بدون شک فونداسیون یا شالوده یکی از مهمترین قسمت‌های انواع مختلف سازه های فولادی، بتنی و حتی مصالح بنایی به شمار می رود. فونداسیون‌ها به عنوان یک المانِ رابط بین سازه و خاکِ زیرآن، نقش بسیار حیاتی و مهمی را در انتقال بارهای ایجاد شده در سازه به خاک ایفا می‌کنند. در این مقاله سعی شده ابتدا به تعریف و نحوه عملکرد فونداسیون، دسته بندی انواع پی پرداخته و سپس نکات مربوط به طراحی فونداسیون در مقاله ای دیگر پرداخته شود.
احتمالا تا الان اصطلاحاتی به نام فونداسیون، شناژ، شالوده یا پی رو شنیده باشید. در ادامه قصد داریم با این المان های سازه و رفتار آن ها و هم چنین انواع فونداسیون در ساختمان ها آشنا شویم. در ویدیو زیر که برگرفته از دوره آموزش ایتبس پاراپلاس با تدریس مهندس امیرطه نوروزی می باشد به بررسی انواع پی های ساختمانی می پردازیم که قبل از خواندن ادامه مقاله شماره دعوت به دیدن این ویدیو می کنیم.
سرفصل‌های مقاله
1.تعریف فونداسیون و دسته بندی انواع فونداسیون‌ها
2.معرفی انواع پی‌های سطحی
3.نکات مربوط به طراحی فونداسیون
فونداسیون یا شالوده ساختمان چیست؟
زمانی که یک ساختمان تحت اثر بارهای مختلف اعم از ثقلی (مانند وزن المان‌ها، تجهیزات، کف‌سازی، نازک کاری و ….) و جانبی (مانند نیروهای زلزله و یا باد) قرار میگیره، اعضای سازه با توجه به ابعاد، ظرفیت و سختی که دارند نیروهایی را تحمل می کنند. این نیروهای ایجاد شده باید طی یک مسیر پیش بینی شده به فونداسیون و از آن جا به خاک زیر آن منتقل شود. در معنای لغوی فونداسیون عضوی از یک سازه بوده که از یک سمت به المان های مختلف سازه ای و از سمت دیگر به زمین متصل است که وظیفه انتقال بار از سازه به خاک زیر آن را دارد. فونداسیون ها انواع مختلفی دارند که در ادامه بیشتر با آن ها آشنا خواهیم شد.
بیشتر بخوانید: زلزله چیست؟
همانطور که می‌دونیم طراحی سازه به نحوی انجام میگیره که نیروهای ایجاد شده در المان‌ها پس از طی یک مسیر پیش بینی شده باید به زمین محل احداث پروژه منتقل بشه. فونداسیونِ یا پی یک سازه، در واقع حلقه اتصال کل سازه به زمین زیر ساختمان جهت انتقال بارهاست. بنابراین طراحی صحیح و اجرای فونداسیون به صورت صحیح و مطابق فرضیات طراح سازه و جلوگیری از هرگونه شکست در آن مثل برش پانچ، برای انتقال این نیرو از کل سازه به زمینِ زیر اون، از اهمیت بسیار بالایی برخوردار خواهد بود.
تفاوت فونداسیون با پی و شالوده
برای بررسی تفاوت های فونداسیون، پی و شالوده ابتدا لازم است که به تعریف هر کدام از این مفاهیم پرداخته شود. بنابر تعریف ویرایش 1400 از مبحث هفتم مقررات ملی ساختمان پی به مجموعه بخش هایی از سازه و زمینِ در تماس با آن گفته می شود که انتقال بار بین سازه و زمین از طریق آن صورت می گیرد. پی ها متکی به خاک بوده و نیروهای وارده از طرف سازه را به خاک منتقل می کنند.
فونداسیون یا شالوده اما پایین ترین قسمت از سازه است که در تماس با خاک زیر سازه بوده و نیروهای که از ستون ها و دیوارهای روی خود دریافت می کند به خاک منتقل می کند. به عبارت دیگر پی به مجموعه فونداسیون و خاک زیر آن گفته می شود.
حال یک سوال مهم که ممکن است پیش بیاید آن است که اگر سازه فونداسیون نداشته باشد و یا طراحی آن فونداسیون به درستی انجام نشده باشد چه اتفاقی خواهد افتاد؟
یکی از مهم ترین وظایف فونداسیون در انتقال بارهای وارد شده به خاک زیر سازه کاهش تنش های وارد بر سازه می باشد. هر نوع خاکی در زیر سازه با توجه به وضعیت ژئوتکنیکی خود می تواند میزان مشخصی از تنش هارو تحمل کنه و اگر مقدار بیشتری تنش به آن وارد شود دچار گسیختگی خواهد شد و این گسیختگی در خاک زیر فونداسیون باعث ایجاد خرابی در اسکلت سازه نیز خواهد شد.
بنابراین با درنظرگرفتن این نکته که ظرفیت باربری خاک در هر محل مقدار محدودی بوده و در بیشتر موارد جوابگوی نیروهای وارده از سازه نخواهد بود؛ اجرای فونداسیون قطعاً لازمه چرا که المان فونداسیون باعث پخش بارهای وارده از طرف سازه در سطحی وسیع‌تر میشه و با این کار تنش وارده از طرف سازه به خاک کاهش پیدا می‌کنه (افزایش مساحت محدوده اعمال نیرو و کاهش تنش) و برای اون خاک قابل تحمل بشه.
دسته بندی انواع فونداسیون
انواع فونداسیون‌ها رو می‌تونیم از جهات مختلف مانند شکل و یا مصالح مصرفی در اون دسته بندی کنیم. به طور کلی فونداسیون ها از جهت شکلی به دو دسته پی‌های سطحی و پی‌های عمیق دسته بندی میشن.
پی های سطحی شامل سه دسته زیر است:
- فونداسیون منفرد
- فونداسیون نواری
- فونداسیون گسترده
پی‌های عمیق اون دسته از فونداسیون‌هایی هستند که با حفر چاه زیر پی‌های سطحی اجرا میشن.
نوع دیگه ای از دسته بندی فونداسیون، دسته بندی اون‌ها از جهت مصالح مصرفی است. در این نوع دسته بندی، انواع فونداسیون‌های پرکاربرد در گذشته و امروزه به شرح زیر هستند:
- فونداسیون‌های سنگی
- فونداسیون‌های شفته‌ای
- فونداسیون‌های آجری
- فونداسیون‌های بتنی (بسیاررایج در پروژه‌های امروزی)
معرفی انواع فونداسیون و پی های سطحی
فونداسیون منفرد
در فونداسیون‌های منفرد، بار یک یا دو ستون نزدیک به هم توسط یک مقطع مربع یا مستطیلی فونداسیون تحمل میشه.در ساختمان‌های کوتاه مرتبه که بار وارده از طرف سازه کم هست و همچنین در سازه‌های صنعتی مانند سوله‌ها که فاصله ستون‌ها از هم زیاد بوده و استفاده از پی‌های نواری یا گسترده نیاز نیست و از لحاظ اقتصادی نیز به صرفه نخواهد بود از پی‌های منفرد استفاده میشه.
در میان پی‌های منفرد و جدا ازهم نیز کلاف‌های رابطی به جهت عملکرد یکپارچه کل سازه و جلوگیری از نشست‌های نامتقارن اجرا میشه. به این کلاف‌های رابط، اصطلاحاً شناژ نیز گفته می شود. شناژها در واقع نوارهای کم عرضی هستند که مابین فونداسیون‌های منفرد اجرا میشوند.
فونداسیون نواری
نوع دیگه‌ای از فونداسیون‌های به صورت نواری اجرا میشن. معمولاً هنگامی که ظرفیت باربری خاک کم هست و بخش قابل توجهی از سطح زمین رو برای پی ساختمان نیاز داشته باشیم، به جای استفاده از پی‌های منفرد از پی‌های نواری استفاده می‌کنیم. در تصویر زیر نیز مشاهده می‌کنید که فونداسیون نواری به صورت شبکه‌ای متقاطع در هر دو جهت ساختمان اجرا میشه.
سوال: تفاوت بین فونداسیون نواری با فونداسیون منفرد (از نظر ظاهری) در چیست؟
همانطور که در تصویر زیر مشاهده می‌کنید، شناژ‌های متصل کننده در فونداسیون منفرد با عرض و ارتفاع کمتری نسبت به سطح مقطع فونداسیون اجرا میشن در حالی که در فونداسیون نواری کلاف‌های رابطی داریم که فاصله بین ستون‌ها رو به صورت کامل (از لحاظ عرض و ارتفاع) پوشش میده.
اجرای فونداسیون نواری
فونداسیون نواری به صورت کلی به صورت قابل اجرا می باشد در روش اول ابتدا کل زمین را خاکبرداری کرده و سپس با استفاده از قالب های فلزی، آجری و یا چوبی محل نوارهای فونداسیون را مشخص کرده و بتن ریزی فونداسیون را انجام می دهند.
در روش دوم فقط محدوده نوارهای فونداسیون رو خاک برداری کرده و سپس آرماتور بندی و بتن ریزی نوارها انجام می شود. به عبارت دیگر در این روش از خاک موجود به عنوان قالب استفاده می شود.
فونداسیون گسترده
درحالت کلی هنگامی که نتونیم از پی‌های منفرد یا پی نواری برای فونداسیونِ ساختمان استفاده کنیم، به سراغ احداث پی‌های گسترده میریم. در واقع در صورت ضعیف بودن باربری خاک محل احداث ساختمان، افزایش تعداد طبقات ساختمان (که منجر به افزایش نیروی وارده به فونداسیون میشه) و یا تأثیر هر دو مورد به صورت توأمان، عملاً پی ساختمان بایستی همانند یک دال ضخیم بتن آرمه، بخش بسیار وسیعی از سطح زمین رو بپوشاند؛ بنابراین منطقی است تا تمامی سطح زیر ساختمان به صورت پی گسترده اجرا بشه.
مطابق شکل زیر مشاهده میشه که فونداسیون از نوع گسترده بوده و تمامی سطح زیر ساختمان در ارتفاع مشخصی (ارتفاع فونداسیون) در دو شبکه بالا و پایین آرماتوربندی و سپس بتن ریزی میشه.