فونداسیون یا پی چیست؟

سازه‌ها و ساختمان‌ها همگی در ابعاد بزرگ و وزن بسیار سنگین ساخته می‌شوند و باید بر بستری محکم و باثبات قرار بگیرند. فونداسیون پایین‌ترین بخش ساختمان‌ها و یا هر سازه عمرانی است که برای انتقال وزن سازه به زمین طراحی و ساخته می‌شود. بنابراین نقش تأثیرگذاری در ایستایی و استحکام کل سازه دارد.

برای طراحی سازه‌های مختلف در شرایط مختلف با اعمال بارهای دینامیکی و استاتیکی متفاوت به انواع فونداسیون نیاز دارید. از طرفی این بخش سازه‌ها به ‌علت حساسیت بالا با رعایت قوانین و استانداردهای متعددی اجرا می‌شوند. برای ساخت و اجرای پی ساختمان به بهره‌مندی از مصالح تخصصی، طراحی مهندسی شده و رعایت تمامی ملاحظات از نوع خاک، بستر زمین، نوع گودبرداری، نوع بارهای سازه و... نیاز دارید. پی یا همان فونداسیون بدون تردید مهمترین بخش و سنگ بنای تمام سازه‌های عمرانی است. در این مقاله از گروه مت سل موتور جستجوی تخصصی صنعت ساختمان به بررسی فنی و جزئیات اجرایی انواع فونداسیون اسکلت فولادی و یا فونداسیون اسکلت بتنی و... می‌پردازیم. همچنین برای خرید قطعه بتنی می‌توانید با ما تماس بگیرید.

فنداسیون

وظایف فونداسیون چیست؟

پی، در پایین‌ترین نقطه ساختمان و در عمق مناسبی از خاک قبل ‌از اجرای هر بخش دیگر سازه اجرا می‌شود. تمام اعضای باربر، غیر باربر و حتی بارهای دینامیکی و... نیروی خود را بر روی پی وارد کرده و لازم است تا شالوده از قدرت کافی برای انتقال بارها به سمت زمین برخوردار باشد. وظایف شالوده، ایجاد استحکام و پایداری سازه است. اما در نگاه کلی‌تر می‌توانیم وظایف این بخش پایه‌ای در انواع سازه‌ها را به‌ قرار زیر تفکیک کنیم:

  • باعث استقرار سازه در مکانی معین و بدون تغییر در اعضای مختلف سازه می‌شود.
  • از نشست سنگین و خطرناک سازه در عمق خاک جلوگیری می‌کند.
  • در صورت هر نوع نشست سازه این مقدار جابجایی یکسان است.
  • با انتقال کامل بار به زمین از تنش و شکست اعضای باربر در بخش‌های زیرین سازه جلوگیری می‌کند.
  • در مقابل هر نوع بار جانبی مانند وزش باد و یا زلزله و حتی بارهای دینامیکی مقاوم است و از واژگون شدن سازه جلوگیری می‌کند.

بارهای وارد شده بر ساختمان چه هستند؟

توجه به نوع بارها و مقدار آنها در طراحی و ساخت انواع فونداسیون مورد توجه قرار می‌گیرد. مهندسین قبل ‌از هر اقدامی برای طراحی سازه مقدار بار و نوع آنها را پیش ‌بینی کرده و ابعاد، نوع شبکه آرماتورها، عمق بتن‌ریزی و حتی نوع بتن فونداسیون را با توجه به حضور بارها محاسبه می‌کنند. این بارهای وارد شده به ساختمان به ‌قرار زیر هستند:

  • بارهای مرده (بارهای استاتیکی): بارهای وارد شده از وزن خود سازه هستند که شامل تمام اعضای بتنی، دیوارها، سقف‌ها، تیرها و یا دال‌ها و... است.
  • بارهای متحرک (بارهای دینامیکی یا زنده): هر نوع بار متحرک سازه مانند افراد ساکن ساختمان، رفت‌وآمد اتومبیل‌ها و...
  • بارهای جانبی: بارهایی که در اثر شرایط محیطی به سازه وارد می‌شوند. باد و زلزله از چنین بارهایی هستند.

در مهندسی عمران و برای طراحی فنداسیون‌ها از تأثیر تمامی این بارها در کنار یکدیگر استفاده می‌کنند. در نهایت فنداسیون ساختمان باید به شکلی طراحی شود که تمامی وزن بارها را به داخل زمین منتقل کرده و از تجمع فشار بارها در نقطه‌ای از سازه جلوگیری کند.

فاکتورهای تأثیرگذار در ابعاد فونداسیون

وقتی برای طراحی ساختمان اقدام می‌کنید، در اولین قدم باید ابعاد و حجم پی بنا را محاسبه کنید. برای محاسبه حجم پی ریزی نیز با فاکتورهای متعددی از قبیل مقدار بار وارد شده از ساختمان، مقاومت بستر خاکی، جنس و نوع مصالح، نوع میلگردها و نوع طراحی پی سروکار داریم.

از نگاه مهندسی ابعاد شالوده نسبت مستقیم با مقدار بار سازه و نسبت عکس با مقاومت بستر خاکی دارد. بدین معنی که هر اندازه بار ساختمان بیشتر باشد و یا مقاومت بستر خاکی کمتر باشد، قاعدتاً به شالوده مستحکم‌تری با ابعاد بزرگتری نیاز داریم. اما در خاک‌های مقاوم و یا سازه‌های سبک از پی‌های کوچکتری در عمق کمتری از خاک استفاده می‌کنند.

فونداسیون نواری

دسته‌بندی انواع فونداسیون

پی ساختمان‌ها با توجه به نوع سازه و شکل‌گیری شالوده بنا در دو دسته‌بندی کلی قرار می‌گیرد:

  • فونداسیون‌های سطحی: بدون نیاز به حفاری عمیق خاک و تقریباً در سطح زمین با دیوارکشی و قالب سازی تهیه می‌شوند. این نوع پی‌ریزی مناسب سازه‌های کوچک بر روی خاک‌های مقاوم است.
  • فونداسیون‌های عمیق: با حفاری قابل ‌توجه خاک و در عمق زیاد زمین ساخته می‌شوند. مهندسین برای رسیدن به لایه‌های مقاوم خاک و یا اطمینان از استحکام سازه حفاری قابل‌ توجهی انجام می‌دهند و یا از کاشت بولت هایی بزرگ در عمق زیاد خاک استفاده می کنند. این نوع پی‌ریزی مناسب سازه‌های بزرگ بر روی خاک‌های نه ‌چندان مقاوم است.

از نگاهی جزئی‌تر می‌توانیم انواع شالوده را در موارد زیر نیز دسته‌بندی کنیم:

  • پی‌ریزی های سطحی
  • پی‌ریزی های عمیق با کاشت شمع‌ها
  • پی‌ریزی های نیمه عمیق (چاهی)
  • پی‌ریزی های ویژه مانند استفاده از مهاربند ها، پی‌های صندوقه ای و یا ستون‌های مدفون شنی و مهارهای بتنی
  • پی‌های منفرد یا نقطه‌ای

در ادامه به بررسی فنی‌تر و چگونگی ساخت و موارد کاربردی انواع فونداسیون می‌پردازیم.

فونداسیون‌های سطحی

وقتی زمین شرایط مساعدی دارد و از استحکام کافی برخوردار است و سازه نیز چندان ساختمان سنگین ‌وزنی نیست و یا نیازی به طراحی طبقات زیرزمینی نداریم، می‌توانیم از انواع تکنیک‌های پی‌ریزی سطحی استفاده کنیم. عموماً فونداسیون برای یک طبقه و یا فونداسیون برای دو طبقه و گاهاً بناهای سبک آپارتمانی در خاک‌های متراکم را با استفاده از شالوده سطحی می‌سازند. انواع شالوده‌های سطحی به ‌قرار زیر دسته‌بندی می‌شوند:

فونداسیون منفرد

پی‌های مستقل و جدا از یکدیگر هستند که هر کدام به‌ تنهایی در عمق سطحی از خاک بتن‌ریزی می‌شوند. هر پی منفرد بخشی از بارهای دینامیکی، استاتیکی و حتی بارهای جانبی سازه را منتقل می‌کند. مجموع این پی‌ها، شالوده سازه را ایجاد می‌کند. پی‌های منفرد برای ساختمان‌های کوچک مانند فونداسیون برای دو طبقه کارایی دارد.

فونداسیون ساختمان دو طبقه

فونداسیون شناژ بندی

در پی‌ریزی سطحی ساختمان‌های بزرگ و یا سنگین به ایجاد یک بستر یکپارچه میان تمامی ستون‌های منفرد نیاز داریم. این بستر یکپارچه با ارتباط میان ستون‌ها توسط شناژ انجام می‌شود. از شناژ برای کلاف و مهار کردن شالوده ساختمان در تعداد زیاد استفاده میکنند. شناژها از ساختمان در مقابل نیروهای افقی و یا هر نوع نشست جانبی جلوگیری می‌کنند. نشست نامتوازن از مشکلات جدی پی‌ریزی های منفرد است که حالا با اتصال آنها از طریق تکنیک شناژ بندی به طور کامل برطرف می‌شود.

فونداسیون نواری

مخصوص طراحی و پی‌ریزی ساختمان‌های سنگین بر روی خاک‌های نه ‌چندان مقاوم است؛ اما به ‌علت طرح یکپارچه بهترین تکنیک در اجرای فونداسیون سطحی است. در این روش از اتصال محوری شالوده‌ها در پایین‌ترین بخش پی‌ریزی استفاده می‌شود. برای شکل‌گیری فونداسیون نواری دو یا چند شالوده را به شکل محوری وصل کرده و سپس نوارهای ایجاد شده را در کنار هم متصل می‌کنند. فونداسیون نواری شکلی شبیه به قطعات مستطیلی از کنار هم قرار گرفتن شناژهای طولی و عرضی دارد.

فونداسیون گسترده

نوع تکامل‌یافته از شالوده سطحی است که به دلیل نرمی بافت خاک و یا وزن بسیار زیاد سازه در ابعاد بزرگ اجرا می‌شوند. این نوع پی‌ریزی ساختمان از کنار هم قرار گرفتن نوارهای پهن شناژ در میان شالوده‌ها ساخته می‌شود. در کل، اگر خاک زیر پای سازه از استحکام کافی برخوردار نیست و یا حفاری برای پی‌ریزی های عمیق هزینه‌بردار است، لازم است تا از تکنیک پی ریزی سطحی گسترده استفاده کنید. این تکنیک‌ها عموماً در فونداسیون برای سه طبقه و بیشتر در سازه‌های کاملاً سنگین و بزرگ کارایی دارد. انواع پی های سطحی گسترده را در مدل‌های زیر دسته‌بندی می‌کنند:

  • شالوده‌های گسترده با طراحی ساده
  • شالوده‌های گسترده از نوع تیرچه دار
  • شالوده‌های گسترده با ایجاد قطعات سلولی

علاوه ‌بر این برای هر چه مقاوم‌تر شدن انواع شالوده گسترده از نوع سطحی تکنیک‌های متعددی مانند نصب تیرها برای محدود کردن نیروها در سمت پایین و یا نصب تیرها با محدودیت به سمت بالا استفاده می‌کنند.

فونداسیون‌ عمیق

وقتی خاک زیر پای سازه از استحکام کافی برخوردار نیست و یا خود سازه بسیار بزرگ و سنگین ‌وزن است، دیگر نمی‌توانیم به ایجاد شالوده در سطح زمین اکتفا کنیم. بلکه باید با حفاری و قرار دادن شالوده‌ها در عمق زمین بستر مستحکم کافی را ایجاد نماییم. از بخش‌های واسط مانند سر شمعی‌ها برای اتصال میان بخش‌های باربر سازه و فونداسیون عمیق استفاده می‌کنند. هر اندازه ارتفاع سازه افزایش پیدا می‌کند و بر وزن آن افزوده می‌شود و یا احتمال بارهای ترافیکی بسیار سنگین وجود دارد، بر عمق شالوده عمیق نیز افزوده خواهد شد. انواع شالوده عمیق به ‌قرار زیر هستند:

  • فونداسیون‌های ته باربری
  • فونداسیون‌های اصطکاکی

فونداسیون برای یک طبقه

فونداسیون شمعی چیست؟

فونداسیون شمعی (Pier Foundation) در دسته‌بندی پی های عمیق قرار می‌گیرد که برای انتقال بارهای سنگین از سازه به لایه‌های عمیق سنگی مورد استفاده قرار خواهد گرفت. برای طراحی این نوع فونداسیون از کاشت بولت‌های بزرگ در عمق زمین برای رسیدن به لایه‌های سنگی استفاده می‌کنند و نوع خاصی از ستون‌های بتنی و عمودی وظیفه انتقال بار سازه به این شمع‌های نصب ‌شده در عمق زمین را بر عهده دارند.

شمع‌ها هر کدام عضوهایی با طول خیلی بلند اما سطح مقطع باریک هستند تا به ‌راحتی همراه با حفاری در عمق زمین کاشته شوند. معمولاً این شمع‌ها را از قطعات فولادین و یا قطعات بتن‌آرمه تولید می‌کنند. این شمع غالباً به شکل قطعات پیش ‌ساخته در محل پروژه استفاده می‌شود. اما امکان ساخت آنها در محل پروژه نیز وجود دارد. انواع فونداسیون شمعی براساس نوع عملکرد و روش اجرا به قرار زیر دسته‌بندی می‌شوند:

  • پی ریزی شمعی اصطکاکی (Friction Pile): مناسب نصب در خاک‌های نرم و عمیق هستند. در این نوع فنداسیون انتقال بار از طریق اصطکاک بین شمع و خاک نرم انجام می‌شود. در چنین شرایطی شمع در حالتی سیال گونه از خاک نرم قرار گرفته است و به نوعی مانند میخ‌هایی برای استحکام بستر عمل کرده تا از جابجایی بستر خاکی جلوگیری کنند. لذا عملاً بستر برای استقرار شالوده ساختمان نیست؛ بلکه از فونداسیون شمعی برای استقرار بستر و جلوگیری از حرکت آن استفاده ‌شده است.
  • فونداسیون شمعی اتکایی (Bearing Pile): ازین نوع فونداسیون برای رسیدن به لایه‌های سخت و سنگی عمق زمین استفاده می‌کنند. معمولاً وقتی بستر خاکی استحکام کافی را ندارد و یا وزن سازه بسیار زیاد است، طول شمع‌ها را آن‌قدر بلند می‌کنند تا هر شمع بر روی بستر سنگی از عمق زمین قرار بگیرد. به شکلی که هر شمع در اتکا به بستر سنگی زیر خود قرار دارد. در این حالت بستر سنگی برای استقرار و تثبیت شالوده استفاده شده ‌است.

متریال‌های ساخت فونداسیون شمعی

هر شالوده شمعی از کاشته شدن عمیق بولت‌های بزرگ در عمق خاک تشکیل می‌شود. به شکلی که عملاً قرار است تا بستر خاکی زیر پای سازه را به ‌مانند شبکه‌ای از پایه‌های نازک تثبیت کنیم. برای ساخت این بولت‌های بزرگ (شمع‌ها) از متریال‌های متفاوتی به‌ قرار زیر استفاده می‌کنند:

  • شمع‌های چوبی: ضعیف‌ترین و ساده‌ترین نوع شمع برای تثبیت خاک‌های نرم و کم‌عمق است و معمولاً برای ساخت سازه‌های سبک خصوصاً سازه‌های چوبی استفاده می‌شود. در این نوع، قطعات چوبی به قطر ۲۰ الی ۵۰ سانتی‌متر را در عمق زمین می‌کوبانند.
  • شمع فولادی: از مستحکم‌ترین نوع فونداسیون شمعی است که در ساخت آن از قوطی تیرهای بلند با مقطع توخالی برای کوبیده شدن در بستر خاک استفاده می‌کنند. این شمع‌های فولادین محکم و بادوام هستند و به ‌علت نصب سریع همراه با کوبیدن متوالی کاربرد گسترده دارند؛ اما طول آنها برای رسیدن به بسترهای سنگی محدود است و عموماً برای بسترهای اصطکاکی استفاده می‌شوند.
  • شمع کامپوزیتی: نوع ارتقاء یافته‌ای از شمع‌های آرماتوربندی شده ‌است. برای ساخت این بولت‌های بزرگ از قطعات یکپارچه کامپوزیتی همراه بتن در ساختار فولادین و یا چوبی استفاده می‌کنند. در برخی از مدل‌ها نیز از تلفیق انواع بتن با پارچه‌های کامپوزیتی برای ساختن این بولت‌های عمودی استفاده شده ‌است. از این نوع شمع معمولاً برای تثبیت بستر خاکی در مناطق ساحلی استفاده می‌کنند.
  • شمع بتنی: کاربردی‌ترین نوع شمع است که در قطعات بزرگ با قطر فراتر از ۰.۵ متری و طولی تا حداکثر ۳۰ متر و حتی بزرگتر ساخته می‌شوند. نسبت ‌به جریان رطوبت لایه‌های عمیق خاک مقاوم هستند و به ‌راحتی می‌توانند حجم ضعیفی از خاک را تثبیت کنند. در عین ‌حال برای انتقال بار از سازه تا بسترهای سنگی در بتن‌های اتکایی کارایی دارند.

در چه نوع شرایطی به فونداسیون شمعی نیاز داریم؟

کوباندن یا کاشت شمع در عمق خاک باعث تثبیت خاک‌های روان و یا نرم می‌شود و حتی در تثبیت سازه بر روی یک بستر مستحکم عمیق سنگی تأثیرگذار است. قاعدتا در هر شرایطی و برای هر نوع پروژه‌ای به اجرای پی ریز شمعی نیاز نداریم. اما در برخی از پروژه‌ها مانند موارد زیر، اجرای بولت‌های کوبیده شده در عمق خاک الزامی است. از قبیل:

  • استفاده از لایه‌های محکم با ظرفیت باربری بالا در عمق نازک خاک
  • وجود هر نوع کانال و یا رودخانه و یا مسیر آب‌رو در اطراف سازه
  • هزینه بردار بودن اجرای فنداسیون گسترده
  • ساخت هر نوع سازه در زمین‌های باتلاقی
  • وزن سنگین سازه در شرایط متمرکز
  • احتمال تراکم پذیر بودن و یا جابه‌جایی خاک در لایه‌های سطحی زمین
  • اجرای سازه در آب‌های روان مانند پایه پل‌ها و یا اسکله دریایی و...

فاکتورهای تأثیرگذار برای انتخاب شالوده کدامند؟

در این مقاله قدم به قدم با انواع فونداسیون‌های منفرد، سطحی، گسترده و یا شمعی آشنا شده‌اید. در این ‌میان چگونه می‌توانیم بهترین نوع شالوده را برای سازه‌های خود انتخاب کنیم؟! قطعاً شرایط متفاوت سازه و یا شرایط متفاوت زمین و همچنین توجه به نوع کاربردی و نیازهای سازه در این انتخاب تأثیرگذار هستند. برخی از فاکتورهای کلیدی برای انتخاب نوع فونداسیون به ‌قرار زیر هستند:

  • بررسی بارهای اعمال شده از طرف سازه
  • ظرفیت باربری زمین اعم از نوع خاک، مقاومت خاک، عمق متراکم و باثبات خاک و...
  • بررسی لایه‌های متفاوت خاک در بستر زمین که ممکن است در عمق کوتاه تغییرات گسترده‌ای داشته باشند.
  • بررسی احتمال مواجه شدن با آب‌های زیرزمینی و یا آب‌های سطحی و تاثیر جریان آنها در بافت خاکی
  • بررسی شرایط اجرای پی ریزی و در کل انتخاب ساده‌ترین روش با توجه به شرایط پروژه
  • بررسی سازه‌های مجاور پروژه
  • بررسی شیب زمین و نوع شرایط خاک‌برداری
  • توجه به شرایط اقلیمی و آب‌وهوایی
  • هزینه اجرای انواع شالوده در سطح پروژه با توجه به شرایط موجود

با در نظر گرفتن تمامی این فاکتورها می‌توانیم برای انتخاب نوع فونداسیون دست ‌به ‌کار شویم. دقت کنید که لزوماً انتخاب شما رسیدن به شالوده ایده‌آل تمامی این فاکتورها نیست. مثلاً نمی‌توانید در زمین‌های شیب‌دار و یا زمین‌های سست برای فونداسیون ساده و اقتصادی اقدام کنید. اما مهندسین کاربلد و باتجربه همواره نگاهی ساختاریافته دارند و قطعاً پایداری و ماندگاری سازه اولویت اول است. لذا در کنار موضوعات اقتصادی قبل‌ از هر چیز برای طراحی شالوده‌هایی که تحت هر شرایطی پایدار و ماندگار باشند، اقدام می‌کنند. اگر می‌خواهید بدانید چه نوع بتنی بخرید این مقاله را مطالعه کنید.

فونداسیون یا پی چیست؟

سازه‌ها و ساختمان‌ها همگی در ابعاد بزرگ و وزن بسیار سنگین ساخته می‌شوند و باید بر بستری محکم و باثبات قرار بگیرند. فونداسیون پایین‌ترین بخش ساختمان‌ها و یا هر سازه عمرانی است که برای انتقال وزن سازه به زمین طراحی و ساخته می‌شود. بنابراین نقش تأثیرگذاری در ایستایی و استحکام کل سازه دارد.

برای طراحی سازه‌های مختلف در شرایط مختلف با اعمال بارهای دینامیکی و استاتیکی متفاوت به انواع فونداسیون نیاز دارید. از طرفی این بخش سازه‌ها به ‌علت حساسیت بالا با رعایت قوانین و استانداردهای متعددی اجرا می‌شوند. برای ساخت و اجرای پی ساختمان به بهره‌مندی از مصالح تخصصی، طراحی مهندسی شده و رعایت تمامی ملاحظات از نوع خاک، بستر زمین، نوع گودبرداری، نوع بارهای سازه و... نیاز دارید. پی یا همان فونداسیون بدون تردید مهمترین بخش و سنگ بنای تمام سازه‌های عمرانی است. در این مقاله از گروه مت سل موتور جستجوی تخصصی صنعت ساختمان به بررسی فنی و جزئیات اجرایی انواع فونداسیون اسکلت فولادی و یا فونداسیون اسکلت بتنی و... می‌پردازیم. همچنین برای خرید قطعه بتنی می‌توانید با ما تماس بگیرید.

فنداسیون

وظایف فونداسیون چیست؟

پی، در پایین‌ترین نقطه ساختمان و در عمق مناسبی از خاک قبل ‌از اجرای هر بخش دیگر سازه اجرا می‌شود. تمام اعضای باربر، غیر باربر و حتی بارهای دینامیکی و... نیروی خود را بر روی پی وارد کرده و لازم است تا شالوده از قدرت کافی برای انتقال بارها به سمت زمین برخوردار باشد. وظایف شالوده، ایجاد استحکام و پایداری سازه است. اما در نگاه کلی‌تر می‌توانیم وظایف این بخش پایه‌ای در انواع سازه‌ها را به‌ قرار زیر تفکیک کنیم:

  • باعث استقرار سازه در مکانی معین و بدون تغییر در اعضای مختلف سازه می‌شود.
  • از نشست سنگین و خطرناک سازه در عمق خاک جلوگیری می‌کند.
  • در صورت هر نوع نشست سازه این مقدار جابجایی یکسان است.
  • با انتقال کامل بار به زمین از تنش و شکست اعضای باربر در بخش‌های زیرین سازه جلوگیری می‌کند.
  • در مقابل هر نوع بار جانبی مانند وزش باد و یا زلزله و حتی بارهای دینامیکی مقاوم است و از واژگون شدن سازه جلوگیری می‌کند.

بارهای وارد شده بر ساختمان چه هستند؟

توجه به نوع بارها و مقدار آنها در طراحی و ساخت انواع فونداسیون مورد توجه قرار می‌گیرد. مهندسین قبل ‌از هر اقدامی برای طراحی سازه مقدار بار و نوع آنها را پیش ‌بینی کرده و ابعاد، نوع شبکه آرماتورها، عمق بتن‌ریزی و حتی نوع بتن فونداسیون را با توجه به حضور بارها محاسبه می‌کنند. این بارهای وارد شده به ساختمان به ‌قرار زیر هستند:

  • بارهای مرده (بارهای استاتیکی): بارهای وارد شده از وزن خود سازه هستند که شامل تمام اعضای بتنی، دیوارها، سقف‌ها، تیرها و یا دال‌ها و... است.
  • بارهای متحرک (بارهای دینامیکی یا زنده): هر نوع بار متحرک سازه مانند افراد ساکن ساختمان، رفت‌وآمد اتومبیل‌ها و...
  • بارهای جانبی: بارهایی که در اثر شرایط محیطی به سازه وارد می‌شوند. باد و زلزله از چنین بارهایی هستند.

در مهندسی عمران و برای طراحی فنداسیون‌ها از تأثیر تمامی این بارها در کنار یکدیگر استفاده می‌کنند. در نهایت فنداسیون ساختمان باید به شکلی طراحی شود که تمامی وزن بارها را به داخل زمین منتقل کرده و از تجمع فشار بارها در نقطه‌ای از سازه جلوگیری کند.

فاکتورهای تأثیرگذار در ابعاد فونداسیون

وقتی برای طراحی ساختمان اقدام می‌کنید، در اولین قدم باید ابعاد و حجم پی بنا را محاسبه کنید. برای محاسبه حجم پی ریزی نیز با فاکتورهای متعددی از قبیل مقدار بار وارد شده از ساختمان، مقاومت بستر خاکی، جنس و نوع مصالح، نوع میلگردها و نوع طراحی پی سروکار داریم.

از نگاه مهندسی ابعاد شالوده نسبت مستقیم با مقدار بار سازه و نسبت عکس با مقاومت بستر خاکی دارد. بدین معنی که هر اندازه بار ساختمان بیشتر باشد و یا مقاومت بستر خاکی کمتر باشد، قاعدتاً به شالوده مستحکم‌تری با ابعاد بزرگتری نیاز داریم. اما در خاک‌های مقاوم و یا سازه‌های سبک از پی‌های کوچکتری در عمق کمتری از خاک استفاده می‌کنند.

فونداسیون نواری

دسته‌بندی انواع فونداسیون

پی ساختمان‌ها با توجه به نوع سازه و شکل‌گیری شالوده بنا در دو دسته‌بندی کلی قرار می‌گیرد:

  • فونداسیون‌های سطحی: بدون نیاز به حفاری عمیق خاک و تقریباً در سطح زمین با دیوارکشی و قالب سازی تهیه می‌شوند. این نوع پی‌ریزی مناسب سازه‌های کوچک بر روی خاک‌های مقاوم است.
  • فونداسیون‌های عمیق: با حفاری قابل ‌توجه خاک و در عمق زیاد زمین ساخته می‌شوند. مهندسین برای رسیدن به لایه‌های مقاوم خاک و یا اطمینان از استحکام سازه حفاری قابل‌ توجهی انجام می‌دهند و یا از کاشت بولت هایی بزرگ در عمق زیاد خاک استفاده می کنند. این نوع پی‌ریزی مناسب سازه‌های بزرگ بر روی خاک‌های نه ‌چندان مقاوم است.

از نگاهی جزئی‌تر می‌توانیم انواع شالوده را در موارد زیر نیز دسته‌بندی کنیم:

  • پی‌ریزی های سطحی
  • پی‌ریزی های عمیق با کاشت شمع‌ها
  • پی‌ریزی های نیمه عمیق (چاهی)
  • پی‌ریزی های ویژه مانند استفاده از مهاربند ها، پی‌های صندوقه ای و یا ستون‌های مدفون شنی و مهارهای بتنی
  • پی‌های منفرد یا نقطه‌ای

در ادامه به بررسی فنی‌تر و چگونگی ساخت و موارد کاربردی انواع فونداسیون می‌پردازیم.

فونداسیون‌های سطحی

وقتی زمین شرایط مساعدی دارد و از استحکام کافی برخوردار است و سازه نیز چندان ساختمان سنگین ‌وزنی نیست و یا نیازی به طراحی طبقات زیرزمینی نداریم، می‌توانیم از انواع تکنیک‌های پی‌ریزی سطحی استفاده کنیم. عموماً فونداسیون برای یک طبقه و یا فونداسیون برای دو طبقه و گاهاً بناهای سبک آپارتمانی در خاک‌های متراکم را با استفاده از شالوده سطحی می‌سازند. انواع شالوده‌های سطحی به ‌قرار زیر دسته‌بندی می‌شوند:

فونداسیون منفرد

پی‌های مستقل و جدا از یکدیگر هستند که هر کدام به‌ تنهایی در عمق سطحی از خاک بتن‌ریزی می‌شوند. هر پی منفرد بخشی از بارهای دینامیکی، استاتیکی و حتی بارهای جانبی سازه را منتقل می‌کند. مجموع این پی‌ها، شالوده سازه را ایجاد می‌کند. پی‌های منفرد برای ساختمان‌های کوچک مانند فونداسیون برای دو طبقه کارایی دارد.

فونداسیون ساختمان دو طبقه

فونداسیون شناژ بندی

در پی‌ریزی سطحی ساختمان‌های بزرگ و یا سنگین به ایجاد یک بستر یکپارچه میان تمامی ستون‌های منفرد نیاز داریم. این بستر یکپارچه با ارتباط میان ستون‌ها توسط شناژ انجام می‌شود. از شناژ برای کلاف و مهار کردن شالوده ساختمان در تعداد زیاد استفاده میکنند. شناژها از ساختمان در مقابل نیروهای افقی و یا هر نوع نشست جانبی جلوگیری می‌کنند. نشست نامتوازن از مشکلات جدی پی‌ریزی های منفرد است که حالا با اتصال آنها از طریق تکنیک شناژ بندی به طور کامل برطرف می‌شود.

فونداسیون نواری

مخصوص طراحی و پی‌ریزی ساختمان‌های سنگین بر روی خاک‌های نه ‌چندان مقاوم است؛ اما به ‌علت طرح یکپارچه بهترین تکنیک در اجرای فونداسیون سطحی است. در این روش از اتصال محوری شالوده‌ها در پایین‌ترین بخش پی‌ریزی استفاده می‌شود. برای شکل‌گیری فونداسیون نواری دو یا چند شالوده را به شکل محوری وصل کرده و سپس نوارهای ایجاد شده را در کنار هم متصل می‌کنند. فونداسیون نواری شکلی شبیه به قطعات مستطیلی از کنار هم قرار گرفتن شناژهای طولی و عرضی دارد.

فونداسیون گسترده

نوع تکامل‌یافته از شالوده سطحی است که به دلیل نرمی بافت خاک و یا وزن بسیار زیاد سازه در ابعاد بزرگ اجرا می‌شوند. این نوع پی‌ریزی ساختمان از کنار هم قرار گرفتن نوارهای پهن شناژ در میان شالوده‌ها ساخته می‌شود. در کل، اگر خاک زیر پای سازه از استحکام کافی برخوردار نیست و یا حفاری برای پی‌ریزی های عمیق هزینه‌بردار است، لازم است تا از تکنیک پی ریزی سطحی گسترده استفاده کنید. این تکنیک‌ها عموماً در فونداسیون برای سه طبقه و بیشتر در سازه‌های کاملاً سنگین و بزرگ کارایی دارد. انواع پی های سطحی گسترده را در مدل‌های زیر دسته‌بندی می‌کنند:

  • شالوده‌های گسترده با طراحی ساده
  • شالوده‌های گسترده از نوع تیرچه دار
  • شالوده‌های گسترده با ایجاد قطعات سلولی

علاوه ‌بر این برای هر چه مقاوم‌تر شدن انواع شالوده گسترده از نوع سطحی تکنیک‌های متعددی مانند نصب تیرها برای محدود کردن نیروها در سمت پایین و یا نصب تیرها با محدودیت به سمت بالا استفاده می‌کنند.

فونداسیون‌ عمیق

وقتی خاک زیر پای سازه از استحکام کافی برخوردار نیست و یا خود سازه بسیار بزرگ و سنگین ‌وزن است، دیگر نمی‌توانیم به ایجاد شالوده در سطح زمین اکتفا کنیم. بلکه باید با حفاری و قرار دادن شالوده‌ها در عمق زمین بستر مستحکم کافی را ایجاد نماییم. از بخش‌های واسط مانند سر شمعی‌ها برای اتصال میان بخش‌های باربر سازه و فونداسیون عمیق استفاده می‌کنند. هر اندازه ارتفاع سازه افزایش پیدا می‌کند و بر وزن آن افزوده می‌شود و یا احتمال بارهای ترافیکی بسیار سنگین وجود دارد، بر عمق شالوده عمیق نیز افزوده خواهد شد. انواع شالوده عمیق به ‌قرار زیر هستند:

  • فونداسیون‌های ته باربری
  • فونداسیون‌های اصطکاکی

فونداسیون برای یک طبقه

فونداسیون شمعی چیست؟

فونداسیون شمعی (Pier Foundation) در دسته‌بندی پی های عمیق قرار می‌گیرد که برای انتقال بارهای سنگین از سازه به لایه‌های عمیق سنگی مورد استفاده قرار خواهد گرفت. برای طراحی این نوع فونداسیون از کاشت بولت‌های بزرگ در عمق زمین برای رسیدن به لایه‌های سنگی استفاده می‌کنند و نوع خاصی از ستون‌های بتنی و عمودی وظیفه انتقال بار سازه به این شمع‌های نصب ‌شده در عمق زمین را بر عهده دارند.

شمع‌ها هر کدام عضوهایی با طول خیلی بلند اما سطح مقطع باریک هستند تا به ‌راحتی همراه با حفاری در عمق زمین کاشته شوند. معمولاً این شمع‌ها را از قطعات فولادین و یا قطعات بتن‌آرمه تولید می‌کنند. این شمع غالباً به شکل قطعات پیش ‌ساخته در محل پروژه استفاده می‌شود. اما امکان ساخت آنها در محل پروژه نیز وجود دارد. انواع فونداسیون شمعی براساس نوع عملکرد و روش اجرا به قرار زیر دسته‌بندی می‌شوند:

  • پی ریزی شمعی اصطکاکی (Friction Pile): مناسب نصب در خاک‌های نرم و عمیق هستند. در این نوع فنداسیون انتقال بار از طریق اصطکاک بین شمع و خاک نرم انجام می‌شود. در چنین شرایطی شمع در حالتی سیال گونه از خاک نرم قرار گرفته است و به نوعی مانند میخ‌هایی برای استحکام بستر عمل کرده تا از جابجایی بستر خاکی جلوگیری کنند. لذا عملاً بستر برای استقرار شالوده ساختمان نیست؛ بلکه از فونداسیون شمعی برای استقرار بستر و جلوگیری از حرکت آن استفاده ‌شده است.
  • فونداسیون شمعی اتکایی (Bearing Pile): ازین نوع فونداسیون برای رسیدن به لایه‌های سخت و سنگی عمق زمین استفاده می‌کنند. معمولاً وقتی بستر خاکی استحکام کافی را ندارد و یا وزن سازه بسیار زیاد است، طول شمع‌ها را آن‌قدر بلند می‌کنند تا هر شمع بر روی بستر سنگی از عمق زمین قرار بگیرد. به شکلی که هر شمع در اتکا به بستر سنگی زیر خود قرار دارد. در این حالت بستر سنگی برای استقرار و تثبیت شالوده استفاده شده ‌است.

متریال‌های ساخت فونداسیون شمعی

هر شالوده شمعی از کاشته شدن عمیق بولت‌های بزرگ در عمق خاک تشکیل می‌شود. به شکلی که عملاً قرار است تا بستر خاکی زیر پای سازه را به ‌مانند شبکه‌ای از پایه‌های نازک تثبیت کنیم. برای ساخت این بولت‌های بزرگ (شمع‌ها) از متریال‌های متفاوتی به‌ قرار زیر استفاده می‌کنند:

  • شمع‌های چوبی: ضعیف‌ترین و ساده‌ترین نوع شمع برای تثبیت خاک‌های نرم و کم‌عمق است و معمولاً برای ساخت سازه‌های سبک خصوصاً سازه‌های چوبی استفاده می‌شود. در این نوع، قطعات چوبی به قطر ۲۰ الی ۵۰ سانتی‌متر را در عمق زمین می‌کوبانند.
  • شمع فولادی: از مستحکم‌ترین نوع فونداسیون شمعی است که در ساخت آن از قوطی تیرهای بلند با مقطع توخالی برای کوبیده شدن در بستر خاک استفاده می‌کنند. این شمع‌های فولادین محکم و بادوام هستند و به ‌علت نصب سریع همراه با کوبیدن متوالی کاربرد گسترده دارند؛ اما طول آنها برای رسیدن به بسترهای سنگی محدود است و عموماً برای بسترهای اصطکاکی استفاده می‌شوند.
  • شمع کامپوزیتی: نوع ارتقاء یافته‌ای از شمع‌های آرماتوربندی شده ‌است. برای ساخت این بولت‌های بزرگ از قطعات یکپارچه کامپوزیتی همراه بتن در ساختار فولادین و یا چوبی استفاده می‌کنند. در برخی از مدل‌ها نیز از تلفیق انواع بتن با پارچه‌های کامپوزیتی برای ساختن این بولت‌های عمودی استفاده شده ‌است. از این نوع شمع معمولاً برای تثبیت بستر خاکی در مناطق ساحلی استفاده می‌کنند.
  • شمع بتنی: کاربردی‌ترین نوع شمع است که در قطعات بزرگ با قطر فراتر از ۰.۵ متری و طولی تا حداکثر ۳۰ متر و حتی بزرگتر ساخته می‌شوند. نسبت ‌به جریان رطوبت لایه‌های عمیق خاک مقاوم هستند و به ‌راحتی می‌توانند حجم ضعیفی از خاک را تثبیت کنند. در عین ‌حال برای انتقال بار از سازه تا بسترهای سنگی در بتن‌های اتکایی کارایی دارند.

در چه نوع شرایطی به فونداسیون شمعی نیاز داریم؟

کوباندن یا کاشت شمع در عمق خاک باعث تثبیت خاک‌های روان و یا نرم می‌شود و حتی در تثبیت سازه بر روی یک بستر مستحکم عمیق سنگی تأثیرگذار است. قاعدتا در هر شرایطی و برای هر نوع پروژه‌ای به اجرای پی ریز شمعی نیاز نداریم. اما در برخی از پروژه‌ها مانند موارد زیر، اجرای بولت‌های کوبیده شده در عمق خاک الزامی است. از قبیل:

  • استفاده از لایه‌های محکم با ظرفیت باربری بالا در عمق نازک خاک
  • وجود هر نوع کانال و یا رودخانه و یا مسیر آب‌رو در اطراف سازه
  • هزینه بردار بودن اجرای فنداسیون گسترده
  • ساخت هر نوع سازه در زمین‌های باتلاقی
  • وزن سنگین سازه در شرایط متمرکز
  • احتمال تراکم پذیر بودن و یا جابه‌جایی خاک در لایه‌های سطحی زمین
  • اجرای سازه در آب‌های روان مانند پایه پل‌ها و یا اسکله دریایی و...

فاکتورهای تأثیرگذار برای انتخاب شالوده کدامند؟

در این مقاله قدم به قدم با انواع فونداسیون‌های منفرد، سطحی، گسترده و یا شمعی آشنا شده‌اید. در این ‌میان چگونه می‌توانیم بهترین نوع شالوده را برای سازه‌های خود انتخاب کنیم؟! قطعاً شرایط متفاوت سازه و یا شرایط متفاوت زمین و همچنین توجه به نوع کاربردی و نیازهای سازه در این انتخاب تأثیرگذار هستند. برخی از فاکتورهای کلیدی برای انتخاب نوع فونداسیون به ‌قرار زیر هستند:

  • بررسی بارهای اعمال شده از طرف سازه
  • ظرفیت باربری زمین اعم از نوع خاک، مقاومت خاک، عمق متراکم و باثبات خاک و...
  • بررسی لایه‌های متفاوت خاک در بستر زمین که ممکن است در عمق کوتاه تغییرات گسترده‌ای داشته باشند.
  • بررسی احتمال مواجه شدن با آب‌های زیرزمینی و یا آب‌های سطحی و تاثیر جریان آنها در بافت خاکی
  • بررسی شرایط اجرای پی ریزی و در کل انتخاب ساده‌ترین روش با توجه به شرایط پروژه
  • بررسی سازه‌های مجاور پروژه
  • بررسی شیب زمین و نوع شرایط خاک‌برداری
  • توجه به شرایط اقلیمی و آب‌وهوایی
  • هزینه اجرای انواع شالوده در سطح پروژه با توجه به شرایط موجود

با در نظر گرفتن تمامی این فاکتورها می‌توانیم برای انتخاب نوع فونداسیون دست ‌به ‌کار شویم. دقت کنید که لزوماً انتخاب شما رسیدن به شالوده ایده‌آل تمامی این فاکتورها نیست. مثلاً نمی‌توانید در زمین‌های شیب‌دار و یا زمین‌های سست برای فونداسیون ساده و اقتصادی اقدام کنید. اما مهندسین کاربلد و باتجربه همواره نگاهی ساختاریافته دارند و قطعاً پایداری و ماندگاری سازه اولویت اول است. لذا در کنار موضوعات اقتصادی قبل‌ از هر چیز برای طراحی شالوده‌هایی که تحت هر شرایطی پایدار و ماندگار باشند، اقدام می‌کنند. اگر می‌خواهید بدانید چه نوع بتنی بخرید این مقاله را مطالعه کنید.