فونداسیون ساختمان چیست؟

فونداسیون ساختمان یا پی چیست؟
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. 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 ساختمان دارد.

وظیفه فونداسیون در ساختمان
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.
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

انواع فونداسیون
خاک‌های مناطق مختلف، ویژگی‌های مخصوص و ظرفیت باربری‌های متفاوتی دارند. پس با توجه به مشخصات خاک هر منطقه، اندازه و بار وارده توسط هر سازه، باید فونداسیون مناسبی را انتخاب نمود. وقتی می‌پرسیم فونداسیون چیست، در واقع به دنبال شناخت انواع مختلف شالوده‌ها و کاربردهای آنها هستیم. برای ساخت انواع فونداسیون با میلگرد ساخته می شود که باید با ویژگی‌های پروژه سازگار باشد، بنابراین قیمت میلگرد یک مسئله مهم در این پروژه ها است.
1. فونداسیون سطحی (shallow foundation) یا کم عمق
معمولا فونداسیون‌های سطحی در عمق کمی از زمین قرار دارند و عمقشان از عرضشان کمتر است. فونداسیون‌های کم عمق با افزایش سطح مقطع دیوار یا ستون، بار سازه را به زمین زیر پی انتقال می‌دهد. فونداسیون سطحی انواع مختلفی دارد که در ادامه به بررسی آن‌ها می‌پردازیم.
فونداسیون منفرد یا مجزا یا بالشتکی
این فونداسیون بار یک یا دو ستون نزدیک به هم را در محل درز انبساط به زمین منتقل می‌کند. شکل فونداسیون منفرد می‌تواند مربع، مستطیل و هر شکل دیگری باشد. پی‌های منفردی که به یکدیگر نزدیک هستند، قابلیت اتصال به هم را دارند تا به شکل یک فونداسیون مرکب عمل کنند. اغلب وقتی از پی منفرد استفاده می‌‌کنند که بارهای وارده به سازه کم است و از طرفی امکان نشست زمین به شکل ناهموار وجود ندارد. در سازه‌های اسکلت فلزی بارها اول به ستون‌ها و از بعد از ستون‌ها  به فونداسیون انتقال پیدا می‌کنند که باید از بتن آرمه استفاده کرد.
فونداسیون مرکب یا ترکیبی
فونداسیون مرکب وقتی اجرا می‌شود که ستون‌ها طوری به هم نزدیک باشند که فونداسیون سطحی آن‌ها با یکدیگر هم‌پوشانی داشته باشند. به معنای دیگر این فونداسیون ترکیبی از فونداسیون‌های مجزا است، البته که در طراحی سازه با هم فرق دارند. شکل فونداسیون‌های مرکب مستطیل بوده و هنگامی به‌کار می‌آید که بارهای ساختمان به‌وسیله ستون‌ها انتقال پیدا می‌کند.
فونداسیون نواری یا پی دیواری یا پهن
فونداسیون‌های نواری یا پهن شالوده‌هایی هستند که پایه‌عریض‌تری نسبت به پی‌های دیواری باربر معمولی دارند. پایه‌ی پهن این فونداسیون‌ها وزن سازه را روی مساحت بیشتری پخش کرده و در نهایت پایداری و ایمنی بیشتری را فراهم می‌کند. از فونداسیون‌ نواری در مناطقی که امکان جاری شدن آب بر روی لایه‌ی باربر خاک وجود دارد استفاده نکنید چرا که امکان فرسایش وجود دارد.
فونداسیون گسترده
فونداسیون‌های گستره جزو پی‌هایی هستند که در همه سطح سازه پخش شده‌اند تا بارهای ستون و دیوارها را تحمل کنند. فونداسیون‌های گسترده وقتی به‌کار می‌رود که بارهای عناصر مختلف ساختمان زیاد است. این کار برای پیشگیری از نشست غیر یکنواخت فونداسیون‌های منفرد انجام می‌شود. این نوع فونداسیون برای خاک‌های منسبط شونده که ظرفیت باربری کمتری دارند، مورد استفاده قرار می‌گیرد. ساخت فونداسیون‌های گسترده زمانی اقتصادی است که نیمی از مساحت پروژه با فونداسیون منفرد و دیواری ساخته شده باشد.
فونداسیون منفرد با شناژ
زمانی که فونداسیون‌های منفرد با شناژهای بتن مسلح به هم وصل شوند، فونداسیون کلاف شده می‌گویند. در مناطق زلزله‌خیز از فونداسیون‌های کلاف‌بندی شده استفاده می‌کنند چرا که در مان وقوع زلزله شناژها از حرکت فونداسیون جلوگیری می‌کنند و فاصله میان آن‌ها هیچ تغییری نمی‌کند. شناژ که قسمتی از بار را از یک شالوده به شالوده‌ی دیگر انتقال می‌دهند و نباید به خاک وابسته باشد. اگر تیر رابط تحت فشار داخلی خاک قرار بگیر، باید براساس با قوانین مربوط به فونداسیون نواری طراحی شود.



2. فونداسیون نیمه عمیق
فونداسیون‌های نیمه عمیق شامل پی‌هایی است که نسبت عمق به عرض آن‌ها چیزی حدود 3 تا 10 متر است. زمانی که خاک زیر بنا مناسب نباشد از پی‌های نیمه عمیق استفاده می‌کنند. فونداسیون نیمه عمیق به‌شکل چاه‌های 10 متری هستند که بخشی از این چاه‌ها با مصالح مناسب پر شده و پی مورد نظر روی آن‌ها قرار می‌گیرند. به‌همین خاطر به فونداسیون نیمه عمیق، پی چاهی و به فونداسیون عمیق، پی شمعی نیز گفته می‌شود.
3. فونداسیون عمیق
فونداسیون عمیق با اصطکاک جدار فونداسیون و مقاومت نوگ، بار سازه بالایی را به زمین می‌فرستد. بدین ترتیب مهم‌ترین فرق‌های فونداسیون‌های عمیق و سطحی، در مدل انتقال بار به زمین است. در کل فونداسیون‌های عمیق شامل مواردی است که در ادامه برایتان شرح می‌دهیم:
فونداسیون شمعی
شمع یکی از عناصر پی است که وظیفه انتقال بارها به زمین را بر عهده دارد. شمع‌ها هم به‌صورت تکی و هم گروهی هستند. شمع منفر بار حاصل از ستون را به زمین انتقال می‌دهد ولی گروه شمع‌ها، شمع‌هایی هستند که بار یک یا چند ستون را از سر شمعی می‌گیرند. شمع‌ها را به دو بخش می‌توان تقسیم کرد. بر اساس عملکرد طرح اصلی به اتکایی و اصطکاکی دسته‌بندی می‌شود.
انواع فونداسیون شمعی (بر اساس عملکرد)
1. شمع اتکایی:
در شمع‌های اتکایی، انتهای زیری شمع در لایه‌ای از خاک یا سنگ قرار گرفته که مقاومت زیادی دارد. بار سازه از طریق شمع به لایه قوی انتقال می‌یابد. یا به عبارت دیگر، این شمع‌ها عملکردی مثل ستون‌ها دارند.
2. شمع‌های اصطکاکی:
شمع‌های اصطکاکی اما قوانین متفاوتی دارند. آن ‌ها بار سازه را به‌وسیله نیروی اصطکاک طول شمع به خاک انتقال می‌دهند. به معنای دیگر، عملکرد کل سطح استوانه‌ای شکل این شمع انتقال نیرو به خاک است.
انواع فونداسیون شمعی (بر اساس جنس)
شمع بتنی:
قطر شمع‌های بتنی چیزی حدود 30 تا 50 سانتی‌متر و طول آن‌ها 20 الی 30 متر است که در فرآیند شمع کوبی اجرا می شوند. اگر نمی دانید که شمع کوبی چیست، می توانید مقاله مربوط به آن را مطالعه نمایید. این شمع‌ها به شکل پیش ساخته یا با ساخت در مکان پروژه مورد استفاده قرار می‌گیرند.
شمع‌های چوبی:
قطر شمع چوبی میان 20 تا 50 سانتی‌متر است. این مدل شمع به خاطر آسیب‌پذیری بیشتر هزینه نگهداری بالاتری دارند.
شمع فولادی:
برای اجرای شمع های فولادی معمولا از تیرهای l شکل یا مقاطع توخالی استفاده می‌کنند. سطح کوچک این شمع ها، موجب سهولت قراردهی فونداسیون در خاک می‌شود. شمع‌های فولادی جزو شمع‌های اتکایی به‌شمار می‌روند.
شمع‌های کامپوزیتی:
شمع کامپوزیتی، از ترکیب مواد متنوعی مثل چوب و بتن ساخته می‌شوند. این شمع‌ها برای نواحی با سطح آب زیرزمینی بالا، مناسب است.
فونداسیون های حفاری یا کیسون (صندوقه‌ای)
فونداسیون‌های حفاری نوعی پی عمیق هستند که مکانیزمی شبیه به شمع دارند، با این فرق که این نوع ظرفیت تحمل بار بیشتری دارد. فونداسیون کیسون بارهای سازه را به‌وسیله مقاومت پنجه یا ترکیب آن‌ها تحمل می‌کند. فونداسیون‌های صندوقه‌ای از مته ساخته شده و بار زیادی را به ستون انتقال می‌دهند.
این فونداسیون‌ها در شرایط که عمق لایه سخت بین 10 الی 100 متر در زیر زمین است، مورد استفاده قرار می‌گیرند. فونداسیون‌های کیسون نباید در رسوبات عمیق خاک رس نرم و یا خاک‌های آبکی و سست  به‌کار روند.
فونداسیون پایه‌ای
فونداسیون پایه‌ای از یک ستون عمودی با سطح مقطع بزرگ‌تر از شمع ساخته می‌شود. این فونداسیون اغلب برای انتقال بارهای بزرگ‌تر مورد استفاده قرار می‌گیرند. عمق قرارگیری فونداسیون پایه‌ای از شمع کمتر است. ساخت این نوع پی در محل پروژه صورت می‌گیرد. در این فرآیند یک سوراخ استوانه‌ای شکل در زمین به‌وجود می‌آید و پایه را در آن قرار می‌دهند. فونداسیون پایه اغلب وقتی به‌کار می‌آید که عمق لایه سخت خاک از 5 متر کمتر باشد.
4. فونداسیون ویژه
پی‌های ویژه شامل هر گونه پی‌ای هستند که جزء موارد ذکر شده در قسمت بالا نباشند.
از انواع پی‌های ویژه می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
مهارها:
مهارها در فونداسیون ویژه، به عناصری می‌گویند که برای اتصال سازه‌ها به پی به کار می‌روند. این مهارها به منظور تحمل نیروهای وارده از سوی سازه و انتقال آن‌ها به زمین استفاده می‌شوند. در فونداسیون‌های ویژه، این مهارها به دلیل شرایط خاص سازه‌ای، محیطی یا زمینی، ویژگی‌ها و خصوصیات خاصی دارند.
فونداسیون شناور:
فونداسیون شناور یک نوع فونداسیون یکپارچه است که در عمق قرار گرفته و وزن خاک برداشته شده از حفاری، به وزن سازه نزدیک بوده. بدین ترتیب بار روی خاک زیرین تغییری نمی‌کند و نشست را به حداقل می‌رساند.
پی دو پوشه:
2500 سال پیش از پی دو پوشه برای ساخت سازه‌های پاسارگاد بهره بردند. این پی در برابر زلزله بسیار مقاوم است و امروزه در پروژه‌های حساسی مثل نیروگاه‌ها از آن استفاده می‌کنند. در پی دو پوشه دو فونداسیون روی هم قرار می‌گیرند که زیری ثابت و رویی قابل ارتعاش است.



انواع پی از نظر مصالح
فونداسیون‌ها از نظر مصالح به کار رفته به دسته‌بندی‌های متفاوتی تقسیم می‌شوند، که عبارتند از:
    پی بتنی
    پی شفته‌ آهک یا شفته ای
    پی سنگی
    پی چوبی
    پی آجری
    پی فلزی

عوامل موثر در انتخاب نوع فونداسیون چیست؟
عوامل موثر در انتخاب نوع فونداسیون به شرایط خاک و میزان بار وارده بستگی دارد. درک اینکه نکات موثر در انتخاب فونداسیون چیست، به ما کمک می‌کند تا از مناسب‌ترین نوع شالوده برای پروژه‌های مختلف ساختمانی را انتخاب و پیاده سازی کنیم. باتوجه به اینکه شرایط زمین و نیازهای هر پروژه با دیگری متفاوت است، شرایط موجود را مورد بررسی قرار داده و فونداسیون را انتخاب می‌کنند. در ادامه این عوامل را برایتان شرح می‌دهیم:
    میزان بار اعمال شده توسط سازه یکی از عوامل تاثیرگذار در انتخاب نوع پی، میزان بار وارد شده توسط سازه است. این موضوع به نوع سازه، مصالح ساختمانی، محل ساخت و زلزله‌خیز بودن منطقه بستگی دارد. در ضمن، به‌کارگیری آجر، فولاد و بتن در انتخاب نوع فونداسیون موثر است. در کل برای سازه‌های کم ارتفاع از فونداسیون‌های سطحی، و سازه‌های بلند از فونداسیون عمیق استفاده می‌کنند.
    ظرفیت باربری زمین انتخاب سطحی یا عمیق بودن پی به ظرفیت باربری زمین بستگی دارد. ظرفیت باربری هم به توانایی خاک برای تضمین ایمنی سازه بدون شکست یا نشست اشاره دارد. برای مثال اگر قصد اجرای فونداسیون سطحی برای یک سازه 5 طبقه را دارید، ظرفیت باربری زمین در کمترین حالت باید 0.1 مگاپاسکال باشد.
    نوع خاک یا سنگ برای انتخاب فونداسیون سازه، یکی از عوامل حیاتی، نوع خاک و سنگ مورد استفاده است که باید آن را بررسی کنید. به‌طور کلی باید خاک را تا عمق 3 متر آزمایش کرد و اصولا سنگ‌هایی که ظرفیت باربری بالایی دارند برای سازه‌های تجاری یا مسکونی بزرگ گزینه‌ای مناسب هستند.
    سهولت اجرای فونداسیون یکی دیگر از جنبه‌های حیاتی و اساسی در رابطه با فونداسیون که باید در نظر داشته باشید، تسهیل در اجرا و نوع انجام پروژه است.
    نوسانات سطح آب زیرزمینی درون خاک‌هایی که به‌خاطر نوسانات آب منقبض و منبسط می‌شوند، نباید فونداسیون اجرا کرد. اگر که سطح آب زیرزمینی از سطح مشخص شده برای فونداسیون کمتر باشد، باید اقدام به اجرای فونداسیون منفرد کرد. یا برای مثال اگر وضعیت نوسانات سطح آب زیرزمینی بحرانی باشد، راهی جز اجرای فونداسیون عمیق وجود ندارد.
    سازه، منابع آب و شیب مجاور در زمان انتخاب پلان برای انواع فونداسیون، نیاز است که منابع آب، شیب‌ها و سازه‌های مجاور را در نظر بگیرید. اگر که فونداسیون سازه شما به فونداسیون سازه کناری نزدیک باشد، ایمنی سازه‌ها به خطر می‌افتد.
    بلایای طبیعی در زمان انتخاب فونداسیون متناسب با نیازهای شما باید به تاریخچه حوادث و آب و هوای آن منطقه توجه کنید.
    مشکلات مالی برای اجرای فونداسیون گزینه‌های زیاد مناسبی وجود دارد که بودجه شما در انتخاب نوع آن بسیار موثر است. البته توجه داشته باشید که برای هزینه کمتر، ایمنی، کیفیت و استحکام سازه را به خطر نیندازید.

مراحل اجرای فونداسیون بتنی و فلزی
مراحل اجرای فونداسیون بتنی و فلزی بستگی به نوع آن و سازه مورد نظر دارد. در اینجا به بررسی مراحل کلی اجرای فونداسیون می‌پردازیم.
    انتخاب محل ساخت
    اولین گام در انتخاب پی ساختمان، تعیین محل مناسب است. این انتخاب بر اساس شرایط زمین و ویژگی‌های سازه انجام می‌شود.
    انتخاب نوع فونداسیون
    پس از تعیین محل ساخت، نوع فونداسیون مشخص می‌شود. فونداسیون‌ها به دو دسته سطحی و عمیق تقسیم می‌شوند و انتخاب آن‌ها بسته به نوع سازه متفاوت است.
    تعیین مرزهای فونداسیون
    در این مرحله، مرزهای فونداسیون به طور دقیق مشخص می‌شوند. این اندازه‌گیری‌ها برای اطمینان از صحت انتخاب نوع فونداسیون یا نیاز به تغییر آن ضروری است.
    حفاری زمین
    بسته به نوع و محدوده فونداسیون، عملیات حفاری زمین انجام می‌شود. عمق حفاری بر اساس شرایط زمین و ویژگی‌های خاک تعیین می‌شود و معمولاً تا رسیدن به یک لایه محکم با ظرفیت باربری مناسب ادامه می‌یابد.
    اجرای فونداسیون
    پس از اتمام مراحل فوق، اجرای فونداسیون آغاز می‌شود. این مرحله نیازمند استفاده از نیروی کار ماهر و تجهیزات مناسب است.
    نگهداری از فونداسیون
    فونداسیون وظیفه پایداری سازه را بر عهده دارد؛ بنابراین، برای حفظ و نگهداری آن، باید اقدامات لازم انجام شود. پس از اجرای فونداسیون‌های بتنی، فضای خالی در زمین حفاری شده با درزگیر پر می‌شود.
    ساخت دیوار نگهدارنده
    در مرحله نهایی، دیوارها، ستون‌ها و دیوارهای نگهدارنده بر روی قسمت‌های بالایی سازه احداث می‌شوند. این دیوارها معمولاً برای فونداسیون‌های بتنی استفاده می‌شوند.

مهمترین نکات اجرایی فونداسیون چیست؟
    رعایت نقشه‌های مصوب الزامی است.
    کنترل ارتفاع و کد کف چاله آسانسور نسبت به صفر مصوب الزامی است.
    برای اطلاعات بیشتر در مورد افزودنی‌های بتن به مقاله “مواد افزودنی بتن” مراجعه کنید.
    در استفاده از فوق روان کننده‌ها (آب و ملات)، عیار بتن را 20 تا 30 کیلوگرم بر مترمکعب افزایش دهید.
    مهار مناسب قالب‌های فلزی یا آجری برای جلوگیری از تخریب دیواره‌های قالب بر اثر فشار بتن الزامی است.
    نمونه‌برداری از آرماتورهای مصرفی در فونداسیون و بتن طبق ضوابط مبحث نهم مقررات ملی ساختمان ایران انجام شود.
    در صورت فاصله افقی بین خط بر چاله آسانسور و تیرهای محیطی، شاسی‌کشی آسانسور ممکن است باعث لرزش کابین شود.
    پیش از اجرا، هماهنگی بین مجری، ناظر و اکیپ اجرایی در صورت وجود فاصله بین تیرهای تراز طبقات و محیط چاله آسانسور ضروری است.

مشاوره انجام پایان نامه عمران ارشد و دکترا تمامی گرایش ها

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

_______________________________________________________