پرش به محتوا 
یکی از مهمترین بخشهای ساختمان که بارهای حاصل از وزن کلی سازه را تحمل میکند، فونداسیون (Foundation) یا شالوده است. در ساختمانسازی، این قسمت، در پایینترین بخش سازه قرار دارد و به همین دلیل به آن «پی ساختمان» هم گفته میشود. از جمله عوامل تاثیرگذار روی دوام و طول عمر پی ساختمان، میتوان به اندازه و ابعاد، کیفیت بتنریزی، جنس و ظرفیت تحمل خاک اشاره کرد. اگر میخواهید بدانید فونداسیون چیست و چه ویژگیهایی دارد، این مقاله به طور کامل به سوالات شما پاسخ میدهد.
مراحل اجرای شالوه (فونداسیون)
هرچند مراحل اجرای شالوده به این بستگی دارد که چه نوع فونداسیونی را قرار است اجرا کنیم؛ بااینحال، معمولا گامهای اساسی اجرای شالوده در تمام انواع آن مشترک هستند. در این بخش به صورت کلی به آنها اشاره خواهیم کرد.
مرحله اول: موقعیت مکانی اجرا
ابتدا موقعیت مکانی برای ساخت را انتخاب کنید. برای پاسخ به این سوال که محل مناسب برای اجرای شالوده چیست، باید به فاکتورهایی مانند شرایط زمین، جنس خاک، نقشه ساختمان و مشخصات سازه توجه کرد. برای مثال، جنس بعضی از خاکها به اندازه کافی توان و تحمل بارهای سازه را ندارد؛ بنابراین قبل از اینکه محل احداث پی انتخاب شود، باید کیفیت و جنس خاک مورد بررسی قرار گیرد.
مرحله دوم: تعیین نوع فونداسیون
در این مرحله باید مشخص کنیم که چه نوع فونداسیونی قرار است اجرا شود. از جمله عوامل تاثیرگذار در انتخاب نوع شالوده میتوان به بارهای ساختمان از جمله وزن میلگرد اشاره کرد. به طور کلی برای این بخش از سازه، دو نوع «سطحی» و «عمیق» وجود دارد. در بخش بعدی هرکدام از این انواع را توضیح خواهیم داد.
مرحله سوم: مرزبندی محدوده فونداسیون
در مرحله سوم اجرا، یکی از مهمترین کارها، تعیین دقیق مرزها و ابعاد فونداسیون است. این مرحله به معنای مشخص کردن دقیق محل قرارگیری بر روی زمین و تعیین اندازههای آن است. با دانستن ابعاد دقیق این بخش از سازه، مهندسان میتوانند نوع مناسب را انتخاب کنند؛ برای مثال، اگر ساختمان بزرگ و سنگینی قرار است ساخته شود، به فونداسیونی با ابعاد بزرگ و عمق بیشتر نیاز است.
مرحله چهارم: گودبرداری و اجرای سازه نگهبان
پس از تعیین دقیق مرزها و ابعاد در مرحله قبل، نوبت به آمادهسازی گود میرسد. این مرحله شامل حفاری زمین تا عمق مورد نظر و اجرای سازههایی برای حفظ پایداری دیوارههای گود است. با حفر گود، فضایی مناسب برای قرارگیری بتن یا مصالح دیگر فونداسیون ایجاد میشود. علاوه بر این، حفاری تا رسیدن به لایه مقاوم خاک، تضمین میکند که فونداسیون روی یک بستر پایدار قرار خواهد گرفت.
مرحله پنجم: اجرای نهایی
پس از انجام مراحل آمادهسازی شامل تعیین دقیق ابعاد، گودبرداری و اجرای سازه نگهبان، نوبت به قلب عملیات ساختمانی یعنی اجرای بتنریزی و تکمیل پی ساختمان میرسد. این مرحله از اهمیت بسیار بالایی برخوردار است، زیرا Foundation به عنوان پایه و اساس ساختمان، نقش کلیدی در تحمل بارهای وارده و پایداری ساختمان ایفا میکند.
در اجرای نهایی، قبل از بتن ریزی، ابتدا آرماتوربندی انجام میشود. میلگردهایی با طرح و تعداد مشخص شده در نقشههای ساختمانی درون قالبها قرار میگیرند. در این قسمت، کیفیت آرماتورها از اهمیت بالایی برخوردار است. به همین دلیل، بهتر است آنها را از کارخانههای تولیدکننده معروف تهیه کنیم. پس از آن، قالببندی با توجه به شکل و ابعاد موردنظر انجام میشود. در نهایت بتن ریزی انجام خواهد شد.
مرحله ششم: نگهداری از پی ساختمان
پس از اتمام بتنریزی و کسب مقاومت کافی توسط بتن، مرحله نهایی آغاز میشود. این مرحله شامل مجموعهای از فعالیتها است که هدف از آنها، تضمین دوام و پایداری طولانیمدت فونداسیون است.
فعالیتهای اصلی در مرحله ششم:
- حذف قالبها: پس از کسب مقاومت کافی توسط بتن، قالبها با دقت از اطراف بتن جدا میشوند. این کار باید با احتیاط انجام شود تا به بتن تازه آسیب نرسد.
- تمیزکاری و پرداخت سطح بتن: پس از حذف قالبها قالبها، سطح بتن به دقت تمیز شده و در صورت نیاز پرداخت میشود. پرداخت بتن به بهبود ظاهر و افزایش مقاومت سطحی آن کمک میکند.
- آببندی و عایقکاری: برای جلوگیری از نفوذ آب و رطوبت به داخل بتن و همچنین جلوگیری از خوردگی آرماتورها، از مواد آببند و عایق کمک میگیرند. این مواد میتوانند به صورت پوششهای مایع یا ورقهای بر روی سطح بتن اعمال شوند.
- پر کردن فضای خالی اطراف فونداسیون: پس از اتمام بتنریزی، فضای خالی بین دیوارههای گود و بتن پی ساختمان با مصالح مناسب مانند خاک مسلح یا بتن پر خواهد شد.
کاربرد پی در ساختمان
این بخش زیرین سازه، وظایف مهمی را بر عهده دارد که به طور خلاصه میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
- توزیع یکنواخت بار: فونداسیون، بارهای ناشی از وزن سازه را در سطح گستردهای از خاک پخش میکند. وزن کلی سازه شامل مجموعهای از بارها میشود. از جمله این بارها میتوان به وزن انواع سقف کاذب به کار رفته، به همراه وزن مصالح و تجهیزات اشاره کرد.
- جلوگیری از نشست نامتقارن: نشست نامتقارن ساختمان میتواند به ترک خوردگی دیوارها، کج شدن درها و پنجرهها و در نهایت تخریب سازه منجر شود. پی با توزیع مناسب بار، از وقوع این پدیده جلوگیری میکند.
- مقاومت در برابر نیروهای جانبی: نیروهای جانبی مانند زلزله، باد و رانش زمین میتوانند به ساختمان آسیب جدی وارد کنند. پی با اتصال محکم ساختمان به زمین، مقاومت آن را در برابر این نیروها افزایش میدهد.
- افزایش پایداری و استحکام: پی سازه، ثبات و پایداری سازه را به طور قابل توجهی افزایش میدهد. این امر به ویژه در ساختمانهای بلند و سازههایی که در مناطق با خاک نرم یا شیبدار ساخته میشوند، اهمیت بیشتری پیدا میکند.
انواع فونداسیون
انتخاب نوع Foundation مناسب، به عوامل مختلفی از جمله نوع خاک، بارهای وارده، عمق سطح آب زیرزمینی و شرایط اقلیمی بستگی دارد. در صورتی که نوع این بخش از سازه به درستی انتخاب نشود، در نهایت طول عمر سازه کاهش پیدا میکند. برای آشنایی با انواع پی، ادامه این مطلب از فولاد ثامن را دنبال کنید.
فونداسیونهای سطحی (Shallow Foundations)
این نوع فونداسیونها در عمق کم و نزدیک به سطح زمین اجرا میشوند و بارهای وارده را به لایههای بالایی خاک منتقل میکنند. انواع مختلف فونداسیونهای سطحی عبارتند از:
- منفرد (Isolated Footing): این مدل، برای تحمل بار یک ستون واحد به کار میرود و معمولاً به شکل مربع یا دایره ساخته میشود.
- نواری (Strip Footing): این نوع، به صورت نواری پیوسته در زیر دیوارهای باربر یا چند ستون در یک ردیف اجرا میشود و بار را در امتداد نوار توزیع میکند.
- گسترده (Raft Foundation): به صورت یک صفحه بتنی گسترده در زیر تمام ساختمان اجرا میشود و برای ساختمانهایی با بار زیاد یا خاکهای ضعیف مناسب است.
- مرکب (Combined Footing): این شالوده، ترکیبی از فونداسیونهای منفرد و نواری است و برای تحمل بار چند ستون مجاور به کار میرود.
فونداسیونهای عمیق (Deep Foundations)
انواع عمیق پی، در عمق بیشتری نسبت به انواع سطحی اجرا میشوند و بارهای وارده را به لایههای عمیقتر و مقاومتر خاک منتقل میکنند. انواع مختلف فونداسیونهای عمیق عبارتند از:
- شمعها (Piles): شمعها اجزای کشیده و استوانهای شکلی هستند که در زمین کوبیده یا حفر میشوند و بارهای وارده را به لایههای عمیقتر منتقل میکنند.
- کیسونها (Caissons): کیسونها جعبههای بزرگ بتنی یا فولادی محسوب شده که در داخل زمین حفر یا فرو رانده میشوند. این لولهها را در نهایت با بتن پر میکنند.
- نیلها (Wells): نیلها لولههایی هستند که در زمین حفر شده و سپس با بتن پر میشوند.
| مزایا | معایب | کاربرد | نوع فونداسیون |
| اجرای ساده و سریع، هزینه کمتر | محدودیت در خاکهای ضعیف، ظرفیت باربری کمتر | ساختمانهای سبک و متوسط، خاکهای با مقاومت متوسط | سطحی |
| انعطافپذیری در طراحی | امکان نشست نامتقارن در صورت بارگذاری نامتقارن | ساختمانهای با ستونهای مجزا | منفرد |
| توزیع یکنواخت بار | نیاز به حجم بتن بیشتر | دیوارهای باربر، ساختمانهای با پیوستگی زیاد | نواری |
| توزیع یکنواخت بار، مقاومت بالا در برابر نشست | هزینه بالا، حجم بتن زیاد | ساختمانهای با بار زیاد، خاکهای ضعیف | گسترده |
| انعطافپذیری در طراحی، توزیع مناسب بار | پیچیدگی در طراحی و اجرا | ساختمانهایی با آرایش نامنظم ستونها | مرکب |
| ظرفیت باربری بالا، مقاومت در برابر نیروهای جانبی | هزینه بالا، اجرای پیچیده | ساختمانهای سنگین، خاکهای ضعیف، مناطق با سطح آب زیرزمینی بالا | عمیق |
| ظرفیت باربری بسیار بالا | هزینه بالا، نیاز به تجهیزات خاص | ساختمانهای بلند، خاکهای نرم، مناطق با سطح آب زیرزمینی بالا | شمعها |
| ظرفیت باربری بسیار بالا، مقاومت در برابر نیروهای جانبی | هزینه بسیار بالا، اجرای بسیار پیچیده | ساختمانهای بسیار سنگین، خاکهای بسیار نرم | کیسونها |
| هزینه کمتر از شمع و کیسون، اجرای سادهتر | ظرفیت باربری کمتر از شمع و کیسون | ساختمانهای با بار متوسط، خاکهای با مقاومت متوسط | نیلها |
عوامل موثر در انتخاب فونداسیون
انتخاب نوع پی ساختمان به عوامل متعددی بستگی دارد که مهمترین آنها شرایط زمین و بار وارد شده به ساختمان است. هر پروژه ساختمانی شرایط منحصر به فردی دارد؛ بنابراین انتخاب پی مناسب نیازمند بررسی دقیق شرایط محل ساخت خواهد بود. در ادامه به عوامل موثر در انتخاب Foundation اشاره خواهیم کرد.
بار ساختمان
وزن ساختمان حاصل از وزن مصالح بکار رفته (آجر، بتن، میلگردها و مقاطع فولادی) و تعداد طبقات، بر نوع و عمق پی ساختمان تاثیرگذار است. برای مثال، میلگردهای موجود در بازار براساس طول و سایزی که دارند، وزن متفاوتی خواهند داشت. در یک نمونه، میلگرد 10 وزن کمتری نسبت به میلگرد 12 دارد. با این تعریف، باید در انتخاب میلگردها و مصالح ساختمان دقت زیادی داشت.
نوع خاک
جنس خاک (رس، شن، ماسه)، میزان رطوبت خاک، ظرفیت باربری خاک و وجود لایههای سست در خاک از مهمترین عوامل موثر بر انتخاب پی هستند. خاکهای سفت و مقاوم، مانند سنگ بستر، بهترین گزینه برای تحمل بار ساختمان هستند.
سطح آب زیرزمینی
ارتفاع سطح آب زیرزمینی بر نوع پی ساختمان و عمق آن تاثیر میگذارد. اگر سطح آب زیرزمینی بالا باشد، باید از پیهایی استفاده شود که در برابر رطوبت مقاوم باشند.
شرایط زمینشناسی
عواملی مانند گسلها، زمینلرزهها و نشست زمین بر انتخاب نوع پی ساختمان تاثیرگذارند. در مناطق زلزلهخیز، باید از پیهایی استفاده شود که در برابر نیروهای جانبی مقاوم باشند.
هزینه ساخت
هزینه ساخت هر نوع شالوده در ساختمان متفاوت است؛ بنابراین، هزینه ساخت نیز در انتخاب نوع پی موثر است.
الزامات یک فونداسیون خوب
از جمله الزامات موردنیاز برای اجرای یک فونداسیون خوب میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
- انتقال بار: شالوده باید قادر باشد بارهای وارده از ساختمان (بار مرده، زنده، باد، زلزله و …) را به زمین منتقل کرده و از ایجاد فشار بیش از حد بر خاک زیرین جلوگیری کند.
- مقاومت در برابر نیروهای خارجی: یک فونداسیون خوب باید در برابر نیروهای خارجی مانند زلزله، نشست زمین، فشار آب زیرزمینی و تغییرات دمایی مقاوم باشد.
- جلوگیری از نشست نامتقارن: نشست یکنواخت و کنترل شده پی ساختمان بسیار مهم است. نشستهای نامتقارن میتوانند به ترک خوردگی و آسیبهای جدی در ساختمان منجر شوند.
- نوع خاک: نوع خاک، ظرفیت باربری، سطح آب زیرزمینی و سایر ویژگیهای خاک، به طور مستقیم بر طراحی و اجرا تاثیر میگذارند.
- عمق مناسب: عمق شالوده باید به گونهای انتخاب شود که به لایههای مقاوم خاک برسد و از نشستهای بیش از حد جلوگیری کند.
- آببندی مناسب: در مناطقی با سطح آب زیرزمینی بالا، آببندی فونداسیون از اهمیت ویژهای برخوردار است تا از نفوذ رطوبت و آسیب به سازه جلوگیری شود.
- زلزلهخیزی منطقه: در مناطق زلزلهخیز، فونداسیون باید به گونهای طراحی شود که بتواند انرژی ناشی از زلزله را جذب کرده و از آسیب به ساختمان جلوگیری کند.
- تغییرات دمایی: تغییرات دمایی میتوانند باعث انبساط و انقباض بتن شده و در نتیجه به ترک خوردگی بتن منجر شوند؛ بنابراین، باید از بتن با کیفیت و آرماتوربندی مناسب استفاده شود.
- فرسایش خاک: در مناطقی که فرسایش خاک زیاد است، باید از روشهای محافظتی مناسب برای جلوگیری از تخریب پی ساختمان استفاده شود.
- استفاده از مصالح با کیفیت: استفاده از مصالح مرغوب و بتن با مقاومت بالا، نقش مهمی در دوام و پایداری فونداسیون دارد
- نظارت دقیق بر اجرای کار: نظارت دقیق بر مراحل اجرای کار، از جمله بتنریزی، آرماتوربندی و قالببندی، ضروری است تا از رعایت استانداردها اطمینان حاصل شود.
نتیجه گیری
در این مطلب به این سوال پاسخ دادیم که پی ساختمان چیست و چه کاربردی دارد. در پایان خوب است به این نکته اشاره کنیم که برای اجرای Foundation و بتنریزی باید حتما به استاندارد ملی ایران شماره 6024 و سایر استانداردهای مهم توجه کرد. علاوه بر این، نوع و مقدار میلگرد باید به دقت انتخاب شود. برای محاسبات میلگرد بهتر است به سوالاتی از جمله هر بندیل میلگرد چند شاخه است یا چه کارخانهای بهترین میلگرد را تولید میکند، توجه کنید. اگر این مقاله برای شما مفید بود، لطفا نظرات خود را در ادامه همین مطلب با ما در میان بگذارید.
سوالات متداول
آیا میتوان فونداسیون یک ساختمان قدیمی را ترمیم کرد؟
بله، در بسیاری از موارد، ترمیم پی ساختمان ساختمانهای قدیمی امکانپذیر است. البته این کار نیاز به بررسی دقیق شرایط ساختمان و مشاوره با مهندس عمران دارد.
عمر مفید یک فونداسیون چقدر است؟
عمر مفید یک شالوده به عوامل مختلفی از جمله نوع مصالح استفاده شده، شرایط آب و هوایی، کیفیت ساخت و نگهداری، و نوع خاک بستگی دارد. در شرایط عادی و با نگهداری مناسب، یک فونداسیون میتواند تا چندین دهه و حتی قرنها دوام بیاورد.
آیا میتوان فونداسیون را در هر زمانی از سال اجرا کرد؟
به طور کلی، بهترین زمان برای اجرای این بخش از سازه، فصلهای گرم و خشک سال است. در این فصلها، بتن سریعتر خشک میشود و خطر یخزدگی آن کمتر است. با این حال، با استفاده از افزودنیهای بتن و تمهیدات مناسب، میتوان در فصول سرد نیز فونداسیون را اجرا کرد.