دسترسی سریع به محتوای این مطلب
فونداسیون یا شالوده در پایین ترین قسمت ساختمان قرار دارد و با توجه به اینکه بار ساختمان از طریق آن به زمین منتقل می شود، استحکام فونداسیون، نقش مهمی در ایستایی و استحکام کل سازه دارد. به منظور ساخت کلیه ساختمان ها، رعایت مقررات ملی و ضوابط پی در ساخت و اجرای فونداسیون الزامی است. با توجه به اینکه شما از چه نوع فونداسیونی برای سازه خود استفاده خواهید کرد؛ عملکردهای لازم بررسی و انجام خواهد شد. این عملکردها و تدابیر، اتخاذ می شوند تا تعادل لازم، بین بارهای ساختمان بر روی زمین برقرار شود.
به همین دلیل شما باید روش اجرایی تمام فونداسیون ها را به خوبی بشناسید. برای پیاده سازی هر بخش از سازه (چه در فونداسیون و چه در بخش های بعدی) شما باید مصالح درست را انتخاب کنید. برای مثال باید انواع میلگرد را بشناسید و پس از بررسی محل ساخت و ساز، انتخاب درست را انجام دهید. قیمت میلگرد آلیاژی، میلگرد ساده و قیمت میلگرد آجدار در سایزهای متنوع (سایز 8 به بالا) و میلگردهای آلیاژی (مانند میلگرد st37، فولاد ck45 و…) در سایت مرکزآهن قابل بررسی هستند.
پیِ ساختمان به مجموعه بخش هایی از سازه که وظیفه انتقال بار از ساختمان به زمین را دارد گفته می شود. در ادامه به بررسی پی و فونداسیون و انواع آن و نحوه اجرا از جمله میلگردگذاری فونداسیون خواهیم پرداخت. به طور کلی وظیفه یک شالوده (پی) آن است که وزن ساختمان را به گونه ای به زمین انتقال دهد که:
در سازه ساختمان مجموعه ای از اعضا، جهت تحمل و انتقال نیروهای فشاری و کششی مورد استفاده قرار می گیرند. از جمله این اعضا می توان به تیر، ستون، شالوده و سقف اشاره نمود. در اشکال زیر این اعضا را مشاهده می کنید. همان طور که می دانید قیمت مصالح فولادی، مانند قیمت تیرآهن و میلگرد بسیار افزایش داشته! از این رو انتخاب فونداسیون مناسب برای بهبود سازه و جلوگیری از اتلاف مصالح ساختمانی ضروری است. در این مطلب، شما را با تمامی نکات فونداسیون مطلوب در سازه آشنا خواهیم کرد.
پایین ترین بخش سازه که وظیفه انتقال بارهای مرده یا زنده سازه به خاک را دارد، شالوده یا فونداسیون ساختمان می گویند. عمده ترین بارهای وارده بر سازه ساختمان عبارتند از:
شاید برای شما سوال پیش آمده باشد که ابعاد فونداسیون چگونه تعیین می گردد؟! این ابعاد براساس مقدار بار وارده، مقاومت بستر خاک و جنس مصالح تشکیل دهنده فونداسیون مشخص می شود به طوری که ابعاد فونداسیون با مورد نخست، رابطه مستقیم و با مورد دوم نسبت معکوس دارد. به این معنا که هرچه بار وارده بیشتر باشد، فونداسیون دارای ابعاد بزرگ تری بوده و هرچه مقاومت بستر خاک بیشتر باشد، شالوده ابعاد کمتری را خواهد یافت.
فونداسیون یا همان شالوده یکی از اصلی ترین اجزای هر ساختمان است که وظیفه انتقال بارهای عمودی و افقی سازه به زمین را بر عهده دارد. به بیان ساده فونداسیون پایه ای است که تمام وزن ساختمان بر روی آن قرار می گیرد. بدون اجرای صحیح فونداسیون پایداری و ایمنی ساختمان به شدت کاهش می یابد. در بسیاری از پروژه های عمرانی قیمت آهن و میلگرد به طور مستقیم بر هزینه نهایی اجرای فونداسیون تاثیر دارد زیرا حجم زیادی از آرماتور و فولاد در آن استفاده می شود.
در پلان فونداسیون موقعیت دقیق پی ها شناژها ستون ها و چاله آسانسور مشخص می شود. عمق فونداسیون نیز بر اساس نوع خاک بار سازه و شرایط محیطی تعیین می شود. در خاک های سست عمق فونداسیون باید افزایش یابد تا پایداری سازه تضمین گردد. همچنین در زمان اجرای فونداسیون ساختمان توجه به همبندی میلگردها و رعایت ضوابط آیین نامه ای بسیار ضروری است. فونداسیون علاوه بر انتقال بار از نشست ناهمگون جلوگیری کرده و باعث یکپارچگی سازه می شود.
به طور کلی فونداسیون ساختمان را می توان قلب پنهان سازه دانست؛ جایی که کیفیت مصالح نوع آرماتوربندی و نحوه بتن ریزی تعیین کننده عمر مفید بناست. انتخاب نوع پی نیز باید با بررسی دقیق خاک و بارهای وارده انجام گیرد تا دوام و استحکام ساختمان در بلندمدت تضمین شود.
انواع فونداسیون یا پی بر اساس عمق نوع سازه و شرایط زمین طبقه بندی می شود. شناخت نوع مناسب فونداسیون از مهم ترین مراحل طراحی سازه است زیرا هر نوع پی عملکرد متفاوتی دارد و هزینه اجرای خاص خود را می طلبد. یکی از عوامل اصلی تعیین هزینه مقدار فولاد و بتن مصرفی است که مستقیما با قیمت میلگرد st37 در بازار ارتباط دارد.
فونداسیون سطحی (Shallow Foundation):
این نوع پی در عمق کم اجرا می شود و زمانی استفاده دارد که خاک مقاومت کافی دارد. انواع آن شامل پی منفرد نواری و گسترده است. در ساختمان های مسکونی معمولا از پی های سطحی استفاده می شود.
فونداسیون عمیق (Deep Foundation):
در مناطقی که خاک ضعیف است یا ساختمان سنگین می باشد از پی های عمیق مانند شمع و شفت استفاده می شود. در این روش بار سازه از طریق شمع ها به لایه های سخت تر زمین منتقل می شود.
فونداسیون ترکیبی:
زمانی که بار ستون ها زیاد است اما فاصله آنها کم می باشد از فونداسیون ترکیبی استفاده می شود تا بار به صورت متعادل به زمین منتقل گردد.
فونداسیون با شناژ (Tie Foundation):
در این روش شناژها وظیفه اتصال پی ها به یکدیگر را دارند تا از جابجایی و نشست های ناهمگون جلوگیری شود. همبندی فونداسیون در این نوع بسیار اهمیت دارد.
در طراحی هر نوع فونداسیون پارامترهایی مانند عرض فونداسیون عمق فونداسیون نوع خاکبرداری و چاله آسانسور در فونداسیون باید با دقت مهندسی بررسی شوند. به عنوان مثال فونداسیون هایی که در پلان دارای چاله آسانسور هستند نیازمند تقویت بیشتر در اطراف دهانه ها می باشند تا از ترک خوردگی جلوگیری شود.
نوع فونداسیون عمق اجرا کاربرد اصلی ویژگی کلیدی
فونداسیون سطحی 0.5 تا 1.5 متر ساختمان های مسکونی و سبک اجرای آسان و اقتصادی
فونداسیون عمیق بالای 2 متر برج ها سازه های سنگین انتقال بار به لایه های سخت خاک
فونداسیون ترکیبی متغیر ستون های نزدیک با بار زیاد توزیع یکنواخت فشار
فونداسیون شناژدار 1 تا 2 متر ساختمان های متوسط جلوگیری از نشست ناهمگون
به طور کلی انتخاب نوع فونداسیون بستگی به شرایط زمین بار سازه بودجه پروژه و مقررات ملی ساختمان دارد. هرچه شناخت مهندسان از زمین دقیق تر باشد طراحی فونداسیون نیز بهینه تر و اقتصادی تر انجام خواهد شد.
فونداسیون ساختمان را می توان در دو دسته کلی قرار داد: شالوده یا فونداسیون سطحی، فونداسیون عمیق. به طور کلی تر، انواع پی در دسته های زیر قرار می گیرد:
1 – شالوده سطحی
چنانچه زمین دارای شرایطی مساعد باشد در این صورت می توان نیروهای وارده را به وسیله فونداسیون مناسب به خاک بستر منتقل نمود.
الف – شالوده منفرد
فونداسیون منفرد می تواند بار یک ستون را به تنهایی به زمین منتقل نموده و تحمل نماید. به این فونداسیون، شالوده منفرد گفته می شود.
شناژ، وظیفه کلاف و مهار کردن شالوده را به عهده دارد. در سازه، شناژ وظایفی از قبیل مقابله با نیروهای افقی و یکنواخت کردن نشست در سازه را نیز بر عهده دارد.
اگر ابعاد فونداسیون منفرد شما بزرگ باشد، این دو فونداسیون را با هم ادغام می کنند تا یک فونداسیون مرکب تشکیل شود.
ب – فونداسیون نواری
این نوع از شالوده در دسته بهترین نوع شالوده های سطحی قرار داشته که در عین حال ساده است، یعنی به صورت یک نوار در زیر ستون های یک محورد قرار می گیرد. این شالوده ها می توانند به صورت نواری در یک جهت یا دو جهت باشند.
ج – فونداسیون گسترده
گاهی اوقات به دلیل کاهش مقاومت خاک و یا افزایش بارهای وارد بر آن، تعداد نوارهای فونداسیون، گسترش می یابند که در این صورت به آنها فونداسیون گسترده گفته می شود. یکی از دلایل استفاده از این نوع شالوده را می توان نامناسب بودن خاک در زیر سازه عنوان کرد.
فونداسیون های گسترده انواع مختلفی دارند:
حالات مختلف تقویت فونداسیون گسترده
برای تقویت فونداسیون گسترده باید به حالات زیر رفتار کنید:
در صورت بروز وضعیت بحرانی و سخت، ابتدا باید از نیروی کششی به بالا جلوگیری شود. برای جلوگیری از این نیروها، روش پمپاژ و شمع کشی را به شما پیشنهاد می کنیم.
2 – فونداسیون عمیق
فونداسیون یا شالوده عمیق به آن دسته از شالوده ها گفته می شود که چنانچه ارتفاع آن ها را به کوچک ترین قسمت افقی آن ها تقسیم نماییم نتیجه از شش بیشتر نبوده و عمق آن نیز بیشتر از 3 متر نباشد. به طور کلی اگر سطح یا عمق خاک دارای مقاومت اندکی باشد بایستی نیروهای وارده را توسط فونداسیون عمیق به لایه های پایین تر که مقاومت بیشتری دارند منتقل نمود. این فونداسیون عمیق، عموما توسط یک سازه واسط بارهای سازه را گرفته و منتقل می نماید که به سازه واسط، سر شمعی گفته می شود. به ازای هر طبقه از ارتفاع ساختمان باید عمق گمانه 3 متر را در نظر گرفت.
انواع فونداسیون عمیق
در انواع پروژه های ساختمانی مراحل اجرای فونداسیون به شکل یکسانی اجرا می شود. برای این پیاده سازی اولین قدمی که باید برداشه شود، پیاده سازی نقشه فونداسیون روی زمین است. در مرحله بعد یا همان مرحله پیاده سازی، از جزئیات روی نقشه استفاده می شود.
چنانچه در شکل زیر مشاهده می نمایید محورهای یک سمت با اعداد 1، 2 و غیره نام گذاری شده؛ محور سمت دیگر با حروف A ،B و … شالوده هایی که از لحاظ ابعاد و میزان بار وارده وضعیت یکسانی دارند با علامت یکسان نشان داده و تیپ بندی شده اند مانند F1 و …
پی کنی و گودبرداری
یکی از مراحل مهم در ساختمان سازی، پی کنی و گودبرداری است. پی کاری به منظور برداشت خاک های اضافی برای رسیدن به سطح مطلوب انجام می شود.
1 – دست یافتن به خاک مطلوب و مقاوم، زیرا بار ساختمان به شالوده و در نهایت به زمین منتقل می شود در نتیجه زمین زیر فونداسیون باید مقاوم باشد و نشست نکند.
2 – برای محافظت فونداسیون و جلوگیری از اثرات جوی مانند یخ زدگی و باران و …
3 – رسیدن به تراز لازم با توجه به نقشه های اجرایی پروژه
بتن مگر
بتن با عیار کم سیمان (حدود 150-100 کیلوگرم بر متر مکعب) که در زیر شالوده اجرا می شود بتن مگر (بتن نظافت یا بتن لاغر) گویند. ضخامت آن معمولا 10 سانتی متر می باشد و عرض آن 10 سانتی متر از هر طرف از ابعاد فونداسیون شالوده بیشتر است.
هدف از اجرای بتن مگر
1 – جلوگیری از تماس مستقیم بتن اصلی شالوده با خاک
2 – رگلاژ (هم سطح کردن) کف شالوده و ایجاد سطحی صاف برای اجرای شالوده
پی منفرد از اجزای متنوعی تشکیل شده است. برای اینکه بهتر بتوانید از این نوع پی استفاده کنید در ادامه شما را با اجزای آن آشنا خواهیم کرد:
یک محل مناسب برای پی ساختمان باید دارای دو ویژگی باشد:
عوامل موثر بر عمق پی
عوامل موثر بر سطح پی
ابعاد تکیه‌گاه انواع عناصر باربر قائم به شکل زیر است:
از جمله عوامل موثر بر ضخامت پی ساختمان، می‌توان به نیروی فشاری ستون اشاره کرد.
طول مهاری
برش سوراخ کننده
توزیع نیرو در پی مانند قیف برعکس است! آرماتورهای ریشه برای اتصال پی به ستون، دارای حداقل طول 50 برابر قطر میلگرد یا 60 سانتی متر در ستون و 60 برابر قطر میلگرد یا 70 سانتی متر در پی هستند.
همان گونه که در شکل ملاحظه می کنید، قونداسیون منفرد، بارهای وارد از ستون را به زمین منتقل می نماید. نتیجه این امر، کشیدگی در قسمت های پایینی فونداسیون است. در سازه های بتنی، میلگردهای فولادی وظیفه تحمل بارهای کششی را بر عهده دارند از این رو لازم است در قسمت های زیرین فونداسیون که کشش زیادی ایجاد شده، از میلگرد استفاده گردد.
با توجه به اینکه کشیدگی در هر دو جهت شالوده منفرد به وجود می‌آید، لازم است آرماتورهای مربوطه در دو جهت قرار گیرند. در اشکال زیر، فونداسیون منفرد سطحی را با میلگردهای آن می بینید:
همان طور که در تصویر مشاهده می نمایید میلگردها در پایین فونداسیون به صورت شبکه ای قرار داده شده اند. قطر و فاصله این میلگردها از یکدیگر نیز با استفاده از محاسبات مربوطه مشخص می گردد. لازم به ذکر است که جهت ایجاد چسبندگی و در نتیجه انتقال نیروی بهتر، میان فولاد و بتن در دیواره های شالوده میلگردها با زاویه 90 درجه خم می گردند.
بستن میلگردها به یکدیگر (گره زدن)
آرماتورهای فولادی بایستی پیش از بتن‌ریزی، بنابر محاسبات انجام شده و طرح آن ها به یکدیگر متصل شده تا در طول عملیات بتن ریزی و گرفتن بتن، جابجا نشوند.
با توجه به کارگاه و نوع قطعه، وضعیت اتصال میلگردها به هم متفاوت خواهد بود؛ برای اینکه بهترین نتیجه در این زمان حاصل شود، تکنسین ساختمان، وظیفه تصمیم گیری نهایی را به عهده دارد. بعضی مواقع قسمت یا بخشی از میلگرد را خارج از قالب کلی بسته و یک شبکه بوجود می آورند. در انتها این شبکه را در قالب قرار می دهند. در بعضی مواقع نیز میلگردها را روی قالب می بندند.
بر اساس پی سازه، اصول پایدار ساختمانی به شکل زیر است:
روانگرایی یا آبگویی: برای وقوع این پدیده سه شرط لازم است:
انواع پی ازنظر مصالح تشکیل دهنده
با توجه به مصالح، پی ساختمان را می توان به صورت زیر تقسیم بندی کرد:
با توجه به مصالحی که در سازه استفاده می شود، انواع قالب بندی عبارتند از:
فونداسیون مرکب: هنگامی که دو ستون در فاصله کم از یکدیگر قرار دارند از پی مرکب استفاده می شود. ابعاد این فونداسیون باید به گونه ای انتخاب شود که بار حاصل از مرکز، با فشار یکنواخت توزیع شود. زمانی از پی ذوزنقه ای استفاده می گردد که اختلاف بارهای دو ستون زیاد باشد و محدودیت هایی برای طول پی وجود داشته باشد.
فونداسیون تسمه‌ای – پی طره ای: استفاده از این نوع پی هنگامی که فاصله ستون ها زیاد باشد یا بار ستون برون محوری بر پی وارد می‌شود، مرسوم است. وظیفه تیر تسمه ای مقاومت در برابر واژگونی است. زمانی که فاصله ستون ها زیاد باشد، استفاده از این نوع پی، باصرفه تر است. تیر تسمه ای بین دو پی نباید در تماس با خاک باشد.
فونداسیون نواری: این نوع پی در زیر دیوار یا یک ردیف ستون قرار می گیرد. پی نواری در سطوح شیب دار در صورت لزوم پله‌ای اجرا می گردد. در پی نواری که زیر دیوار قرار دارد، باید عمق پی، حداقل برابر مقدار پیش آویز باشد.
فونداسیون های نیمه عمیق: پی نیمه عمیق حد فاصل شالوده و پی های شمعی را تشکیل می دهد.
فونداسیون های چاهی: در مواردی که زمین سست باشد با حفر چاهک تا رسیدن به زمین سفت استفاده می شود.
فونداسیون های شناور: نوعی فونداسیون که در آن وزن خاک گودبرداری شده با وزن ساختمانی که قرار است ساخته شود برابر است. زمانی از این فونداسیون استفاده می گردد که خاک نرم بوده و احتمال نشست آن بالا باشد. عمق مناسب خاک بیش از 50 متر باشد و شمع زدن امکان پذیر نباشد.
اجرای شمع در پی ساختمان: یک ستون قرار گرفته در عمق زیاد زمین است که بارهای وارد شده از طرف سازه را تحمل و به لایه های مقاوم منتقل می کند.
فاصله شمع ها: کمترین فاصله مرکز به مرکز شمع ها، برای شمع هایی با تکیه گاه انتهایی، دو برابر کمترین عرض شمع ها، برای شمع های اصطکاکی قطر شمع ها
ظرفیت بارپذیری شمع ها: در یک پروژه شمع اصطکاکی، ظرفیت بارپذیری از مجموع شمع ها کمتر خواهد بود. کاهش ظرفیت، یک سوم محاسبه می شود. از طرفی ظرفیت بارپذیری شمع تکیه گاهی با ظرفیت تمام شمع ها برابر است.
در مهندسی عمران و معماری، بسیاری از افراد اصطلاحات پی و شالوده (یا همان فونداسیون) را به جای هم به کار می برند، اما در واقع تفاوتی جزئی بین آن ها وجود دارد. پی بخش زیرین فونداسیون است که مستقیماً با خاک در تماس بوده و بار ساختمان را به زمین منتقل می کند، در حالی که شالوده مفهومی گسترده تر دارد و شامل تمام اجزایی است که وظیفه تحمل و انتقال بار به زمین را بر عهده دارند.
به زبان ساده، پی یکی از اجزای فونداسیون است، اما شالوده شامل پی، بتن مگر، آرماتور، میلگرد انتظار، شناژ و سایر اجزای اجرایی زیر سازه می شود. در نقشه های عمرانی، پلان فونداسیون معمولاً محل دقیق پی ها و شناژها را مشخص می کند تا بارها به صورت یکنواخت به زمین منتقل شوند.
در طراحی و اجرای فونداسیون ساختمان، شناخت تفاوت پی و شالوده بسیار اهمیت دارد زیرا نوع خاک، عمق فونداسیون و قیمت میلگرد مورد استفاده در هر کدام تأثیر مستقیمی بر هزینه و ایمنی پروژه خواهد داشت. همچنین در همبندی فونداسیون، پی ها توسط شناژها به هم متصل می شوند تا از نشست های ناهمگون جلوگیری شود.
جمع بندی
فونداسیون یا شالوده، مهم ترین بخش در هر ساختمان است که پایداری و دوام آن را تضمین می کند. نوع فونداسیون، ابعاد، مصالح، و روش اجرای آن باید متناسب با شرایط خاک و بارهای سازه ای انتخاب شود. توجه به عواملی چون عمق فونداسیون، کیفیت بتن، و نوع میلگرد نقش کلیدی در عملکرد سازه دارد.
در نهایت، می توان گفت که فونداسیون نه تنها پایه ساختمان بلکه پایه اطمینان از عمر مفید بنا است. اجرای صحیح، استفاده از مصالح استاندارد، و انتخاب مهندسان متخصص باعث می شود هزینه های نگهداری در آینده کاهش یافته و امنیت سازه در برابر نیروهای طبیعی مانند زلزله و نشست زمین حفظ شود. بررسی دقیق پلان فونداسیون، کنترل دقیق میلگرد مصرفی و رعایت اصول طراحی از الزامات هر پروژه موفق عمرانی است.
سوالات متداول
فونداسیون یا پی وظیفه انتقال بارهای سازه به زمین را دارد و تعادل کلی ساختمان را حفظ می کند. این بخش پایه ای ترین عنصر در پایداری و دوام سازه محسوب می شود.
در واقع فونداسیون و پی مفهوم مشابهی دارند؛ اما در برخی منابع، پی به بخش تماس مستقیم با خاک گفته می شود و فونداسیون شامل کل سیستم زیرسازی است.
این نوع فونداسیون زمانی به کار می رود که زمین ظرفیت باربری بالایی داشته باشد و بار سازه زیاد نباشد؛ مانند ساختمان های سبک یا کم ارتفاع.
در سازه های سنگین، برج ها یا مناطقی با خاک سست از فونداسیون های عمیق مانند شمع یا شفت استفاده می شود تا بار به لایه های مقاوم تر منتقل شود.
شناژ یا کلاف رابط، تیر بتنی است که بین فونداسیون ها اجرا می شود تا از جابجایی نسبی و ترک خوردن سازه جلوگیری کند.
مراحل شامل خاکبرداری، تسطیح، بتن مگر، آرماتوربندی، قالب بندی و در نهایت بتن ریزی و عمل آوری است.
بتن، آرماتور، میلگرد انتظار، صفحه ستون، خاموت و قالب بندی از اجزای اصلی فونداسیون هستند.
محاسبه دقیق بارها، بررسی نوع خاک، رعایت ضوابط آیین نامه بتن و در نظر گرفتن نشست مجاز از اصول طراحی است.
نوع خاک، وزن سازه، شرایط اقلیمی، سطح آب زیرزمینی و بودجه اجرایی از عوامل تعیین کننده نوع فونداسیون هستند.
استفاده از بتن با کیفیت، پوشش ضد رطوبت، زهکشی مناسب و اجرای صحیح آرماتوربندی باعث افزایش دوام فونداسیون می شود.
مرکزآهن، مرجعی تخصصی و به روز برای کسب دانش و اطلاع از آخرین تحولات بازار آهن و فولاد است. با وبلاگ جامع ما، همیشه از آخرین اخبار و اطلاعات این صنعت آگاه باشید.