فونداسیون یا شالوده چیست؟
فونداسیون، پی یا شالوده؛ پایین ترین قسمت یک سازه است که وظیفه تحمل بارهای سازه و انتقال آن بارها را به زمین یا بستر زیر سازه را دارد و بدین ترتیب باعث می شود سازه به صورت عمودی و پایدار باقی بماند. بنابراین فونداسیون یا شالوده در ساختمان بخش مهمی از پایداری و استحکام یک سازه است.
به عبارت دیگر فونداسیون تمام تنش های احتمالی که از سقف (باران و برف) و اطراف( باد و سیل) و حتی خود زمین (زلزله) به سازه منتقل می شود را به خاک یا بستر سازه منتقل می کند.
مسئله حائز اهمیت این است که خاک زیر هر سازه با توجه به وضعیت ژئوتکنیکی خود میزان مشخصی از تنش را تحمل میکند و اجرای فونداسیون در اینجا به امری ضروری بدل می شود؛ چرا که فونداسیون یا پی ساختمان باعث می شود بارهای وارده از سازه در سطحی وسیع تر بر روی زمین پخش شود و با این کار تنش وارده از طرف سازه به خاک کاهش پیدا کند و فشار سازه برای خاک قابل تحمل شود.
در ادامه باید اشاره کرد که فونداسیون ساختمان با توجه به نوع مصالح مصرفی و نحوه انتقال نیرو به زمین، انواع مختلفی دارد که بر اساس شرایط (وزن سازه، نوع خاک، ظرفیت باربری خاک و غیره) انتخاب می شوند. ما در ادامه قصد داریم انواع فونداسیون ساختمان را با هم بررسی کنیم.
انواع فونداسیون ساختمان
انواع فونداسیون ها بر اساس نوع مصالح و سیستم ساخت به دو دسته تقسیم بندی می شوند
فونداسیون از نظر نوع مصالح
- فونداسیون سنگی
- فونداسیون آجری
- فونداسیون شفته‌ای
- فونداسیون بتنی
فونداسیون از نظر سیستم ساخت
- فونداسیون تکی
- فونداسیون نواری
- فونداسیون صفحه ای
- فونداسیون مشترک
- فونداسیون باسکولی
- فونداسیون کلاف شده
- فونداسیون شمعی
فونداسیون سنگی
این نوع از پی ها از سنگ های طبیعی و در مناطقی که سنگ، ارزان و در دسترس باشد ساخته می شود. همچنین سنگ پی برای ساختمان‌های دو الی سه طبقه، با بار کم و منطقه ای با لرزه خیزی کم مناسب است.
سنگی که برای این گونه پی ها انتخاب می گردد باید سالم بوده و از انواع سنگ های لاشه شکسته باشد. سنگ‌های قلوه‌ای به علت صیقلی و مدور بودن آن برای فونداسیون مناسب نیستند زیرا باعث ناپایداری و لغزیدن آن می شوند.
یکی از مضرات این نوع فونداسیون، وجود شفته و احتمال آسیب رسانی به لوله‌های آب، فاضلاب و تاسیسات زیربنایی ساختمان است.
از این نوع فونداسیون اکثرا در زیر دیوارها به صورت نواری استفاده می شود.
فونداسیون آجری
از پی‌های آجری در مواقعی استفاده می کنند که ساختمان کوچک یک الی دو طبقه و با بار سبک و منطقه با لرزه خیزی کم باشد. این فونداسیون نیز مانند پی‌های سنگی بایستی دارای ریشه ای به اندازه ۱۵ تا ۲۰ سانتی متر از طرفین دیوار باشد. این امر به دلیل آن است که اگر عرض دیوار و فونداسیون یک اندازه باشد، دیوار با کوچکترین نیرویی از روی فونداسیون می لغزد.
نکته قابل توجه در اجرای پی آجری این است که به روش پلکانی آن را اجرا می کنند. بدین شکل که برای صرفه جویی در مصرف آجر بهتر است شکل فونداسیون به صورت پلکانی اجرا شده، زیرا بار با زاویه ۶۰ درجه به زمین منتقل می گردد و نیاز به عرض بیشتر در قسمت فوقانی فونداسیون نیست.
به همین دلیل به آن پی پلکانی یا فونداسیون غیر همسطح می گویند.
فونداسیون شفته ای
ساده ترین و در عین حال ابتدایی ترین پی سازی برای ساختمان کوچک ۲ یا ۳ طبقه آجری است. شفته، خمیری است از مخلوط خاک، آب، شن و گرد آهک که در هر متر مکعب خاک آن بین ۲۰۰ تا ۲۵۰ کیلو گرم آهک به کار می رود. گاهی نیز بسته به شرایط مقداری پاره سنگ به آن می افزایند. وجود مخلوط حاوی درشت دانه مثل شن یا قلوه سنگ در پی شفته‌ای الزامی است زیرا سنگدانه‌ها نقش باربری دارند.
جهت اجرای پی‌های شفته آهکی، آهک را روی خاک و شن می ریزند و به وسیله بیل یا لودر مخلوط می کنند. سپس مخلوط را آبخوره می‌کنند و ملات درست می شود.
فونداسیون بتنی
بتن را می توان یکی از مقاوم ترین و مستحکم ترین سنگ های مصنوعی دانست. لذا پی هایی که با بتن ساخته می شود، بهترین فونداسیون در کارهای ساختمان به شمار می آیند.
امروزه توصیه می شود که پی کلیه ساختمانها به خصوص در مناطق زلزله خیز را با بتن مسلح بسازند. حتی برای ساختمان های سبک و یک طبقه نیز پی های بتنی از نوع نواری آن بسیار مناسب است.
از انواع فونداسیون بتنی میتوان در هر دو نوع ساختمان‌های اسکلت فلزی و اسکلت بتنی استفاده کرد.
فونداسیون تکی
از فونداسیون تکی در ساختمان های فلزی یا در ساختمان های بتنی که بار ساختمان را به صورت نقطه ای به زمین منتقل می کنند استفاده می شود.
فونداسیون نواری
به شالوده ی یکسره ای که بار دیوار و یا چند ستون را، که در یک ردیف قرار دارند به زمین انتقال می دهد فونداسیون نواری می گویند. این شالوده می تواند به شکل مربع مستطیل، ذوزنقه و یا وارونه باشد.
فونداسیون های گسترده
از فونداسیون های گسترده در ساختمان‌هایی با چند ستون و دیوارهای پیوسته و ممتد با پی ریزی به صورت دال و تیر و دال استفاده می شود. در این نوع فونداسیون که به صورت بتن ریزی اجرا می شود؛ نیاز است که دمای بتن پایین باشد. بدین منظور در مناطقی که آب و هوای گرمی دارند؛ بتن ریزی بعد از ظهر انجام می شود و سه تا چهار ساعت بعد از بتن ریزی باید آبدهی شود.
همچنین می توان با نگهداری سیمان و مصالح ساختمانی در مکان های خنک و آب پاشی به ماشین‌های حمل مصالح در پایین نگه داشتن دمای فونداسیون موثر بود.
فونداسیون صفحه ای
از فونداسیون صفحه ای یا رادیوژنرال‌ها در ساختمان هایی با تعداد طبقات بالا و یا به اصطلاح «آسمان خراش ها» و زمین هایی با مقاومتی به نسبت کم استفاده می شود. دلیل استفاده از این فونداسیون برای ساختمان هایی که بار و فشار زیادی دارند، این است که می تواند بار را به طور یکنواخت روی تمام سطح پخش کند.
فونداسیون مشترک
هنگامی که بخواهیم برای یک یا چند ستون یک فونداسیون داشته باشیم و همچنین برای ساختمان‌هایی که دارای سطح فونداسیون مماس هستند و یا ساختمان هایی که طول زیادی دارند و مجبوریم برای ستون های مجاور، درز انبساط بسازیم از فونداسیون مشترک استفاده می کنیم.
اجرای فونداسیون مشترک به شکل ذوزنقه است که قاعده بزرگ زیر بار با فشار بیشتر و قاعده کوچک زیر بار با فشار کمتر قرار می گیرد.
فونداسیون باسکولی
از فونداسیون باسکولی برای جلوگیری از چرخش فونداسیون و تیر در کنار دیوار ساختمان مجاور استفاده می شود.
فونداسیون های کلاف شده
از فونداسیون های کلاف شده در مناطق زلزله خیز استفاده می شود و فونداسیون را با کمک بتن آرمه به یکدیگر متصل می‌کنند. که این اتصال با توجه به اینکه اگر ارتفاع شناژ از ارتفاع پی کمتر باشد به دو صورت انجام میپذیرد.
- سطح بالای شناژ و فونداسیون را در یک امتداد قرار می‌دهند.
- سطح پایین شناژ و فونداسیون را در یک امتداد قرار می‌دهند.
فونداسیون های شمعی
فونداسیون های شمعی که از جنس فولاد، بتن، بتن مسلح و چوب هستند؛ در ساختمان‌هایی که خاک ساختمان قابلیت فشردگی خیلی ضعیف و یا خیلی قوی را دارد استفاده می شود و در ساخت شالوده های عمیق کاربرد دارد. بدین معنی زمین هایی که بستر سنگی و لایه‌ی زیرین‌شان در عمق کافی برای ساختمان قرار نداشته باشد؛ از فونداسیون شمعی برای توزیع مناسب بار و مهار تدریجی بار استفاده می شود.
این فونداسیون به اندازه‌ی لازم مقاومت شالوده‌های حائل خاک را در برابر فشار جانبی خاک ایجاد کرده و استحکام کافی ساختمان در برابر زلزله را فراهم می کند.
عوامل موثر در انتخاب فونداسیون ساختمان
همانطور که در ابتدای مقاله اشاره کردیم، انتخاب فونداسیون با توجه به شرایط زمین و بار اعمال شده توسط سازه، انجام میشود. به طور کلی، میتوان گفت با توجه به نوع سازه و پروژه مورد نظر، باید عوامل مختلفی بررسی شود.
میزان بار اعمال شده از طرف سازه
میزان بار اعمال شده از طرف سازه، یکی از عوامل موثر در انتخاب فونداسیون است. این پارامتر به نوع سازه، مصالح ساختمانی مورد استفاده، محل ساخت و احتمال رخ دادن زلزله بستگی دارد. میزان نشست سازه و همچنین استفاده از سنگ، آجر و یا بتن در این پارامتر، دخیل هستند.
ظرفیت باربری زمین
منظور از ظرفیت باربری زمین، توانایی زمین در نگهداری از سازه است، بدون اینکه کوچکترین مشکلی پیش بیاید. ظرفیت باربری زمین، یکی از مهمترین معیارهای تاثیرگذار در انتخاب فونداسیون مناسب است. یکی از مهمترین مواردی که در این پارامتر دخیل است، سطحی یا عمیق بودن فوندانسیون است.
نوع خاک یا سنگ استفاده شده در سازه
نوع خاک یا سنگ استفاده شده در سازه هم از دیگر مواردی است که در انتخاب فونداسیون ساختمان باید به آن دقت شود. لایه خاک سطحی از سطح زمین تا عمق سه متری است، در حالی که پایین‌تر از آن، به عنوان لایه خاک زیر سطحی شناخته میشود. سنگ‌هایی مانند سنگ آهک، سنگ بستر و ماسه سنگ، ظرفیت باربری بالایی دارند و معمولا برای ساختمان‌های تجاری یا مسکونی بزرگ، مناسب هستند.
سهولت اجرا
سهولت اجرا در انتخاب فونداسیون، از دیگر موارد مهمی هستند که باید در پروژه در نظر گرفت.
در نظر گرفتن شرایط بد آب و هوایی و بلایای طبیعی
در نظر گرفتن شرایط بد آب و هوایی و همچنین بلایای طبیعی از عوامل مهمی هستند که نباید در انتخاب فونداسیون فراموش شوند؛ چرا که ممکن است برخی سازه‌ها در شرایط آب و هوایی مرطوب یا خشک ساخته شوند.
مسائل اقتصادی
در شرایطی تعداد گزینه‌های مناسب برای اجرای فونداسیون زیاد باشد، هزینه اجرا از دیگر عوامل مهم و تاثیرگذار است.
هدف از کاربرد فونداسیون چیست؟
فونداسیون، دلیل اصلی استحکام هر ساختمان است. هر چه پایه قوی تر باشد، سازه با ثبات تر است.
طراحی و ساخت مناسب فونداسیون، سطح مناسبی را برای توسعه زیرساخت در سطح مناسب و زیربنای مستحکم فراهم می کند
یک فونداسیون مناسب، وزن سازه را به طور یکنواخت روی سطح بستر توزیع می کند. این انتقال یکنواخت به جلوگیری از نشست نابرابر ساختمان کمک می کند.
فونداسیون، وزن روبنای سازه را به طور یکنواخت از بستر (کف لایه) به خاک زیر بستر منتقل می کند. این بار منتقل شده به خاک، باید در ظرفیت تحمل مجاز خاک باشد.
بنابراین کارکردهای اصلی فونداسیون را می توان به ترتیب زیر طبقه بندی کرد
- فراهم کردن پایداری جانبی کلی برای سازه
- تامین سطح برای ساخت زیربنا
- توزیع مساوی وزن سازه
- کاهش شدت بار مطابق با ظرفیت ایمنی تحمل خاک
- مقاومت در برابر اثر حرکت خاک
- رفع فرسایش و زیر شویی خاک
تفاوت فونداسیون و شناژ
برای تکمیل شناخت فونداسیون بهتر است به بررسی مفهوم شناژ نیز بپردازیم:
شناژ ریشه فرانسوی دارد و به معنای زنجیر کردن است. در بسیاری از سازه‌ها، مهندسان برای تقسیم یکسان نیروی حاصل از وزن ساختمان در تمام نقاط و انتقال آن به زمین، باید از پی منفرد استفاده کنند.
اما پی‌های منفرد هیچگونه ارتباطی با یکدیگر نداشته و معمولا حداقل فاصله‌ی بین آنها ۵ متر است؛ پس به همین خاطر با طراحی یک پی نواری یا افقی مقاوم (شناژ)، سعی می شود تا این پی‌های منفرد به یکدیگر وصل شوند.
همانطور که در ابتدا این مقاله هم گفتیم، بخش زیرین یک سازه فونداسیون یا پی نام دارد که بارهای یک سازه را اعم از بار مرده یا زنده به طور یکنواخت به زمین وارد می کند.
این در حالی است که بخش مقاوم‌کننده‌ی پی، شناژها هستند که چه به صورت عمودی و چه به صورت افقی اگر اجرا شوند، می توانند نیروی کشش و فشار منتشر شده از سوی فونداسیون‌های عمودی و افقی را تحمل کرده و پی یا فونداسیون‌ها را به یکدیگر متصل کنند
ویژگی محل هایی که میتوان فونداسیون در آنها کار کرد، چیست؟
پی های عمیق که در آن شمع ها در عمق خاک فرو رفته (شمع پیش ساخته) و یا در محل مورد نظر بنا می شوند (شمع درجا) و هدف از آن عبور از لایه های خاکی که فاقد مقاومت کافی هستند و دستیابی به لایه ای با مقاومت مناسب است.
و پی های سطحی که زمانی استفاده می شوند که مقاومت لایه های رویی خاک به اندازه کافی بالا هست. پی های گسترده، پی های نواری، و پی منفرد نمونه هایی از این نوع پی هستند. رایج ترین نوع فونداسیون سطحی، پی نواری است که در زیر دیوارهای باربر احداث می شود
پس زمانی که تا عمق قابل توجهی لایه ها سست و ضعیف باشند و استفاده از شمع هم امکان پذیر نباشد، از پی های شناور استفاده می شود.
فونداسیون شناور و تاثیر آن در زلزله
گاهی نیز بر اساس شرایط از فونداسیون شناور در پی ساختمانی استفاده می شود. یعنی هنگامی که تا عمق قابل توجهی لایه های خاک سست باشند و استفاده از شمع نیز امکان پذیر نباشد.
برای احداث پی شناور در زیر یک سازه، نیاز است تا میزان خاکی هم وزن با سازه، خاک برداری شود. از نظر تئوری، با جایگزینی ساختمان به جای خاک برداشته شده، از ورود تنش اضافی به خاک جلوگیری می شود و مانع از نشست خاک و یا خسارت ناشی از زلزله می شود. از همین رو، برخی به آن فونداسیون جبرانی نیز می گویند.
مناطقی که بیشتر در معرض زلزله یا لرزش هستند یا به علت نزدیکی به دریا رطوبت زیر زمینی در آن منطقه زیاد است، لازم است تا از پی شناور استفاده کنند. به عنوان مثال ساختمان های نزدیک معدن یا بزرگراه های عظیم نیاز به استفاده از پی شناور دارند.
بشر همواره سال های متمادی به دنبال راهی برای کاهش خسارت های ناشی از زلزله و محافظت از ساختمان ها بوده است. یک راه حل آن استفاده از پی شناور است که به جداسازی فونداسیون معروف است و در آن ساختمان را از پی آن جدا می کنند.در این روش روی یاتاقان های سربی لاستیکی، ساختمانی شناور می سازند. در هنگام زلزله، ساختمان با تکان خوردن بر روی پی شناور، از لرزیدن و خسارت به بار آمدن جلوگیری می کند.
اکنون با توجه به زلزله رخ داده در شهرستان خوی می توانیم به تاثیر پی ساختمان در جلوگیری از خسارات جبران ناپذیر پی ببریم. در مناطق زلزله خیز که بر روی گسل قرار دارند با رعایت هرچه بهتر نکات ایمنی در ساخت سازه ها از ایجاد خسارات جانی و مالی جلوگیری کنیم. اکنون زلزله خوی و زلزله ترکیه میزان اهمیت پی ساختمان را بر همگان روشن کرده است.
سوالات متداول
در این بخش می توانید پاسخ سوالاتی که معمولا برای مشتریان ما پیش می آید را بیابید. در صورتی که سوال دیگری دارید با مجموعه بپتا در تماس باشید.
در مراحل مختلف ساخت اجرا و مراقبت از بتن تازه و محافظت از بتن سخت شده نهایی در شرایط عمومی آب و هوایی از چه محصولات شیمیایی ساختمان جهت بتن فونداسیون استفاده کنیم؟
از آنجا که فونداسیون ها عموما در مجاور عوامل خورنده خاک و آب و حتی فاضلاب از جمله کلرید و سولفات و نیترات و سایر یون های مخرب قرار دارند و وجود خلل و فرج میکروسکوپی باعث بروز خاصیت مویینگی و حمله یون ها به سمت میلگرد ها و در نهایت خوردگی و ناکارآمدی فونداسیون می شود، بایستی حتما بتن فونداسیون از داخل و بیرون(حجم و سطح) نفوذناپذیر و مقاوم گردد.
آیا برای کاشت میلگرد یا بولت به صورت افقی یا عمودی و یا مقاوم سازی سازه های بتنی میتوان از چسب بتن معمولی استفاده کرد؟
خیر، در این قبیل کارها بایستی از خمیر(چسب) کاشت میلگرد و یا محصول دیگری بنام ملات اپوکسی استفاده کرد. در این حالت علاوه بر چسبندگی بالا، مقاومت کششی و خمشی بسیار زیادی ایجاد می شود که در هنگام نیاز به عملکردهای کششی و خمشی بخصوص حین زلزله، بسیار کارآمد عمل می کند.
