آیا تا به حال به این فکر کرده‌اید که ساختمان‌های بلند و مقاوم چگونه بر روی زمین استوار می‌مانند؟ پاسخ این سوال در عمق زمین و در جایی نهفته است که به آن فونداسیون یا پی می‌گویند. درست همان‌طور که بدن انسان برای ایستادگی به ستون فقراتی قوی نیاز دارد، هر ساختمان نیز برای پایداری و مقاومت در برابر نیروهای طبیعی به فوندانسیون محکم و پایدار نیازمند است.
فونداسیون یا شالوده به عنوان پایه‌ای مستحکم، بار تمامی ساختمان را به زمین منتقل کرده و از نشست و تخریب آن جلوگیری می‌کند. انتخاب نوع و طراحی فونداسیون، به عوامل مختلفی همچون جنس خاک، ابعاد ساختمان، تعداد طبقات و نیروهای وارده بر ساختمان بستگی دارد. از این رو، طراحی و اجرای صحیح فونداسیون یکی از مهم‌ترین مراحل ساخت و ساز محسوب می‌شود و نقش تعیین‌کننده‌ای در طول عمر و ایمنی ساختمان ایفا می‌کند.
در این مقاله قصد داریم به بررسی دقیق فونداسیون و اهمیت آن در صنعت ساختمان بپردازیم. از انواع مختلف پی ساختمان و مراحل اجرایی آن تا محاسبات مربوط به آرماتوربندی، تمامی جوانب این موضوع را مورد تحلیل قرار خواهیم داد.
فوندانسیون یا پی ساختمان چیست؟
فونداسیون یا پی ساختمان، شالوده و پایه اصلی هر سازه است که وظیفه انتقال ایمن و یکنواخت بارهای وارده از ساختمان به زمین را بر عهده دارد. وظیفه انتقال بارهای وارده از ساختمان (مانند وزن مصالح، تجهیزات و افراد) به زمین را بر عهده دارد. همچنین، فونداسیون باید این بارها را به طور یکنواخت در سطح وسیع‌تری از خاک توزیع کند تا از ایجاد تنش‌های موضعی و نشست‌های نامتعادل جلوگیری شود. علاوه بر این، فونداسیون نقش مهمی در مقابله با نیروهای جانبی مانند باد و زلزله ایفا می‌کند و از واژگونی ساختمان جلوگیری می‌کند.
انواع فوندانسیون
انواع فونداسیون‌ها را می‌توان بر اساس عمق نفوذ در زمین، نحوه انتقال بار و کاربرد آن‌ها دسته‌بندی کرد. به طور کلی، فونداسیون‌ها به دو دسته اصلی سطحی و عمیق تقسیم می‌شوند. علاوه بر این، انواع دیگری مانند نیمه‌عمیق، ویژه و شناور نیز وجود دارند که هر کدام کاربرد خاص خود را دارند.
فوندانسیون سطحی
فونداسیون‌های سطحی یا شالوده‌ها، به عنوان پایه‌ای مستحکم، بار ساختمان را به زمین منتقل می‌کنند و از نشست و تخریب سازه جلوگیری می‌کنند. این نوع فونداسیون‌ها معمولاً در عمق کمی از سطح زمین اجرا می‌شوند و برای ساختمان‌های سبک و متوسط با خاک‌های با ظرفیت باربری مناسب کاربرد دارند.
چرا به فونداسیون‌های سطحی، شالوده گفته می‌شود؟
اصطلاح “شالوده” به معنای پایه و اساس است و به طور معمول برای توصیف بخش پایین‌تر و زیرین ساختمان استفاده می‌شود. فونداسیون‌های سطحی به دلیل قرارگیری در نزدیکی سطح زمین و نقش آن‌ها به عنوان پایه اصلی ساختمان، بیشتر با نام شالوده شناخته می‌شوند. این نام‌گذاری به دلیل سادگی و مفهومی بودن آن، به طور گسترده‌ای در صنعت ساختمان استفاده می‌شود.
انواع فونداسیون‌های سطحی
فونداسیون‌های سطحی انواع مختلفی دارند که هر کدام برای شرایط و بارگذاری‌های خاص مناسب هستند. برخی از مهم‌ترین انواع فونداسیون‌های سطحی عبارتند از:
- شالوده منفرد: این نوع شالوده برای تحمل بار یک ستون واحد طراحی شده است. به عبارت دیگر، هر ستون دارای یک شالوده منفرد جداگانه است.
- شالوده نواری: شالوده نواری به صورت یک نوار بتنی پیوسته در زیر دیوارهای باربر یا چند ستون که در یک ردیف قرار دارند اجرا می‌شود. این نوع شالوده برای توزیع یکنواخت بار دیوارها بر روی خاک مناسب است.
- شالوده گسترده: زمانی که عرض نوارهای شالوده یا فونداسیون زیاد شود و به یکدیگر برسند، به شالوده گسترده تبدیل می‌شوند. این نوع شالوده معمولاً در مواردی استفاده می‌شود که خاک زیرین ظرفیت باربری کمی داشته باشد یا بار وارده بر ساختمان زیاد باشد. شالوده‌های گسترده به سه دسته اصلی ساده، تیرچه‌دار و سلولی تقسیم می‌شوند.
فوندانسیون‌های عمیق
فونداسیون‌های عمیق به عنوان ستون فقرات ساختمان‌هایی با ارتفاع و وزن زیاد عمل می‌کنند. این نوع فونداسیون‌ها با نفوذ به لایه‌های عمیق‌تر خاک، بار ساختمان را به طبقات پایدارتر و مقاوم‌تر زمین منتقل می‌کنند. در واقع، زمانی که خاک سطحی ظرفیت تحمل بارهای سنگین را نداشته باشد یا ساختمان در معرض نیروهای جانبی مانند زلزله قرار داشته باشد، استفاده از فونداسیون‌های عمیق ضروری است.
چرا به فونداسیون‌های عمیق نیاز داریم؟
- خاک‌های نرم و سست: در مناطقی با خاک‌های نرم و سست، فونداسیون‌های سطحی قادر به تحمل بار ساختمان نیستند و خطر نشست و ناپایداری وجود دارد.
- ساختمان‌های بلند و سنگین: برای ساختمان‌های بلند و سنگین، مانند برج‌ها و آسمان‌خراش‌ها، به فونداسیونی نیاز است که بتواند بارهای بسیار زیاد را به زمین منتقل کند.
- نیروهای جانبی: در مناطقی با خطر زلزله یا بادهای شدید، فونداسیون‌های عمیق به دلیل مقاومت بیشتر در برابر نیروهای جانبی، گزینه مناسب‌تری هستند.
علاوه بر فونداسیون‌های سطحی و عمیق که در بخش‌های قبلی به آن‌ها پرداختیم، انواع دیگری از فونداسیون‌ها نیز وجود دارند که برای شرایط خاص و پیچیده طراحی و اجرا می‌شوند. این نوع فونداسیون‌ها معمولاً برای حل چالش‌هایی مانند خاک‌های بسیار نرم، عمق زیاد سطح آب زیرزمینی یا وجود موانع زیرزمینی به کار می‌روند.
فونداسیون نیمه‌عمیق: این نوع فونداسیون، ویژگی‌های مشترکی از هر دو نوع فونداسیون سطحی و عمیق دارد. عمق اجرای این نوع فونداسیون بین فونداسیون‌های سطحی و عمیق قرار می‌گیرد. فونداسیون‌های نیمه‌عمیق معمولاً به صورت چاه‌های بتنی یا فولادی اجرا می‌شوند و برای انتقال بار به لایه‌های زیرین خاک مناسب هستند.
فونداسیون‌های ویژه: این دسته از فونداسیون‌ها برای شرایط خاص و پیچیده طراحی می‌شوند و شامل انواع مختلفی مانند فونداسیون‌های صندوقی، مهاری، ستون‌های شنی و بهسازی خاک در عمق هستند. در این نوع فونداسیون‌ها، از روش‌های مختلفی مانند ایجاد اصطکاک، فشار و یا کشش برای انتقال بار به زمین استفاده می‌شود.
فونداسیون شناور: فونداسیون شناور نوعی فونداسیون است که در آن وزن خاک حفاری شده با وزن ساختمانی که قرار است ساخته شود برابر است. به عبارت دیگر، ساختمان به صورت شناور بر روی خاک قرار می‌گیرد. این نوع فونداسیون معمولاً در خاک‌های بسیار نرم و سست یا در مناطقی با سطح آب زیرزمینی بسیار بالا استفاده می‌شود.
انتخاب نوع فونداسیون به عهده مهندس ناظر است و با توجه به شرایط خاص هر پروژه، بهترین گزینه انتخاب می‌شود. یک انتخاب صحیح می‌تواند به افزایش طول عمر ساختمان، کاهش هزینه‌های نگهداری و اطمینان از ایمنی سازه کمک شایانی کند.
عوامل تأثیرگذار بر انتخاب نوع فونداسیون؛ کلیدی برای زیربنای ساختمان
انتخاب نوع مناسب فونداسیون، یکی از تصمیمات حیاتی در فرایند ساخت و ساز است که بر پایداری و دوام ساختمان تأثیر مستقیم دارد. عوامل متعددی از جمله ویژگی‌های خاک، بارهای وارده بر ساختمان، شرایط محیطی و طرح معماری در این انتخاب نقش دارند. در این بخش به بررسی برخی از مهم‌ترین عوامل تأثیرگذار بر نوع فونداسیون می‌پردازیم:
ابعاد تکیه‌گاه: ابعاد تکیه‌گاه عناصر باربر مانند ستون‌ها، پایه‌ها و دیوارها بر روی فونداسیون، تأثیر مستقیمی بر اندازه و شکل فونداسیون دارد. برای مثال، ابعاد تکیه‌گاه یک ستون بتنی معمولاً با ابعاد خود ستون برابر در نظر گرفته می‌شود، در حالی که برای ستون‌های فولادی، مرکز صفحه ستون و ستون فولادی به عنوان مبنای طراحی فونداسیون در نظر گرفته می‌شود. توجه به این نکته، به توزیع یکنواخت بار و افزایش مقاومت فونداسیون کمک می‌کند.
عمق فونداسیون: عمق فونداسیون نیز یکی دیگر از عوامل مهم در انتخاب نوع فونداسیون است. عواملی همچون طرح معماری، عمق خاک و عمق یخبندان بر عمق فونداسیون تأثیرگذارند. عمق فونداسیون باید به اندازه‌ای باشد که بتواند بارهای وارده را به لایه‌های مقاوم‌تر خاک منتقل کند و از تأثیرات مخرب نیروهای جانبی مانند زلزله جلوگیری کند. همچنین، فونداسیون باید در عمقی پایین‌تر از عمق یخبندان قرار گیرد تا از آسیب دیدن آن در اثر انجماد و ذوب خاک جلوگیری شود.
سایر عوامل مؤثر:
- نوع خاک: جنس خاک، ظرفیت باربری، سطح آب زیرزمینی و زوایه‌ی داخلی اصطکاک خاک از جمله عوامل مهمی هستند که در انتخاب نوع فونداسیون نقش دارند.
- بارهای وارده: بارهای مرده (وزن ساختمان)، بارهای زنده (بارهای متحرک مانند افراد و تجهیزات) و بارهای جانبی (مانند زلزله و باد) بر ابعاد و نوع فونداسیون تأثیر می‌گذارند.
- شرایط محیطی: شرایط آب و هوایی، رطوبت خاک و وجود لرزه‌خیزی از جمله عوامل محیطی هستند که باید در طراحی فونداسیون در نظر گرفته شوند.
- طرح معماری: طرح معماری ساختمان، تعداد طبقات، ابعاد و شکل ساختمان بر نوع و ابعاد فونداسیون تأثیرگذار است.
انتخاب نوع مناسب فونداسیون، یک فرآیند تخصصی است که نیازمند دانش و تجربه کافی در زمینه مهندسی عمران است. مهندسان عمران با توجه به عوامل مختلفی که در این بخش به آن‌ها اشاره شد، بهترین نوع فونداسیون را برای هر پروژه انتخاب می‌کنند. یک فونداسیون طراحی شده به صورت اصولی، می‌تواند به افزایش عمر مفید ساختمان و ایمنی ساکنان آن کمک کند.
مراحل اجرایی پی ریزی ساختمان
پی‌ریزی ساختمان، نخستین و یکی از مهم‌ترین مراحل ساخت هر سازه‌ای است. این مرحله، زیربنای کل ساختمان را تشکیل می‌دهد و نقش حیاتی در تحمل بارهای وارده و پایداری ساختمان ایفا می‌کند. فرآیند پی‌ریزی شامل چندین مرحله است که در ادامه به بررسی آن‌ها می‌پردازیم:
گودبرداری مرحله اول پی ریزی ساختمان
اولین قدم در اجرای پی‌ریزی، گودبرداری زمین است. در این مرحله، خاک اضافی برداشته می‌شود تا به سطحی مناسب برای احداث فونداسیون دست یابیم. هدف از گودبرداری رسیدن به خاک پایدار و مقاوم است تا بتواند بارهای وارده از ساختمان را تحمل کند. همچنین، با گودبرداری، فونداسیون از تأثیرات مخرب عوامل جوی مانند بارندگی و یخ‌زدگی محافظت می‌شود. عمق و ابعاد گودبرداری بر اساس طرح معماری و مشخصات خاک تعیین می‌شود.
بتن‌ریزی اولیه (بتن مگر)؛ مرحله دوم پی ریزی ساختمان
پس از اتمام عملیات گودبرداری، کف گودال با لایه نازکی از بتن پوشیده می‌شود. این لایه بتنی که معمولاً به آن بتن مگر یا بتن نظافتی گفته می‌شود، از تماس مستقیم بتن اصلی فونداسیون با خاک جلوگیری کرده و سطحی صاف و یکنواخت برای اجرای فونداسیون فراهم می‌کند. بتن مگر معمولاً از سیمان با عیار پایین و مصالح سنگی درشت دانه تهیه می‌شود. ضخامت این لایه بتنی معمولاً بین 10 تا 15 سانتی‌متر در نظر گرفته می‌شود.
با اجرای این دو مرحله، بستر مناسبی برای ساخت فونداسیون فراهم می‌شود. در مراحل بعدی، میلگردگذاری، قالب‌بندی و بتن‌ریزی اصلی فونداسیون انجام خواهد شد.
پی ریزی ساختمان برای طبقات مختلف
پی‌ریزی ساختمان، قلب تپنده هر سازه‌ای است و نقش بسیار مهمی در پایداری و مقاومت آن ایفا می‌کند. با توجه به افزایش تعداد طبقات، نیاز به فونداسیونی قوی‌تر و عمیق‌تر احساس می‌شود. انتخاب نوع پی‌ریزی مناسب برای ساختمان‌های چندطبقه، به عوامل متعددی از جمله تعداد طبقات، نوع خاک، بارهای وارده و شرایط زمین‌شناسی بستگی دارد.
ساختمان‌های یک تا دو طبقه
برای ساختمان‌های با تعداد طبقات کم، معمولاً از پی‌های سطحی مانند فونداسیون‌های نواری، پایه‌های منفرد یا دال‌های شناور استفاده می‌شود. عمق و نوع این پی‌ها به مشخصات خاک و بارهای وارده بستگی دارد. در صورتی که خاک منطقه ظرفیت باربری پایینی داشته باشد یا خطر نشست زمین وجود داشته باشد، ممکن است به پی‌های عمیق‌تری مانند شمع‌ها نیاز باشد.
ساختمان‌های سه تا پنج طبقه
با افزایش تعداد طبقات به سه تا پنج، نیاز به پی‌های عمیق‌تری مانند شمع‌ها، پایه‌ها یا دیوارهای حائل احساس می‌شود. این پی‌ها قادر به انتقال بارهای سنگین‌تر به لایه‌های عمیق‌تر خاک هستند. انتخاب نوع دقیق پی به عوامل مختلفی از جمله نوع خاک، ابعاد ساختمان و بارهای وارده بستگی دارد و باید توسط مهندس عمران با توجه به مقررات ملی ساختمان تعیین شود.
ساختمان‌های شش طبقه و بالاتر
برای ساختمان‌های بلندتر، پی‌های بسیار عمیق مانند شمع‌ها، دیوارهای حائل یا فونداسیون‌های رادیه ضروری است. این نوع پی‌ها هزینه ساخت را به طور قابل توجهی افزایش می‌دهند و طراحی و اجرای آن‌ها نیاز به تخصص و تجربه بالایی دارد.
انواع فوندانسیون از نظر مصالح؛ زیربنایی برای ساختمان‌های پایدار
فونداسیون یا پی، به عنوان پایه و اساس هر سازه‌ای، نقش حیاتی در انتقال بارهای وارده از ساختمان به زمین و حفظ پایداری آن ایفا می‌کند. انتخاب نوع مناسب فونداسیون، به عوامل مختلفی از جمله نوع خاک، شرایط آب و هوایی، بارهای وارده و البته مصالح مورد استفاده بستگی دارد.
در گذشته، از مصالحی مانند سنگ، چوب و آجر برای ساخت فونداسیون استفاده می‌شد. امروزه، با پیشرفت تکنولوژی و در دسترس بودن مصالح جدید، فونداسیون‌های بتنی به دلیل مقاومت بالا، دوام و قابلیت شکل‌پذیری، به عنوان رایج‌ترین نوع فونداسیون شناخته می‌شوند.
انواع فوندانسیون از نظر مصالح
فونداسیون‌ها را می‌توان بر اساس مصالح به کار رفته به دسته‌های مختلفی تقسیم کرد که هر کدام دارای مزایا و محدودیت‌های خاص خود هستند.
- فونداسیون سنگی: این نوع فونداسیون از سنگ‌های طبیعی ساخته می‌شود و در گذشته به طور گسترده مورد استفاده قرار می‌گرفت. اگرچه سنگ‌ها مقاومت بالایی دارند، اما اجرای آن‌ها زمان‌بر و پرهزینه است و به همین دلیل امروزه کمتر مورد استفاده قرار می‌گیرد.
- فونداسیون چوبی: فونداسیون‌های چوبی معمولاً در مناطق مرطوب و جنگلی مورد استفاده قرار می‌گیرند. چوب به دلیل خاصیت عایق بودن، از انتقال رطوبت به ساختمان جلوگیری می‌کند. اما به دلیل پوسیدگی و نفوذ حشرات، دوام کمتری نسبت به سایر مصالح دارد.
- فونداسیون آجری: فونداسیون‌های آجری برای ساختمان‌های کوچک و سبک مناسب هستند. آجر مقاومت خوبی در برابر فشار دارد، اما در برابر نیروهای کششی و پیچشی ضعیف است.
- فونداسیون فلزی: در گذشته از فونداسیون‌های فلزی برای انتقال بارهای بسیار سنگین استفاده می‌شد. اما به دلیل هزینه بالای ساخت و خوردگی فلز، امروزه کمتر مورد استفاده قرار می‌گیرد.
- فونداسیون بتنی: فونداسیون‌های بتنی به دلیل مقاومت بالا، دوام، قابلیت شکل‌پذیری و هزینه مناسب، به عنوان رایج‌ترین نوع فونداسیون در ساختمان‌سازی مدرن شناخته می‌شوند. بتن با افزودن میلگرد به آن، مقاومت کششی بسیار خوبی پیدا می‌کند.
- فونداسیون شفته‌آهک: شفته‌آهک مخلوطی از خاک، شن، آب و آهک است که در گذشته برای ساخت فونداسیون استفاده می‌شد. این نوع فونداسیون به دلیل مقاومت کم در برابر رطوبت و بارهای سنگین، امروزه کمتر مورد استفاده قرار می‌گیرد.
جمع بندی
همان‌طور که می‌دانید، فونداسیون یا شالوده، نقش اساسی در استحکام و دوام هر بنایی ایفا می‌کند. انتخاب نوع مناسب فونداسیون و اجرای اصولی آن، تضمین‌کننده عمر طولانی و ایمنی ساختمان است. از این رو، آشنایی با انواع فونداسیون و عوامل موثر بر انتخاب آن، برای هر فردی که قصد ساخت و ساز دارد، ضروری است.
در این مقاله، تلاش کردیم تا شما را با دنیای فونداسیون آشنا کنیم و به سوالات مختلفی مانند انواع فونداسیون، مصالح مورد استفاده، عوامل موثر در انتخاب نوع فونداسیون و مراحل اجرای آن پاسخ دهیم. امیدواریم این مطالب برای شما مفید بوده باشد.
همان‌طور که در این مقاله اشاره شد، میلگرد یکی از مهم‌ترین مصالح مورد استفاده در ساخت فونداسیون است. قیمت میلگرد به طور مستقیم بر هزینه ساخت تأثیر می‌گذارد. برای اطلاع از قیمت روز میلگرد و انواع آن، می‌توانید به وبسایت رسمی پیوان مراجعه کنید.