شمع ساختمان چیست؟ انواع شمع ساختمان

شمع ساختمان
فونداسیون پایینی ترین قسمت ساختمان است که کل بنا بر روی آن قرار می گیرد. در واقع فونداسیون با زمین یا خاک تماس مستقیم دارد و نیروهای وارد شده از طرف سازه را به زمین منتقل می کند.
از نظر نوع می توان فونداسیون ها را به دو دسته ی سطحی یا عمیق تقسیم بندی کرد.
در فونداسیون سطحی که احتمالا آن را در بیشتر ساخت و سازه ها دیده ایم یک لایه سطحی از خاک برداشته شده و وزن سازه به یک لایه ی کم عمق منتقل می گردد.
اما در مواردی ممکن است به دلیل سست بودن خاک مانند آنچه در زمین های ماسه ای مشاهده می شود زمین قابلیت تحمل بارهای وارد شده را نداشته باشد همچنین ممکن عملیات خاکبردای امکان پذیر نبوده یا هزینه های بالایی داشته باشد. در این موارد یکی از راه هایی که پیشنهاد می شود استفاده از فونداسیون عمیق است که یکی از رایج ترین انواع آن شمع است.
یک شمع، المانی نسبتا طویل و ستون مانند است که در عمق خاک به صورت عمودی قرار می گیرد و وظیفه ی انتقال بار سازه به اعماق پایین خاک را بر عهده دارد.

موارد کاربرد شمع در ساختمان
به طور خلاصه می توان کاربرد شمع ها را در زمینه های ذیل بر شمرد:
انتقال بار سازه های بسیار سنگین به عمق زمین
به عنوان شالوده بعضی از سازه ها نظیر خطوط انتقال برق، اسکله ها، شالوده های گسترده در زیر آب زیرزمینی که تحت تاثیر نیروهای بر کنش قرار دارند.
برای کاهش دامنه حرکت ماشین آلات لرزنده و چرخشی و کنترل فرکانس طبیعی سیستم پی – خاک – ماشین
در مواردی که احداث بنادر در خاک قابل تورم و یا فرو ریزشی انجام شود.
در اسکله ها برای مقابله با نیروهای جانبی ناشی از امواج و ضربه کشتی ها
به منظور متراکم نمودن خاک های سست با چسبندگی کم. در این موارد پس از انجام عملیات اصلاح خاک ممکن است شمع ها بیرون کشیده شوند.
کاهش خطرات آب شستگی و فرسایش در محل پایه های پل ها
جهت کنترل نشست پی های تکی یا گسترده ای که روی خاک های سست یا بسیار قابل تراکم قرار دارند.
پایدار کردن شیب ها

انواع شمع در ساختمان
انواع شمع های ساختمانی با توجه به نوع جنس متفاوت است، برای اینکه با انواع شمع در ساختمان آشنا شوید، هر نوع شمع را با توجه به نوع جنس معرفی کرده ایم. اینکه از چه نوع شمعی استفاده شود، بستگی به شرایط زمین، سطح آب زیرزمینی و نوع باری که باید حمل شود دارد. شمع‌ ها بر حسب مصالحی که برای ساخت آنها استفاده می شود، دسته بندی می شوند، انواع شمع شامل ۴ نوع زیر است:
    شمع‌ های فولادی (شمع فلزی)
    شمع‌ های بتنی
    شمع‌ های چوبی
    شمع‌ های مرکب

انواع شمع های فولادی در ساختمان
یکی از انواع شمع در ساختمان، شمع های فولادی هستند که به آنها شمع فلزی هم گفته می شود. یکی از پرکاربردترین انواع شمع، نوع پیش ساخته است اما شمع فولادی پیش ساخته چیست؟ از انواع شمع های فولادی پیش ساخته که در ساخت فونداسیون ساختمان های مورد استفاده قرار می گیرد و سرعت اجرای پروژه را افزایش می دهد، شمع های فولادی یا همان شمع فلزی است. این شمع های پیش ساخته در دو گروه زیر دسته بندی می شوند:
    شمع های فلزی کوچک تو خالی: شمع های کوچک تو خالی از لوله های فولادی ساخته می شوند و برای پی سازی مناسب می باشند.
    شمع های فلزی کوچک تو پر:  شمع های توپر از لوله های فولادی H شکل ساخته می شود.
شمع های فولادی یا فلزی به شکل لوله ای شکل و H ساخته می شوند. شمع های فولادی در انواع مختلف ساخته می شوند؛ کاربرد شمع های فلزی لوله ای در دو حالت زیر است:
    شمع فولادی لوله ای با انتهای بسته: در شمع های با انتهای بسته نیز یک عنصر مخروطی شکل از جنس فولاد یا چدن ساخته شده و با استفاده از جوش به قسمت انتهایی لوله فولادی وصل می شود. در انتها و پس از هدایت لوله به داخل خاک، لوله با مقدار کافی بتن پر می شود. قطر لوله در شمع های با انتهای بسته می تواند حدود ۰.۲۵ الی ۱.۲ متر باشد. ضخامت این شمع ها می تواند از حدود ۸ الی ۱۲ میلیمتر باشد.
    شمع فولادی لوله ای با انتهای باز : شمع های با انتهای باز، بیشتر برای نفوذ در داخل خاک هایی از جنس سنگ سخت به کار برده می شوند. این شمع ها پس از فرو رفتن در خاک یا سنگ، خاکی که در داخل لوله آهنی قرار دارد را با استفاده از هوای فشرده به بیرون منتقل می کند. سپس با کمک جت آب داخل لوله تمیز شده و پس از هدایت لوله فولادی به عمق مورد نیاز، داخل لوله از بتن با مشخصات استاندارد پر می شود.
می توان از شمع های فلزی لوله ای به عنوان شمع های اصطکاکی برای تحمل بار سازه استفاده کرد. جنس این شمع ها ضد زنگ بوده و لوله هایی بدون درز هستند. برای اتصال این لوله ها به یکدیگر می توان از روش جوشکاری استفاده کرد؛ همانطور که گفتیم این شمع ها به دو دسته انتهای باز و انتهای بسته تقسیم بندی می شوند.
شمع های فولادی (فلزی) می توانند دارای مقطع فولادی H شکل یا مقطع لوله ای باشند. شمع های فلزی لوله ای دارای یک انتهای باز یا بسته هستند که به داخل زمین وارد می شوند. شمع های با سطح مقطع L شکل یا صفحه ای نیز، می توانند به عنوان پایه شمع مورد استفاده قرار گیرند. انواع شمع های فولادی (شمع فلزی) از نظر شکل ظاهری و شرایط استفاده، در ۴ گروه زیر طبقه بندی می شوند:
     شمع های فلزی H شکل
    شمع های فلزی پیچی
    شمع های فلزی دیسکی
    شمع های فلزی صفحه ای L شکل
شمع فولادی H شکل در ساختمان
شمع های فولادی اچ شکل در ساختمان با سطح مقطع H، در مقایسه با شمع های با سطح مقطع L، ضخامت بیشتری دارند، به همین علت است که از شمع های فلزی (فولادی) برای شمع زنی زیر پی ساختمان استفاده می شود. با توجه به شرایط می توان شمع های فولادی را جوشکاری و یا پرچ کاری کرد. به این ترتیب شمع های فلزی H شکل، از طریق جوش دادن یا پرچ کردن به یکدیگر متصل شده و به دو گروه طبقه بندی می شوند.
انتهای شمع های فولادی (شمع فلزی) می تواند دارای یک سطح صاف یا مخروطی شکل باشد. در این نوع اتصالات، می توان از جوشکاری استفاده کرد. با هدف آسان شدن فرایند شمع زنی در خاک های سخت که سنگ نرم و شن های متراکم دارند، می توان با توجه به جنس زمین، از شمع هایی با سطح مقطع های متفاوت استفاده کرد.
شمع فلزی پیچی در ساختمان
شمع فلزی پیچی در ساختمان از جنس آهن یا چدن ساخته شده است. این شمع ها از یک میله بلند تشکیل شده اند که انتهای آن به شکل پیچ یا مارپیچ می باشد. میله ای که در ساخت شمع های پیچی استفاده می شود، می تواند توخالی یا توپر باشد.
قطر پایه شمع های پیچی شکل در حدود ۰.۴۵ الی ۱.۵ متر است. نحوه عملکرد این شمع به این ترتیب است که کف پیچی شکل شمع با استفاده از یک موتور الکتریکی به داخل خاک وارد می شود تا شمع به لایه های زیرین خاک نفوذ پیدا کند. این نوع شمع مناسب استفاده در خاک های رسی بوده و بسیار مقرون به صرفه هستند. مزیت استفاده از شمع پیچی در خاک های رسی این است که باعث افزایش بهره وری می شود و نصب پایه شمع در این نوع خاک با ستون و پیج های فلزی، آسان است.
شمع های فلزی دیسکی
شمع های فولادی دیسکی، بسیار شبیه به شمع های فولادی پیچی شکل هستند. البته شمع های فلزی دیسکی، دارای دیسک چدنی هستند که به پایین میله آهنی وصل می شود. از این دیسک چدنی برای ساده تر کردن فرآیند آبگیری استفاده می شود و سوراخی در پایین این شمع ها تعبیه شده است.
کاربرد این شمع ها در خاک نرم یا شنی است؛ زیرا می تواند امکان غرق شدن شمع های دیسکی را طی فرآیند آبگیری ایجاد کند. شمع های فلزی دیسکی بیشتر برای ساخت و سازهای دریایی کاربرد دارند، زیرا در این مناطق لازم است شمع به مقدار بیشتری در لایه های عمیق زمین نفوذ کند.

شمع های بتنی
تا اینجا همه چیز در مورد شمع هایی با جنس فولادی که انواع شمع در ساختمان است را خواندید. همانطور که گفتیم شمع ها از نظر جنس، دسته بندی می شوند، در میان انواع شمع در ساختمان، شمع های بتنی از پرکاربردترین انواع شمع محسوب می شوند. شمع چوبی در ساختمان و بناهایی با فشار پایین به کار می روند و شمع های مرکب ترکیبی از دو جنس مختلف هستند. شمع های بتنی که در ساختمان و سازه های کوچک و بزرگ به کار می روند به دو صورت ساخته می شوند:
   شمع بتنی پیش ساخته: برای ساخت شمع های بتنی پیش ساخته می توان از میلگرد های معمولی استفاده کرد، مقطع آنها به صورت مربع یا هشت ضلعی است. نقش میلگرد ها، مقاوم کردن شمع در مقابل خمش تولید شده در هنگام حمل و نقل است، همچنین به افزایش مقاومت شمع، در زمان بلند کردن، اعمال نیروی جانبی به شمع و افزایش مقاومت فشاری کمک می کند.شمع های بتنی پیش ساخته با طول مورد نیاز ساخته می شوند، سپس به محل کوبیدن شمع منتقل می شوند. شمع های پیش ساخته را می توان با استفاده از کابل های پیش تنیدگی پر مقاومت، به صورت پیش تنیده در آورد. در مورد شمع های بتنی درجاریز باید بگوییم که نحوه اجرای این شمع ها به این ترتیب است که ابتدا چاهی در زمین به وسیله دست یا ماشین حفر می شود، سپس قفس آرماتورها درون چاه قرار می گیرند و داخل آن با بتن پر می شود. امروزه شمع های بتنی درجا به روش ها و انواع مختلف اجرا می شوند و معمولا تولید این شمع ها در انحصار شرکت خاصی است که ابداع کننده اولیه روش ساخت آن می باشد.
   شمع بتنی درجاریز: شمع های بتنی درجاریز شامل دو گروه زیر می باشند:
    شمع های بتنی درجاریز با غلاف
    شمع های بتنی درجاریز بدون غلاف
دو نوع شمع درجا ریز با غلاف و بدون غلاف هر دو می توانند نوک پهن (پداستال) باشند. نحوه اجرای شمع های بتنی درجاریز غلافدار به این صورت است که که ابتدا یک لوله فولادی به زمین کوبیده می شود، سپس زمانی که به عمق مورد نظر رسید، مصالح داخلی آن خالی می شود و داخل لوله پر از بتن می شود.
می توان داخل لوله یک سنبه قرار داد و کوبید و پس از رسیدن به عمق مورد نظر، سنبه را از لوله خارج کرد. برای ایجاد پدستال و سر پهن کردن شمع، بعد از ریختن مقداری بتن در نوک شمع، با رها کردن وزنه از ارتفاع، آن را می کوبند تا از طرفین شمع پهن شود.
نحوه اجرای شمع بدون غلاف، به این صورت است که لازم است ابتدا غلاف در زمین کوبیده شود و بعد از آن به طور همزمان با بتن ریزی در داخل غلاف، غلاف به تدریج بیرون کشیده شود. پایه های عمیق و شالوده های صندوقه ای در واقع شمع های بتنی در جاریز با قطر بیش از ۷۵۰ میلی متر هستند و می توانند مسلح یا غیر مسلح، با و یا بدون پد استال (کوره) باشند.
نوعی شمع بتنی بزرگ نیز وجود دارد که به آن پایه عمیق گفته می شود و برای اجرای آن ابتدا یک چاه در زمین حفر می شود تا بتوان قفسه آرماتور را به داخل آن هدایت کرد. این کار زمانی انجام می شود که مسلح باشد و در پایان کار، درون آن با بتن پر می شود. با توجه به شرایط خاک، با هدف جلوگیری از ریزش جدار چاه، می توان از غلاف و یا سپر فلزی استفاده کرد. قطر سوراخ پایه عمیق بسیار بزرگ و به اندازه قد یک انسان است به گونه ای که یک انسان می تواند برای بازرسی وارد آن شود.
مزیت استفاده از پایه های عمیق در مقایسه با انواع شمع در ساختمان:
    اجرای پایه های عمیق بهتر از شمع کوبی است زیرا سر و صدا که در کوبیدن شمع تولید می شود، ندارد.
    امکان پهن کردن نوک پایه عمیق (ایجاد کوره) وجود دارد و پایه عمیق می تواند موجب افزایش مقاومت کششی در مقابل نیروهای بر کنش شود.
    در پایه های عمیق، امکان بازرسی چشمی وضعیت جداره و کف چاه که مقاومت نوک پایه را تامین می نماید، وجود دارد.
    پایه های عمیق قطر بسیار بزرگ دارند و دارای مقاومت بیشتری در مقابل بارهای جانبی در مقایسه با سایر انواع شمع در ساختمان می باشند.
    هنگام اجرای انواع شمع در ساختمان، یک پایه عمیق به تنهایی می تواند جایگزین چند شمع شود و در نهایت با استفاده از کلاهک سر شمع از بین می رود.
    در مناطق با خاک ماسه ای و شنی متراکم، استفاده از پایه های عمیق آسان تر از شمع کوبی است.
    ارتعاش حاصل از شمع کوبی برای ساختمان های مجاور خطرناک است اما اجرای پایه های عمیق این خطر را ندارد.
    شمع کوبی در زمین های رسی می تواند باعث تورم خاک یا حرکت جانبی شمع های کوبیده شده شود. پایه های عمیق چنین عوارضی را در بر ندارند.
معایب استفاده از پایه های عمیق
    برای بتن ریزی پایه های عمیق نظارت دقیق لازم است
    اجرای عملیات بتن ریزی در آب و هوای نامناسب دشوار است و ممکن است به تعویق بیفتد
    این روش می تواند برای ساختمان های اطراف خطرناک باشد زیرا خاکبرداری عمیق برای پایه ها، می تواند باعث نشست زمین های اطراف و در نتیجه خسارت به ساختمان های مجاور پایه شود.
شمع پیش ساخته بتنی با مقطع لوله ای
روند طراحی شمع بتنی درجا با مقطع لوله ای به ترتیب زیر است:
     ابتدا لازم است که نیاز به طراحی انواع شمع بتنی درجا تشخیص داده شود، سپس در این مرحله با تحلیل غیرخطی فونداسیون و کنترل تنش خاک و بلند شدگی، می توان لزوم استفاده از شمع را تعیین کرد.
    در مرحله دوم، ظرفیت باربری شمع با توجه به مشخصات فیزیکی خاک، مانند spt‌ مشخص می شود. لازم است ظرفیت مجاز نوک و جداره شمع محاسبه شود.
    تعیین نشست انواع شمع بتنی درجا، تحت بار مجاز در ۳ بخش نشست الاستیک، نوک و بدنه مشخص می شود و مجموع آن ها نشست انواع شمع بتنی را تشکیل می دهد.
     دراین مرحله محاسبه مدول بستر انجام می شود و لازم است ضریب فنریت شمع برای جداره، نوک و حرکت جانبی شمع، محاسبه شود.
    برای معادل سازی شمع با فنر می توان از نرم افزار SAFE استفاده کرد، به این صورت که شمع را با فنر معادل جایگزین کرده و پی را مجدد تحلیل و طراحی می کنیم.
    آخرین مرحله از کار، طراحی سازه شمع با نرم افزار SAP و مدلسازی اندرکنش با فنر معادل است.
مراحل اجرای شمع بتنی درجا
مراحل اجرای شمع بتنی درجا به ترتیب زیر است:
    حفاری اولیه همراه با تزریق گل بنتونیت
    کیسینگ گذاری تا عمق عبوری از لایه ریزشی
    از سرگیری حفاری از درون کیسینگ
    ایجاد انباره در انتهای شمع (ویژه شمع های پدستالی)
    جاگذاری قفسه آرماتور
    جاگذاری ترمی و قیف و انجام بتن ریزی
    بیرون کشیدن کیسینگ
    اتمام اجرای شمع
مزایای شمع بتنی درجا در مقایسه با شمع کوبی
از مزایای شمع بتنی درجا می توان به موارد زیر اشاره کرد:
    امکانات و ماشین آلات حفاری نسبت به شمع کوبی به سادگی در دسترس هستند
    این نوع شمع، مناسب استفاده در محیط های شهری است و سر و صدای کمتری دارد
    امکان تحقیق، بررسی و شناسایی خاک حین حفاری وجود دارد
    محدودیت قطر وجود ندارد
    امکان افزایش مقطع شمع در قسمت انتهایی و افزایش توان باربری وجود دارد
معایب شمع بتنی درجا
از معایب شمع بتنی درجا می توان به موارد زیر اشاره کرد:
    احتمال جا ماندن لوله غلاف بعد از بتن ریزی وجود دارد
    تاثیر شرایط جوی بر روند اجرا انکار ناپذیر است
    امکان آلوده شدن محیط حفاری و بتن ریخته شده در چاه به دلیل استفاده از گل حفاری وجود دارد
    امکان کنترل کیفیت بتن مصرفی وجود ندارد، به ویژه زمانی که زیر سطح آب زیرزمینی قرار داشته باشد.
    استفاده از لوله غلاف و گل حفاری ضروری است
    احتمال جابجایی محور مرکزی شمع در حین اجرا وجود دارد
نکات خاص کوبیدن شمع های بتنی
    هنگام شمع کوبی لازم است به موارد زیر توجه شود
    نیاز به اصلاح سر شمع به علت تخریب ناشی از ضربات چکش
    ضرورت عمل آوری بتن قبل از کوبش شمع
    لازم است حین کوبش، ترک خوردگی بتن کنترل شود.

شمع کوب چیست؟
یکی از انواع شمع در ساختمان با روش شمع کوبی و با استفاده از شمع کوب اجرا می شود. شمع کوب به ماشینی مکانیکی گویند که برای جا دادن شمع ها در خاک به کار می رود. از شمع با هدف بهبود پی ساختمان ها یا سازه ها استفاده می شود. شمع کوب دارای وزنه سنگینی است که آزادانه در یک خط منفرد به بالا و پایین حرکت می کند. وزنه ماشین شمع کوب می تواند به صورت هیدرولیکی، دیزلی و بخار بالا برده شود.
در مورد دستگاه شمع کوب باید بگوییم، زمانی که وزنه به بالاترین نقطه می رسد انرژی مکانیکی به انرژی پتانسیل تبدیل شده و در آن ذخیره می شود. سپس زمانی که وزنه رها می شود انرژی پتانسیل ذخیره شده به انرژی جنبشی تبدیل شده و موجب جا دادن شمع ها در زمین می شود. شمع های کوبیدنی با جرثقیل به محل مورد نظر منتقل می شوند و سپس چکش بر روی آن ها قرار می گیرد و عملیات کوبش انجام می شود. بهتر است این روش در شهرها استفاده نشود زیرا سر و صدای بسیاری دارد و احتمال آسیب رسیدن به ساختمان های اطراف و حتی ریزش ساختمان های مجاور وجود دارد.
عملیات کوبش شمع قائم
در شمع کوبی قائم، شمع به صورت قائم به زمین فرو می رود، در واقع به شمع اجازه فرو رفت تحت وزن خود را می دهند، سپس عملیات شمع کوبی اجرا می شود. در ابتدای اجرای عملیات و فرو رفت شمع، معمولا از چکش های سبک نظیر چکش بادی یا ویبره ای استفاده می شود. لازم است راستای شمع با دوربین نقشه برداری کنترل شود، گاهی انحراف از قائم را می توان اصلاح کرد در غیر این صورت، لازم است شمع بیرون کشیده شود.
انواع چکش شمع کوبی
شمع کوبی و اجرای انواع چکش شمع کوبی به شکل های مختلف زیر انجام می شود:
    سقوطی
    چند مرحله ای
    ویبره ای
    تک مرحله ای (بادی، بخاری)
    دیزلی
روش های تحمل وزن چکش حین شمع کوبی:
از روش های تحمل وزن چکش حین عملیات شمع کوبی می توان به موارد زیر اشاره کرد:
    ۱- توسط دکل
    ۲- استقرار چکش روی شمع

خرید کتابهای دست دوم مهندسی عمران

خرید کتاب دست دوم معماری

خدمات گروه معماری هفت:
گروه معماری هفت متشکل از مهندسان معمار خبره در زمینه های زیر در خدمت شما عزیزان است:
طراحی ساختمان مسکونی
طراحی ساختمان اداری
طراحی ویلا
طراحی نما
اصلاح پلان
انجام پایان نامه معماری
انجام پروپوزال معماری
شیت بندی

با ما تماس بگیرید... 09122257213

مقالات دیگر

_______________________________________________________