فوندانسیون چیست؟ انواع آن و مراحل اجرا (آموزش تصویری)

فونداسیون (Foundation) جزء اصلی نگهدارنده در هر سازه ساختمانی است. پایین ترین قسمت ساختمان است که با خاک در تماس بوده و تمام بار های سازه ای را به طور ایمن به خاک منتقل می کند. هدف فونداسیون بالا و سر پا نگه داشتن سازه بالای آن است. برخلاف آنچه ما از زمین در ذهن داریم و هر روز تجربه می کنیم، زمین کاملا ثابت و در بسیاری از موارد اصلا محکم نیست. خانه ‌ای که به‌ تازگی بر روی یک زمین خالی بنا شده است، به احتمال زیاد در طول زمان توسط نیرو های طبیعی شکسته می شود یا آسیب خواهد دید. فونداسیونی که به درستی ساخته شده باشد؛ میزان آسیب رسیدن به بنای خانه را کاهش می دهد و باعث می شود تا افراد داخل آن در امان باشند.

انواع فونداسیون در ساختمان و سازه

فونداسیون ها به دو نوع کم عمق و عمیق طبقه بندی می شوند.

1-پی یا فوندانسیون های کم عمق

پی های کم عمق (Shallow) آن هایی هستند که کاملا در نزدیکی سطح زمین دیده می شوند. به طور کلی در چنین پی ای عمق پی (Df) کم تر از عرض پایه و کم تر از 3 متر است. البته این قواعد وحی منزل نیستند و صرفا یک سری دستورالعمل هستند. اساسا اگر بار سطحی یا سایر شرایط سطحی بر ظرفیت باربری فونداسیون تأثیر بگذارد، پی ” کم عمق ” نامیده می شود.

فوندانسیون های کم عمق (که گاهی اوقات به آن “پای های پهن” گفته می شود) شامل بالشتک یا پد ها (“پی مجزا”)، پایه های نواری و شناژ ها هستند. پی های کم عمق که اغلب شالوده یا پایه (Footing) نامیده می شوند، در زیر پایین ترین قسمت سازه قرار دارند. پایه اولین عنصر ساخته شده سازه است که بعد از خاک برداری زمین ساخته می شود. به طور کلی، عمقِ یک پیِ کم عمق؛ کمتر از عرض آن است.

پی های کم عمق معمولا مورد استفاده قرار می گیرند؛ زیرا از نظر اقتصادی پی به صرفه ای به حساب می آیند و ساخت آن ها نسبتا آسان است. بررسی دقیق محل فونداسیون و اطلاعات دقیق لایه زیرین برای طراحی فونداسیون و جلوگیری از هر گونه خرابی در آینده ضروری است.

انواع مختلف پی های کم عمق:

• پی مجزا
• پی مرکب
• پایه نواری
• پی تخت یا یکپارچه

2-پی مجزا

پایه ایزوله یا Isolated footing برای نگهداشتن ستون های جداگانه استفاده می شود. آن ها می توانند از نوع شیب دار باشند یا برجستگی در پایه بتنی داشته باشند. این پی، در مواردی که ظرفیت تحمل خاک در اعماق کم‌ عمق تر خوب باشد، اعمال می ‌شود. ساخت آن آسان است و به طور کلی فونداسیون به گونه ای طراحی می شود که سه معیار اساسی را برآورده کند، فونداسیون باید در هر دو جهت عمودی و افقی درست تراز شود و باید از کمبود ظرفیت تحمل و از نشست شدید در امان باشد . بار های روی پی عبارتند از بار های خود وزن، بار های زنده، بار های زلزله، فشار زمین و فشار آب.

کتیا چیست؟ ۱۲ کاربرد آن در مکانیک، عمران (پاسخ به سوالات)

3-پی مرکب

پایه مرکب (Combined footing ) از زمین دو یا چند ستون مجاور پشتیبانی می کند. دو نوع پایه مرکب وجود دارد، پایه مرکب مستطیلی و پایه مرکب ذوزنقه ای. اگر فاصله بین دو ستون کم باشد و ظرفیت تحمل خاک کم تر باشد و پایه های آن ها با یکدیگر هم پوشانی داشته باشد، فوندانسیون مرکب ایجاد می شود. اگر دو ستون به هم نزدیک باشند و پایه های مجزای جداگانه روی هم قرار بگیرند، در چنین شرایطی بهتر است یک پایه مرکب ساخته شود تا یک پایه ایزوله.

4-فونداسیون نواری

در جاهایی که خاک از ظرفیت تحمل خوبی برخوردار است از پی های نواری (Strip foundation) استفاده می شود. اندازه های اصلی یک فونداسیون نواری برای ساخت دیوار دو جداره بتنی و ساخت دیوار قاب الواری یکی است. اندازه و موقعیت نوار ارتباط مستقیمی با عرض کلی دیوار دارد. پی نواری را می توان برای خاک زیر سطحی استفاده کرد، اما بیشتر برای خاک هایی که ظرفیت تحمل نسبتا خوبی دارند، مناسب است. این فوندانسیون ها مخصوصا برای بارهای سازه ای سبک مثل مواردی که در بسیاری از ساختمان های خانگی با ارتفاع کم یا متوسط ​​دیده می شوند و می توان در آن ها از پایه های نواری بتنی بدون آرماتور استفاده کرد، مناسب هستند. در شرایط دیگر ممکن است بتن آرمه یا مسلح نیاز باشد.

5-پی تخت یا یکپارچه

فونداسیون تخت یا Raft (Mat‌ هم نامیده می شود) صفحه یکپارچه ای است که بر روی خاک سخت قرار و در کل دامنه ساختمان امتداد دارد. این پی، فشار تماس را در مقایسه با پی نواری یا خندقی کاهش می دهد. معمولا از پی های تخت برای پخش بار یک سازه در بخش بزرگی از کل منطقه سازه استفاده می شود. این پی ها زمانی استفاده می شوند که بارهای ستون یا سایر بار های سازه ای نزدیک به هم باشند و پی های تک بالشتکی با هم ارتباط داشته باشند. یک فوندانسیون تخت معمولا از یک دال بتنی یا (Concrete slab) تشکیل شده است که در کل منطقه بارگذاری شده امتداد دارد. این صفحه احتمالا با تیرچه ها یا تیر های فولادی تعبیه شده در فونداسیون سفت می شود. این کار کاهش نشست های غیر یکنواخت را به دنبال دارد؛ زیرا دال بتنی در برابر حرکات ناهمسان بین جایگاه های بارگذاری مقاومت می کند.

6-فوندانسیون عمیق

پی عمیق (Deep foundation) نوعی پی است که در عمق بیشتری در زیر سطح زمین قرار می گیرد و بارهای سازه را در عمق به زمین منتقل می کند. نسبت عمق به عرض چنین فونداسیونی معمولا بیشتر از 4 به 5 است.

فرآیند ساخت فونداسیون عمیق پیچیده تر و گران تر از پی های کم عمق است. با این حال، هنگامی که با شرایط نامناسب خاک در عمق کم، بار های محاسبه ای بزرگ و محدودیت ‌های مکان سر و کار داریم، احتمالا پی عمیق راه‌ حل بهینه تری است. در جا هایی که ظرفیت تحمل خاک بسیار کم است از فونداسیون عمیق استفاده می شود. بار ناشی از سازه فوقانی یا رو بنا بیشتر به صورت عمودی به خاک منتقل می شود.

انواع پی های عمیق

• پی شمعی
• شمع در جا یا صندوقه ای

7-پی شمعی

فوندانسیون های شمعی یا Pill foundation اصولا برای انتقال بار ها از روسازه ها از طریق لایه های ضعیف، تراکم پذیر یا آب به خاک یا سنگ قوی تر، فشرده تر، کم تراکم پذیرتر و سفت تر در عمق استفاده می شود که باعث افزایش اندازه موثر پی و مقاومت در برابر بار های افقی خواهد شد. این پی ها معمولا برای سازه های بزرگ و در شرایطی که خاک جلوی نشست بیش از حد را نمی گیرد، استفاده می شود. از آن جایی که پایه های شمعی بار زیادی را تحمل می کنند، باید با دقت طراحی شوند. یک مهندس خوب خاکی که شمع ها در آن قرار می دهند را بررسی می کند تا مطمئن شود که خاک بیش از ظرفیت تحملش بارگذاری نشده است.

پی های شمعی دو نوع اساسی دارند؛ شمع های اتکایی و شمع های اصطکاکی. در شمع های اتکایی (End bearing pile)، انتهای پایین شمع بر روی لایه ای از خاک یا سنگ که قوی تر است، قرار می گیرد. بار ساختمان از طریق شمع به لایه قوی منتقل می شود؛ یعنی این شمع مثل یک ستون عمل می کند. شمع های اصطکاکی (Friction pile) بر اساس یک اصل متفاوت عمل می کنند. این شمع به کمک اصطکاک، بار ساختمان را از طریق تمام ارتفاع شمع به خاک منتقل می کند. به عبارت دیگر، تمام سطح شمع که به شکل استوانه است برای انتقال نیرو ها به خاک عمل می کند.

8-شمع در جا یا کیسون

به جداره های شمع های در جا (Drilled shafts)، کیسون هم گفته می شود. این پی ها سفت، با ظرفیت بالا، بتنی و مناسب برای فونداسیون عمیق هستند و قابلیت ریخته گری در محل دارند. آن ها برای حمایت از سازه هایی که بار های محوری و جانبی بزرگی دارند، استفاده می شوند. یعنی شمع های استوانه ای در زمین سوراخ و سپس با بتن پر می شوند. این عناصر و فرآیند ها در طیف وسیعی از سازه ‌ها و پروژه‌ های ساخت ‌و ساز، از پی و زمین پشتیبانی می ‌کنند. شمع های حفاری شده مثل نوع در جا، مناسب فونداسیون عمیق و قادر به تحمل بار های بزرگ با مقاومت جانبی بالا هستند و اغلب برای پل ها و سایر سازه های بزرگ طراحی شده اند.

هدف از حفاری کردن شمع، انتقال بار ساختمانی به پایه شمع است که ممکن است سنگ بستر یا لایه سخت دیگری باشد. در اصل، یک شمع حفاری شده در درجه اول یک عضو فشاری است که بار محوری در بالای آن، واکنشی در پایین آن و تکیه گاه جانبی در امتداد طرفین آن اعمال می شود. شمع های حفاری شده با استفاده از تجهیزات مته دستی مارپیچی برای ایجاد سوراخ در خاک ساخته می شوند. بر خلاف شمع کوبیده که فقط خاک را به کناره فشرده می کند، خاک در حین حفاری برای شمع در جا، از سوراخ خارج می شود. تجهیزات حفاری در مقایسه با تجهیزات شمع کوبی نسبتا سبک و استفاده آسان است و شاید هزینه‌ های ساخت کم تری به همراه داشته باشد.

آموزش نرم افزارهای مهندسی عمران (14 نرم افزار اصلی)