قبل از انتخاب فونداسیون باید در نظر گرفته شود.
به طور کلی فونداسیون ساختمان دارای سه وظیفه اصلی انتقال بار سازه به زمین، توزیع بار به طور یکنواخت و لنگر انداختن سازه است.
وزن کل ساختمان شامل وزن مصالح، تجهیزات و ساکنین، باید توسط فونداسیون به زمین منتقل شود. فونداسیون باید به اندازه کافی محکم باشد تا بتواند این بار را بدون نشست یا تغییر شکل قابل توجه تحمل کند.
فونداسیون باید بار را به طور یکنواخت به زمین زیر خود توزیع کند تا از تمرکز تنش در یک نقطه و ایجاد مشکلاتی مانند ترک خوردن یا فرو ریختن فونداسیون جلوگیری شود. همچنین فونداسیون باید سازه را در برابر نیروهای جانبی مانند باد و زلزله لنگر بیندازد و از واژگونی آن جلوگیری کند.
انواع پی ساختمان یا شالوده
انواع مختلفی از فونداسیون وجود دارد که هر کدام برای شرایط خاص مناسب هستند. انتخاب نوع فونداسیون به عواملی مانند نوع خاک، اندازه و وزن ساختمان، ارتفاع ساختمان و محدودیت های بودجه بستگی دارد. فونداسیون ساختمان به طور کلی، به سه دسته تقسیم می شود که عبارتند از:
- فونداسیون کم عمق یا سطحی
- فونداسیون عمیق
- فونداسیون شناور
فونداسیون کم عمق چیست؟
فونداسیون کم عمق، معمولا برای ساختمان هایی با وزن کمتر و سبک، مورد استفاده قرار می گیرد. این نوع فونداسیون، یک لایه یکنواخت دارد و معمولا عمق آن 3 متر است. انواع مختلفی از پایه های کم عمق و سطحی وجود دارد که شامل پی گسترده، دیواری یا نواری، ترکیبی، طره ای یا باسکولی، منفرد یا مجزا می شود.
فونداسیون منفرد، برای تحمل بار یک ستون و انتقال آن به زمین مناسب است. فونداسیون ترکیبی یا مرکب نیز حاصل ادغام دو نوع پی منفرد به یکدیگر است. فونداسیون نواری که بهترین نوع پی است و به صورت یک رشته یا نوار در زیر ستون ها در یک یا دو جهت قرار می گیرد.
شالوده یا فونداسیون های گسترده نیز در شرایط ویژه ای گسترش پیدا می کنند. برای مثال زمانی که خاک زمین مناسب و مقاوم نباشد، تعداد نوارهای فونداسیون را گسترش می دهند.
منظور از پی عمیق ساختمان
فونداسیون عمیق در شرایطی استفاده می شود که عمق پی، چیزی بیش از 3 متر و عرض آن نیز یک ششم ارتفاع فونداسیون باشد. فونداسیون های عمیق به سه دسته تقسیم می شوند:
- فونداسیون با پایه های لاغر (شمع و پیر): این نوع فونداسیون، از متداول ترین پایه های عمیق ساختمان است که معمولا برای ساختمان های مرتفع مانند آسمان خراش ها استفاده می شود. شمع یا پیر، تکه های دایره‌ای شکل از بتن یا هر ماده دیگر هستند که برای حمایت از سازه به داخل زمین فرو می روند. معمولا از این نوع فونداسیون، زمانی استفاده می شود که لایه خاک سطحی به اندازه کافی قوی نباشد و نتوان از وزن یک ساختمان پشتیبانی کرد.
- فونداسیون با پایه های قطور
- فونداسیون با المان ستونی
وظیفه اصلی فونداسیون در ساختمان
از وظایف اصلی فونداسیون ها در ساختمان می توان به موارد زیر اشاره کرد:
- توزیع یکنواخت وزن سازه بر روی زمین
- جلوگیری از نشست ساختمان
- جلوگیری از حرکت سازه و محافظت از آن در برابر نیروهای جانبی
- بالابردن مقاومت و پایداری سازه
پی ریزی ساختمان برای طبقات مختلف
نوع پی ریزی ساختمان به طور قابل توجهی به تعداد طبقات آن بستگی دارد. به طور کلی، با افزایش تعداد طبقات، به فونداسیون قوی تر و عمیق تری نیاز است. در اینجا خلاصه ای از الزامات پی ریزی برای ساختمان های با طبقات مختلف ارائه شده است:
عمق پی ساختمان یک تا دو طبقه
فونداسیون های کم عمق مانند فونداسیون های نواری، پایه های منفرد یا دال های شناور معمولاً برای این نوع ساختمان ها کافی هستند.عمق فونداسیون به نوع خاک، وزن ساختمان و سطح آب زیرزمینی بستگی دارد.در خاک های با ظرفیت باربری کم یا در مناطق با خطر نشست زمین، ممکن است نیاز به فونداسیون های عمیق تر مانند شمع ها یا پایه ها باشد.
عمق پی ساختمان سه تا پنج طبقه
فونداسیون های عمیق تر مانند شمع ها، پایه ها یا دیوارهای حائل اغلب برای این نوع ساختمان ها مورد نیاز است.نوع فونداسیون خاص به شرایط خاک، ابعاد ساختمان و بارهای وارده بستگی دارد.مهندس عمران باید با توجه به الزامات مقررات ملی ساختمان نوع و عمق فونداسیون را تعیین کند.
عمق پی ساختمان شش طبقه به بالا
فونداسیون های بسیار عمیق مانند شمع ها، دیوارهای حائل یا فونداسیون های رادیه برای این نوع ساختمان ها ضروری است.این نوع فونداسیون ها می توانند هزینه ساخت را به طور قابل توجهی افزایش دهند. طراحی و اجرای آنها باید توسط مهندسین عمران مجرب با تخصص در فناوری های فونداسیون عمیق انجام شود.
عوامل موثر در انتخاب عمق فونداسیون؛ ابعاد پی به چه عواملی بستگی دارد؟
همانطور که در ابتدای مقاله اشاره کردیم، انتخاب فونداسیون با توجه به شرایط زمین و بار اعمال شده توسط سازه، انجام می‌شود. به طور کلی، می‌توان گفت با توجه به نوع سازه و پروژه مورد نظر، باید عوامل مختلفی بررسی شوند تا بتوان بهترین فونداسیون را انتخاب کرد. عوامل مختلفی در انتخاب فونداسیون سازه دخیل هستند که ما سعی داریم در این مقاله به بررسی آن ها بپردازیم.
میزان بار اعمال شده از طرف سازه
یکی از عوامل موثر در انتخاب فونداسیون، میزان بار وارد شده از طرف سازه است. این پارامتر به نوع سازه، مصالح ساختمانی مورد استفاده، محل ساخت و احتمال رخ دادن زلزله بستگی دارد. میزان نشست سازه و در این المان عواملی مانند میزان نشست سازه، استفاده از سنگ و آجر دخیل هستند.
به طور کلی می توان گفت برای ساختمان های کوتاه از فونداسیون سطحی و برای ساختمان های بلند، فونداسیون عمیق انتخاب می شود.
ظرفیت باربری زمین
منظور از ظرفیت باربری زمین توانایی زمین در نگهداری از سازه است، بدون اینکه کوچکترین مشکلی پیش بیاید. ظرفیت باربری زمین، یکی از مهم ترین معیارهای تاثیرگذار در انتخاب فونداسیون مناسب است. یکی از مهمترین مواردی که در این پارامتر دخیل است، سطحی یا عمیق بودن فوندانسیون است.
نوع خاک یا سنگ استفاده شده در سازه
نوع خاک یا سنگ استفاده شده در سازه هم از دیگر مواردی است که در انتخاب فونداسیون ساختمان باید به آن دقت شود. لایه خاک سطحی از سطح زمین تا عمق سه متری است، در حالی که پایین تر از آن، به عنوان لایه خاک زیر سطحی شناخته می‌شود. سنگ هایی که دارای ظرفیت باربری بالایی هستند، معمولا برای ساختمان های تجاری یا مسکونی بزرگ، مناسب تر محسوب می شوند.
سهولت اجرا
سهولت در امر اجرا و پیاده سازی، از مسائل مهم دیگری است که باید به آن توجه شود.
در نظر گرفتن شرایط بد آب و هوایی و بلایای طبیعی
در نظر گرفتن شرایط بد آب و هوایی، همچنین بلایای طبیعی از عوامل مهمی هستند که نباید در انتخاب فونداسیون فراموش شوند؛ چرا که ممکن است برخی سازه ها در شرایط آب و هوایی مرطوب یا خشک ساخته شوند.
مسائل اقتصادی
در شرایطی تعداد گزینه های مناسب برای اجرای فونداسیون زیاد باشد، هزینه اجرا از دیگر عوامل مهم و تاثیرگذار است.
اجرای فونداسیون روی سطح زمین
مراحل قبل از اجرای فونداسیون، به نوع آن و سازه بستگی دارد. در این بخش، به معرفی مراحل کلی اجرای فونداسیون می پردازیم.
1. انتخاب محل ساخت
اولین مورد که باید در انتخاب پی ساختمان در نظر گرفت، این است که محل مناسبی را انتخاب کرد. این پارامتر با توجه به شرایط زمین و همچنین ویژگی های سازه مورد نظر تعیین می شود.
2. انتخاب نوع فونداسیون
همانطور که گفتیم، دو نوع فونداسیون سطحی و عمیق وجود دارد که با توجه به نوع سازه انتخاب می‌شود. بنا بر این بعد از انتخاب محل ساخت، باید نوع فونداسیون را مشخص کنید.
3. مشخص کردن تعیین مرزهای فونداسیون
در این مرحله باید مرزهای فونداسیون کاملا مشخص شوند، این اندازه‌گیری ها برای اطمینان از انتخاب صحیح نوع فونداسیون و یا تغییر نوع آن ضروری هستند.
4. حفاری زمین
با توجه به نوع و محدوده فونداسیون، باید حفاری زمین انجام شود. نکته مهم اینجاست که عمق حفاری به شرایط زمین و خصوصیات خاک آن بستگی دارد. معمولا به این صورت است که حفاری سطح زمین تا رسیدن به یک لایه محکم با ظرفیت باربری بالا ادامه پیدا می کند.
5. اجرای فونداسیون
تمامی مراحل گفته شده، برای اجرای فونداسیون بود. پس از اتمام گام های گفته شده، اجرای فونداسیون شروع می شود. برای اجرای کار قطعا به نیروی ماهر و تجهیزات مناسب نیاز است.
6. نگهداری از فونداسیون
وظیفه‌ی اصلی فونداسیون، پایداری سازه است؛ بنابراین، برای نگهداری از فونداسیون، باید مواردی را رعایت کرد تا بتواند با استحکام بیشتری سازه را نگه دارد. پس از اجرای فونداسیون‌های بتنی، باید فضای خالی موجود در زمین حفاری شده توسط درزگیر پر شوند.
7. ایجاد دیوار نگهدارنده
در مرحله آخر، بر روی بخش های بالایی سازه مانند دیوارها، ستون ها، دیوارهای نگهدارنده ساخته می شوند. این دیوارها اغلب برای فونداسیون های بتنی، استفاده می شوند.
انواع فونداسیون از نظر مصالح به کار رفته
فونداسیون ها از نظر مصالح به کار رفته به دسته بندی های مختلفی تقسیم می شوند، که عبارتند از:
- پی سنگی: همانطور که از اسم آن مشخص است، توسط سنگ های طبیعی ساخته می شود.
- پی چوبی: از چوب ساخته می شود و معمولا در شمال کشور و مناطق مرطوب کاربردهای زیادی دارد.
- پی آجری: پی آجری معمولا برای ساخت سازه های کوچک استفاده می شود.
- پی فلزی: اگر بارهای وارد شده به ستون، زیاد و مقاومت آن کم باشد، از فونداسیون فلزی استفاده می شود.
- پی بتنی: استفاده از پی فولادی امروزه به دلایل اقتصادی مقرون به صرفه نیست؛ به جای آن بهتر است از پی بتنی استفاده شود.
- پی شفته آهک: شفته نوعی خمیر است که از خاک، شن، آب و گرد آهک ساخته شده است. معمولا در سازه های قدیمی از این نوع فونداسیون استفاده می شد اما امروزه نسبت به گذشته، کاربرد رایجی ندارد.
پایه و اساس یک ساختمان را فونداسیون یا پی ساختمان تشکیل می دهد. به طور کلی، همانطور که اشاره کردیم، فونداسیون ها عضو مهم و جدانشدنی سازه هستند.
باید قبل از اجرای آن به پارامترهای مهمی توجه کرد. پی ساختمان انواع مختلفی (سنگی، آجری، چوبی، فلزی و بتنی) دارد. نوع خاک یا سنگ، در نظر گرفتن شرایط آب و هوایی، انتخاب نوع فونداسیون، انتخاب محل ساخت از مهمترین عواملی هستند باید قبل از انتخاب فونداسیون در نظر گرفت.
میلگرد و بتن از مصالح جدا نشدنی در اجرای فونداسیون به حساب می آیند. پس با توجه به بودجه در نظر گرفته شده برای اجرای پروژه و قیمت میلگرد و بتن و سایر مصالح، تا حدودی می توان قیمت مصالح مورد استفاده را تخمین زد.