فونداسیون (شالوده) در ساختمان چیست ؟

فونداسیون ساختمان چیست؟

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. به منظور ساخت کلیه ساختمان ها، رعایت مقررات ملی و ضوابط پی در ساخت و اجرای فونداسیون الزامی است بر اساس نوع فونداسیون مورد نیاز برای ساختمانها تدابیری باید اتخاذ کرد تا تعادل و پایداری لازم بین بارهای وارده و مواضع اتکا روی زمین برقرار شود. بدین سبب شناخت اصولی روش اجرای فونداسیون اهمیت دارد.

پی به مجموعه بخش هایی از سازه و خاک در تماس با آن که وظیفه انتقال بار از ساختمان به زمین را دارد گفته می شود. در ادامه به بررسی پی و فونداسیون و انواع آن و نحوه اجرا از جمله میلگرد گذاری فونداسیون خواهیم پرداخت. به طور کلی وظیفه یک شالوده (پی) آن است که وزن ساختمان را به گونه ای به زمین انتقال دهد که:

ساختمان بیش از حد نشست نکند
مقادیر نشست در نقاط مختلف ساختمان متفاوت نباشد
بر اثر بار وارد شده از سمت ساختمان در خاک زیر ساختمان شکست ایجاد نشود
از واژگونی ساختمان در برابر نیروهای جانبی جلوگیری نماید.
مشاهده نسخه pdf مقاله : پی ساختمان یا فونداسیون چیست ؟

اصول پایدار ساختمانی بر اساس پی سازه
سازه عبارت است از یک عضو یا مجموعه ای از اعضا که به منظور تحمل و انتقال نیرو به کار می رود. مجموعه اعضای سازه یک ساختمان شامل سقف، تیر، ستون و شالوده می باشد.

در شکل های زیر این اعضا مشاهده می شود.

فونداسیون چیست
فونداسیون سازه
تعریف فونداسیون
قسمتی از سازه ساختمان که غالبا پایین تر از سطح قرار گرفته و نیروهای وارده را به خاک یا بستر سنگی (پی) انتقال می دهد شالوده یا فونداسیون نامیده می شود.

عمده ترین بارهای وارده بر سازه ساختمان

۱ – بارهای ناشی از وزن سازه (بارهای مرده)

۲ – بارهای ناشی از اجزای متحرک (بار زنده)

۳ – بارهای زلزله، باد (بارهای جانبی)

شالوده ساختمان
ابعاد شالوده ای که بار ستون را تحمل می کند شامل سه عامل (مقدار بار وارده) و (مقاومت بستر خاک) و (جنس مصالح تشکیل دهنده شالوده) می باشد. ابعاد شالوده با مقدار بار وارده نسبت مستقیم و با مقاومت خاک بستر نسبت معکوس دارد. یعنی هرقدر مقدار بار وارده زیاد باشد ابعاد شالوده نیز بزرگ تر خواهد بود و برعکس هرقدر مقاومت خاک بستر زیر شالوده بیشتر باشد ابعاد شالوده را می توان کمتر انتخاب نمود.

تقسیم بندی فونداسیون
به طور کلی فونداسیون ها را به دو دسته کلی تقسیم بندی می کنند

شالوده سطحی
شالوده عمیق
به طور کلی تر پی ها به دسته های زیر تقسیم بندی می شوند:

پی های سطحی یا شالوده ها
پی های عمیق یا شمع ها
پی های نیمه عمیق مانند پی های چاهی
پی های ویژه مانند مهارها، پی صندوقه ای (کیسون ها)، ستون های شنی و مهارها
پی منفرد (نقطه ای) : که به صورت مجزا و مستقل بار را از ستون به زمین وارد می کند.
۱ – شالوده سطحی

اگر زمینی که مستقیما زیر سازه قرار دارد شرایط مطلوب داشته باشد می توان نیروهای وارده را با استفاده از شالوده های مناسب به خاک بستر منتقل کرد.

انواع شالوده های سطحی
الف – شالوده منفرد

شالوده ای که بار یک ستون را تحمل و به زمین منتفل می کند شالوده منفرد می نامند.

شالوده منفرد
شناژ (رابط بین شالوده ها)
نقش شناژ کلاف کردن و مهار نمودن شالوده ها است. شناژ به منظور مقابله با نیروهای افقی و یکنواخت کردن نشست در ساختمان ها به کار می رود.

شناژ فونداسیون
در مواردی که دو فونداسیون منفرد به دلیل بزرگی ابعاد تداخل داشته باشند، با هم ادغام می شوند که به آن فونداسیون مرکب گویند.

فونداسیون مرکب
ب – فونداسیون نواری

فونداسیون نواری، ساده ترین نوع فونداسیون های سطحی است که به صورت یک نوار در زیر ستون های یک محور قرار می گیرد. نواری بودن فونداسیون ها می تواند در یک جهت و یا در دو جهت باشد که در صورت اجرا در یک جهت آن ها را با شناژهای رابط به هم متصل می نماییم.

فونداسیون نواری
شالوده نواری
فونداسیون نواری سازه
ج – فونداسیون گسترده

با افزایش بار وارده بر شالوده یا کم بودن مقاومت خاک، عرض نوارهای شالوده زیاد شده و با رسیدن و تداخل آن ها به یکدیگر، تبدیل به شالوده گسترده می شود. پی گسترده یک دال بتنی پهن شده در زیر ساختمان می باشد. مهمترین عامل استفاده از پی های گسترده عدم وجود خاک مناسب در زیر ساختمان می باشد.

انواع فونداسیون های گسترده
گسترده ساده
گسترده تیرچه دار
گسترده سلولی
حالات مختلف تقویت فونداسیون گسترده
محدودیت تیر به طرف پایین
محدودیت تیر به طرف بالا
چنانچه وضعیت فوق بحرانی شود بایستی با روش پمپاژ و شمع های کششی جلوی نیروهای رو به بالا گرفته شود.

شالوده گسترده
۲ – فونداسیون عمیق
چنانچه خاک در سطح زمین یا در عمق کم مقاومت کافی نداشته باشد لازم است نیروهای وارده را با استفاده از شالوده عمیق به لایه های مقاوم پایین تر منتقل کرد. آن دسته از شالوده هایی را که نسبت ارتفاع آن ها به کوچکترین بعد افقی شان بیش از ۶ باشد و ژرفای آن از ۳ متر بیشتر باشد گویند. پی های عمیق عموما به واسطه یک سازه میانجی با نام سر شمعی بارهای سازه را می گیرند و منتقل می کنند. پی های عمیق بایستی با فاصله حدودا ۷٫۵ تا ۱۵ متر در هر دو جهت اصلی ساختمان گمانه زنی شود. به ازای هر طبقه از ارتفاع ساختمان باید عمق گمانه ۳ متر را در نظر گرفت.

خاک به غیر از رس و لای : عمق گمانه ۶ تا ۹ متر پایین تر از پی

خاک رسی یا نرم: ۳ متر از پایین تر از لایه رس

انواع فونداسیون عمیق
فونداسیون ته باربردی
فونداسیون اصطکاکی
فونداسیون عمیق
شالوده عمیق سازه
در پروژه های ساختمانی اجرای فونداسیون ها تقریبا یکسان و مشابه می باشد. ابتدا باید نقشه فونداسیون را بر روی زمین پیاده کرد که برای پیاده کردن دقیق آن بایستی جزئیات لازم در نقشه مشخص شده باشد.

معمولا محورهای یک امتداد با اعداد ۱، ۲، ۳ و … شماره گذاری می شوند و محورهای امتداد دیگر با حروف A، B، C و … مشخص می گردند. همچنین فونداسیون هایی که وضعیت مشابهی از نظر ابعاد و مقدار بار وارده دارند را با علامت یکسان نشان داده و یا اصطلاحا آن ها را تیپ بندی می کنند مانند F1، F2 و …

اجرای فونداسیون
مراحل اجرای شالوده (فونداسیون)
پی کنی و گودبرداری
اجرای بتن مگر
آرماتوربندی
قالب بندی
بتن ریزی
پی کنی و گودبرداری:

برداشتن خاک اضافی تا رسیدن به سطح مطلوب را پی کنی و گودبرداری گویند. پی کنی و گودبرداری در ساختمان با اهداف زیر انجام می شود.

۱ – رسیدن به خاک سخت و مقاوم، چون بار ساختمان به فونداسیون و نهایتا به زمین منتقل می شود در نتیجه زمین زیر فونداسیون باید مقاوم باشد و نشست نکند.

۲ – برای محافظت فونداسیون و جلوگیری از اثرات جوی مانند یخ زدگی و باران و …

۳ – رسیدن به تراز لازم با توجه به نقشه های اجرایی پروژه

بتن مگر

بتن با عیار کم سیمان (حدود ۱۵۰-۱۰۰ کیلوگرم بر متر مکعب) که در زیر شالوده اجرا می شود بتن مگر (بتن نظافت یا بتن لاغر) گویند. ضخامت آن معمولا ۱۰ سانتی متر می باشد و عرض آن ۱۰ سانتی متر از هر طرف از ابعاد فونداسیون شالوده بیشتر است.

هدف از اجرای بتن مگر

۱ – جلوگیری از تماس مستقیم بتن اصلی شالوده با خاک

۲ – رگلاژ (هم سطح کردن) کف شالوده و ایجاد سطحی صاف برای اجرای شالوده

اجزای پی منفرد
بتن مگر : بتنی با ضخامت حداقل ۱۰ سانتی متر که خطر آلودگی بتن سازه ای را به هنگام انجام عملیات بتن ریزی مرتفع می نماید. عیار بتن مگر ۱۵۰ و ضخامت آن حداقل ۷٫۵ سانتی متر می باشد. بهترین زمان بتن ریزی مگر بعد از گودبرداری و کوبیدن خاک می باشد.
قالب بندی : بخش عمده هزینه ساخت و اجرا را در ساختمان های بتنی به خود اختصاص می دهد.
آرماتور داخل پی
صفحه ستون
بولت
رامکا
یک محل مناسب برای پی ساختمان باید دارای دو ویژگی باشد:
سطح فوقانی پی باید پایین تر از سطح یخبندان باشد.

سطح تحتانی پی باید بالاتر از عمق ایستایی باشد.

عمق یخبندان پایین ترین عمقی است که در آن آب و هوا و رطوبت خاک در سرمای ناشی از سردترین روز سال یخ می زند و این مقدار با اقلیم مشخص می شود.

عوامل موثر بر عمق پی
طرح معماری
عمق خاک مناسب : دکوپاژ
عمق یخبندان
عمق پی باید بیشتر از عمق یخبندان باشد.
عوامل موثر بر سطح پی
ابعاد تکیه گاه انواع عناصر باربر قائم:

برای ستون بتنی برابر با ابعاد ستون بتنی است

برای ستون، پایه ها و دیوارهای مصالح بنایی، ابعاد تکیه گاه برابر با نصف ابعاد پایه ها دارد.

برای ستون فولادی حد واسط صفحه ستون و ستون فولادی است.

عوامل موثر بر ضخامت (ارتفاع) پی: نیروی فشاری ستون عامل برش می باشد.
طول مهاری

برش سوراخ کننده

توزیع نیرو در پی مانند قیف برعکس می ماند. آرماتورهای ریشه برای اتصال پی به ستون دارای حداقل طول ۵۰ برابر قطر میلگرد یا ۶۰ سانتی متر در ستون و ۶۰ برابر قطر میلگرد یا ۷۰ سانتی متر در پی می باشند.

آرماتورگذاری فونداسیون

همان گونه که در شکل زیر دیده می شود پی منفرد بار متمرکز دریافتی از ستون را به صورت گسترده به زمین منتقل می کند. این موضوع باعث می شود در قسمت های زیرین شالوده مطابق شکل کشیدگی ایجاد شود. در سازه های بتن مسلح وظیفه تحمل کشش به عهده میلگردهای فولادی است، بنابراین لازم است در قسمت های پایینی شالوده که کشش در آن ناحیه ایجاد می شود، میلگرد فولادی قرار دهیم.

با توجه به اینکه کشیدگی در هر دو جهت شالوده منفرد به وجود می آید لازم است آرماتورهای مربوطه در دو جهت قرار گیرند.

آرماتورگذاری فونداسیون
در شکل های زیر فونداسیون منفرد سطحی را با میلگردهای آن می بینید.

قطر و فاصله این آرماتورها از یکدیگر با محاسبات فنی تعیین می شود و در صورت لزوم حداقل های آیین نامه ای، تعیین کننده قطر و فاصله آن ها می باشد. در عمل میلگردها به صورت شبکه ای در کف شالوده قرار داده می شوند. برای ایجاد چسبندگی بیشتر و انتقال مناسب تر نیرو بین فولاد و بتن در کناره های فونداسیون میلگردهای شبکه به صورت ۹۰ درجه به طول معین خم می شوند.

آرماتورگذاری فونداسیون
میلگردگذاری شالوده
بستن میلگردها به یکدیگر (گره زدن)

میلگردهای فولادی باید قبل از بتن ریزی، براساس طرح و محاسبه به یکدیگر بسته و یکپارچه شوند تا از جابجا شدن آن ها طی عملیات بتن ریزی تا خودگیری بتن جلوگیری شود.

بستن میلگردها به یکدیگر از نظر زمان و مکان بستگی به وضعیت کارگاه و نوع قطعه دارد که تصمیم گیری در مورد چگونگی آن وظیفه تکنسین ساختمان است تا حداکثر کارایی حاصل شود. گاهی تمام یا قسمتی از میلگردها را خارج از قالب می بندند و یک شبکه را تشکیل می دهند و سپس آن را در قالب قرار می دهند. گاهی نیز میلگردها را روی قالب به یکدیگر می بندند.

نحوه اجرای میلگرد گذاری فونداسیون
بتن در برابر نیروهای کششی و برشی، ضعف دارد لذا با میلگرد بتن را تقویت می کنند.

نحوه میلگرد گذاری پی منفرد

میلگرد طولی در محلی که دچار کشش می شود.

میلگرد ادکا در محلی که برش اتفاق می افتد

حداقل آرماتور خمشی: قطر میلگرد نباید از ۱۰ میلی متر کمتر بوده فاصله محور تا محور آن نباید کمتر از ۱۰۰ میلی متر باشد.

حداقل ضخامت شالوده: ضخامت شالوده ای که روی خاک قرار می گیرد نباید کمتر از ۲۵۰ میلی متر و در مواقعی که روی شمع قرار می گیرد نباید کمتر از ۴۰۰ میلی متر باشد.

میلگرد گذاری پی منفرد:
توزیع فشار در خاک زیر پی

توزیع فشار در زیر پی وابسته به نوع خاک و سختی پی دارد.

رامکا

جهت سهولت قالب بندی در پای ستون اجرا می شود.

میلگردگذاری پی منفرد
اصول پایدار ساختمانی بر اساس پی سازه
پایداری در برابر واژگونی
پایداری در برابر نشست
پایداری در برابر لغزش
پایداری در برابر روانگرایی
اصول طراحی پی ساختمان
در محلی که سطح آب های زیر زمینی بالا باشد از ساخت زیر زمین بایستی اجتناب کرد. در مناطقی که خاک رس منبسط شونده وجود دارد، روش های خاص برای خاک ریزی لازم است. در مناطقی که لایه های خاک زیر ساختمان بسیار ضعیف است، بهتر است از ساختمان بتنی (به علت سنگینی) استفاده نکرد. در مناطقی که خاک آلی زیادی داشته باشد باید پی را پایین تر از این لایه ها اجرا کرد.

روانگرایی یا آبگویی: برای وقوع این پدیده سه شرط لازم است:

لایه ای از ماسه یا لای
بالا بودن سطح آب های زیر زمینی
منبع ارتعاش (زمین لرزه)
راهکارهای مقابله با روانگرایی
اجرای شمع
بهسازی خاک
انواع پی ازنظر مصالح تشکیل دهنده
پی بتنی
پی فولادی: وزن بسیار زیاد ساختمان علت استفاده از این نوع پی می باشد.
پی سنگی: ملات مصرفی ملات آبی می باشد و حداقل ضخامت آن ۴ سانتی متر می باشد.
پی شفته آهک
انواع قالب بندی از جهت مصالح:
قالب بندی چوبی: در ساخت قطعات بزرگ تر ارجحیت دارد

قالب بندی فلزی: استحکام بیشتری دارد و دفعات بیشتری استفاده می شود.

قالب بندی آجری: از لحاظ سرعت کار و اقتصادی بودن ارجحیت دارد.

جهت عدم مکش آب (شیره) بتن توسط قالب داخل آن ها با ورق های پلاستیکی (نایلون) پوشیده می شود.

فونداسیون مرکب
هنگامی که دو ستون در فاصله کم از یکدیگر قرار دارند از پی مرکب استفاده می شود.

اندازه های پی مرکب باید طوری انتخاب گردد که بار منتجه از مرکز ثقل عبور کند تا بار با فشار یکنواخت توزیع گردد.

زمانی از پی ذوزنقه ای استفاده می گردد که اختلاف بارهای دو ستون بسیار باشد و محدودیت هایی برای طول پی وجود داشته باشد.

فونداسیون تسمه ای – پی طره ای
این نوع پی هنگامی که فاصله ستون ها زیاد است یا بار ستون برون محوری بر پی وارد می شود، استفاده می گردد.

وظیفه تیر تسمه ای مقاومت در برابر واژگونی است.

این نوع پی زمانی که فاصله ستون ها زیاد باشد از پی مرکب با صرفه تر است.

تیر تسمه ای بین دو پی نباید در تماس با خاک باشد.

فونداسیون نواری

این نوع پی در زیر دیوار یا یک ردیف ستون قرار می گیرد.

پی نواری در سطوح شیب دار در صورت لزوم پله ای اجرا می گردد.

در پی نواری که زیر دیوار قرار دارد، بایستی عمق پی حداقل برابر مقدار پیش آویز باشد.

انواع قالب بندی از جهت مصالح
فونداسیون های نیمه عمیق
پی نیمه عمیق حد فاصل شالوده و پی های شمعی را تشکیل می دهد.

فونداسیون های چاهی
در مواردی که زمین سست می باشد با حفر چاهک هایی تا رسیدن به زمین سفت استفاده می شود.

فونداسیون ویژه چیست ؟
فونداسیون هایی از قبیل صندوقه ای، مهاری، ستون های شنی و بهسازی خاک در عمق، در این پی ها برای انتقال بار از سازه به زمین بیش از فشار، کشش و یا اصطکاک بهره گیری می شود.

فونداسیون های شناور
نوعی فونداسیون که در آن وزن خاک گودبرداری شده با وزن ساختمانی که قرار است ساخته شود برابر است.

موارد استفاده از فونداسیون شناور
زمانی که خاک به قدری سست و نرم است که به سادگی دچار نشست می شود.

عمق مناسب خاک بیش از ۵۰ متر باشد و شمع زدن امکان پذیر نباشد.

اجرای شمع در پی ساختمان
یک ستون قرار گرفته در عمق زیاد زمین است که بارهای وارد شده از طرف سازه را تحمل و به لایه های مقاوم منتقل می کند.

پافیلی بودن شمع: انتهای شمع که بزرگ تر اجرا می شود تا سطح اتکای بر روی زمین بیشتر شده و مقاومت در برابر کشش رو به بالا افزایش پیدا کند.

فاصله شمع ها: کمترین فاصله مرکز به مرکز شمع ها، برای شمع های با تکیه گاه انتهایی، دو برابر کمترین عرض شمع ها، برای شمع های اصطکاکی قطر شمع ها

ظرفیت بارپذیری شمع ها: ظرفیت بارپذیری یک پروه شمع اصطکاکی از مجموع تک تک شمع ها کمتر است. این کاهش ظرفیت در حدود یک سوم است. ظرفیت بارپذیری یک گروه شمع تکیه گاهی برابر مجموع ظرفیت تک تک شمع هاست.

آزمایشات خاک و فونداسیون
مواردی که در آزمایش خاک زیر پی در نظر گرفته می شود، ظرفیت باربری، میزان چسبندگی، درصد رطوبت، میزان تراکم، موقعیت سطح آب های زیر زمینی می باشد.

سازه های نگهبان مانند سپر فلزی، یا دیوارهای جدا کننده هم جزو این گروه از پی ها می باشند.

عیارهای کمینه بتن شالوده ها

حداقل عیار بتن پاکیزگی ۱۵۰ است

حداقل عیار بتن شالوده ها با بتن غیر مسلح ۲۰۰ است

حداقل عیار بتن شالوده ها با بتن غیر سملح در زیر آب ۳۰۰ می باشد

حداقل عیار بتن شالوده های نواری در شرایط خشکی ۲۵۰ و در زیر آب ۳۵۰ می باشد.

حداقل عیار بتن شالوده های بتن آرمه در شرایط خشک ۳۰۰ و در زیر آب ۴۰۰ می باشد.

اصول شناژ بندی ساختمان
شناژ به معنای دوخت و دوز می باشد. شناژها نمی توانند از داخل هم عبور کنند. حداقل ارتفاع کلاف ۳۰ سانتی متر باید باشد. کلاف بتن آرمه باید قادر به تحمل ۵ درصد بزرگ ترین نیروی قائم وارد بر پی را به صورت کششی داشته باشد. در زمین های با مقاومت کم این نیروی کششی برابر ۱۰ درصد محاسبه می گردد. حداقل میلگرد طولی ۴ عدد با قطر ۱۲ میلی متر است. حداکثر فاصله بین خاموت ها در شناژ ۳۰ سانتی متر و در محل های پر فشار و کشش ۲۰ تا ۲۵ سانتی متر می باشد. معمولا شناژها به دو روش بین شالوده ها قرار می گیرند. در صورت خاکبرداری ماشینی بهتر است شناژ روی خاک اجرا گردد

شناژ هم سطح با سطح تحتانی پی
شناژ هم سطح با سطح فوقانی پی
انواع شناژ در شالوده های غیر همتراز
شناژ مستقیم یا افقی: احتیاج به پداستال می باشد
شناژ مورب: ستونی است که حداکثر ارتفاع آن ۳ برابر عرض آن باشد.
امیدواریم این مطلب برای شما مفید واقع شده باشد. لطفا نظرات و پیشنهادات خود را برای ما کامنت بگذارید.

پیشنهاد می کنیم مطالعه کنید