فونداسیون چیست و انواع آن

در هر سازه، نخستین و مهم‌ترین بخش، پایه‌ای است که بار ساختمان را به زمین منتقل می‌کند. این بخش زیرین، نقش تعیین‌کننده‌ای در پایداری، تحمل بار و طول عمر بنا دارد و اگر به‌درستی طراحی و اجرا نشود، حتی بهترین مصالح نیز نمی‌توانند استحکام سازه را تضمین کنند. رعایت اصول مهندسی، مقررات ملی و ضوابط دقیق اجرایی از الزامات مرحله آغازین ساخت‌وساز به‌شمار می‌آید. فونداسیون بسته به نوع ساختمان، شرایط زمین، ارتفاع و وزن سازه می‌تواند انواع مختلفی داشته باشد. برای نمونه، برج‌ها و ساختمان‌های مرتفع به دلیل وزن زیاد، به سیستم‌های پی‌سازی قوی‌تری نیاز دارند، در حالی که ساختمان‌های کم‌طبقه معمولاً به پایه‌های ساده‌تری مجهز می‌شوند. تمامی این طراحی‌ها با هدف ایجاد تعادل میان بار وارد بر سازه و ظرفیت تحمل بستر زمین صورت می‌گیرد. در این مطلب قصد داریم بررسی کنیم فونداسیون چیست، چه انواعی دارد و اصول طراحی و اجرای آن چگونه است. تا انتهای این راهنما همراه ما باشید تا تصویر دقیق‌تری از این بخش حیاتی ساخت‌وساز به‌دست آورید.

آرماتوربندی یکی از مهم‌ترین مراحلی است که باید برای اجرای فونداسیون انجام شود؛ در این مرحله پی‌های منفرد بارهای متمرکزی که از ستون دریافت می‌کنند را به صورت گسترده به زمین انتقال می‌دهند. 

فونداسیون یا شالوده در ساختمان چیست؟

فونداسیون یا پی که در زبان فرانسوی به‌صورت: Fondation نوشته می‌شود، یکی از مهم‌ترین بخش‌های سازه‌ای در هر ساختمان است که برای تحمل بارهای سازه‌ای و توزیع بارها روی زمین ساخته می‌شود. این بخش از سازه علاوه‌بر جلوگیری از نشست و ترک‌خوردگی، با مقابله مؤثر در برابر نیروهای فشاری و کششی، نقشی تعیین‌کننده در حفظ پایداری و استحکام کلی ساختمان دارد.. اجزای سازه‌ای مانند تیر، ستون، شالوده و سقف، همگی با اتکا به پی ساختمان، عملکرد درستی خواهند داشت.

در فرآیند ساخت‌وساز، پس از تخریب سازه قبلی و آماده‌سازی زمین، عملیات حفاری آغاز می‌شود. عمق این حفاری بسته به نوع کاربری و تعداد طبقات ساختمان متفاوت است. در مرحله بعد، با اجرای آرماتوربندی و ساخت قفس‌های فولادی، عملیات پی‌ریزی یا همان اجرای فونداسیون انجام می‌شود؛ نقطه‌ای که اساس و اسکلت ساختمان شکل می‌گیرد.

کیفیت اجرا و مصالح مورد استفاده در شالوده، تأثیر مستقیمی بر ایمنی، دوام و مقاومت کلی سازه دارد. یکی از مصالح کلیدی در این مرحله میلگرد است که علاوه‌بر افزایش استحکام پی، در مدیریت هزینه‌های ساخت نیز نقش دارد. ازاین‌رو، بررسی قیمت میلگرد پیش از آغاز عملیات اجرایی می‌تواند در برآورد دقیق بودجه ساخت‌وساز مؤثر باشد.

انواع فونداسیون یا شالوده

نام دیگری که برای فونداسیون به کار برده می‌شود، شالوده است. شالوده‌ها انواع مختلفی دارند و بر اساس کاربرد ساختمان و میزان وزنی که باید تحمل کنند، دسته‌بندی می‌شوند و مورد استفاده قرار می‌گیرند.  به‌صورت کلی فونداسیون‌ها به دسته‌های زیر تقسیم می‌شوند:

• سطحی
• عمیق
• نیمه‌عمیق
• ویژه
• منفرد
• شناور

که هر کدام از این دسته‌بندی‌ها، زیرشاخه‌هایی دارند که در ادامه جزئی‌تر مورد بررسی قرار می‌دهیم و کاربرد تک تک آن‌ها را برای شما شرح خواهیم داد. 

انواع فونداسیون سطحی

اصطلاح شالوده را بیشتر برای فونداسیون‌های سطحی به کار می‌برند. دلیل آن هم ارتفاع کمی است که معمولا دارند. در این نوع، تیرآهن‌ها هم بسیار مورد استفاده قرار می‌گیرند و کاربرد دارند. استفاده از تیرآهن‌ها می‌تواند در هزینه‌ها هم اثر بگذارد. اگر قصد استفاده از تیرآهن در شالوده خود را دارید، بد نیست سری به صفحه قیمت تیرآهن بزنید تا بیشتر در جریان هزینه‌ها قرار بگیرید. وظیفه‌ شالوده‌های سطحی هم انتقال نیرو و وزن ساختمان به زمین است. انواع شالوده‌های سطحی عبارتند از:

شالوده منفرد: شالوده‌ای که بار یک ستون را تحمل و به زمین منتقل می‌کند، شالوده منفرد می‌نامند. اگر دو شالوده منفرد به دلیل بزرگی ابعاد با یکدیگر تداخل داشته باشند، با هم ادغام شده و فونداسیون مرکب را به وجود می‌آورند. 

شالوده نواری: شالوده نواری را می‌توان ساده‌ترین نوع فونداسیون‌های سطحی دانست. این سازه به صورت یک نوار در زیر ستون‌های یک محور قرار می‌گیرد.

شالوده گسترده: زمانی که عرض نوارهای شالوده یا فونداسیون زیاد شوند و به یکدیگر برسند یا به تداخل بخورند، تبدیل به شالوده گسترده می‌شوند. این اتفاق معمولا به دلیل مقاومت کم خاک یا افزایش بار وارده بر شالوده رخ می‌دهد و بیشتر زمانی از این نوع استفاده می‌کنند که خاک زیر ساختمان خیلی مناسب نباشد. البته شالوده گسترده هم خود، به سه دسته اصلی تقسیم می‌شود:

• گسترده ساده
• گسترده تیرچه‌دار
• گسترده سلولی

انواع فونداسیون عمیق

نوع دیگری که فونداسیون‌ها را دسته‌بندی می‌کنند؛ از لحاظ عمق است. عمقی که پی در آن قرار می‌گیرد بسیار حائز اهمیت است. دلیل آن هم این است که اگر ارتفاع ساختمان و وزنی که روی آن سوار است، زیاد باشد اما این سازه ارتفاع کمی داشته باشد، تحمل کافی را نخواهد داشت و ساختمان را با مشکل مواجه می‌کند. 
پس عمقی که شالوده در آن قرار می‌گیرد، باید متناسب با ارتفاع سازه باشد تا آن را دچار مشکل نکند. نکته دیگری که در عمق باید به آن توجه کرد، نوع خاک است. به غیر از ارتفاع و وزن سازه باید به خاک هم توجه کرد، چرا که اگر خاک مناسب نباشد، باز هم امکان نشست وجود دارد. بنابراین باید نوع خاک را هم درنظر گرفت. به طور کلی فونداسیون‌های عمیق به دسته‌های زیر تقسیم می‌شوند:

• ته باربردی
• اصطکاکی

سایر انواع فونداسیون‌ها

به غیر از موارد بالا، انواع دیگری از فونداسیون‌ها هم وجود دارند که به گستردگی آن‌ها نیستند اما از حضورشان به سادگی نمی‌توان گذشت.
فونداسیون نیمه‌عمیق: حد فاصل بین شالوده عمیق و سطحی را می‌گویند.
فونداسیون ویژه: فونداسیون هایی از قبیل: صندوقی، مهاری، ستون‌های شنی و به‌سازی خاک در عمق، در این شالوده‌ها برای انتقال بار از سازه به زمین بیشتر از فشار، کشش و یا اصطکاک استفاده می‌کنند.
فونداسیون‌ شناور: نوع دیگری از این سازه است 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 می‌شود.
• عمق مناسب خاک بیش از 50 متر باشد و زدن ستون‌های بلند امکان پذیر نباشد.

انواع شالوده از نظر متریال

شالوده‌ها یا فونداسیون‌ها از لحاظ متریال ساخت هم متفاوت هستند و بسته به نوع استفاده و کاربردی که شما از آن انتظار دارید، می‌توانند متفاوت باشند. شالوده‌ها از لحاظ جنس به شرح زیر هستند:

1. پی بتنی: پی‌های بتنی خود به دو دسته مسلح و غیرمسلح تقسیم می‌شوند و کاربردهای گوناگونی دارند. پی بتنی غیرمسلح برای ساخت سازه‌های سبک مثل ساختمان‌های یک طبقه مورد استفاده قرار می‌گیرد. پی بتنی مسلح هم متداول‌ترین نوع مورد استفاده برای پی‌ریزی ساختمان‌ها و آپارتمان‌های چند طبقه است.
2. پی شفته آهک: پی شفته آهک ترکیبی از ماسه، خاک، آب، شن و مقدار مشخصی آهک حاصل می‌شود و برای ساخت سازه‌های کوچک و کم ارتفاع مثل آپارتمان‌های یک یا دو طبقه استفاده می‌شود. معمولا این نوع پی برای ساختمان‌های روستایی بیشتر کاربرد دارند.
3. پی فولادی: در ساختمان‌هایی که وزن سازه بسیار زیاد است، از این نوع پی استفاده می‌شود. همچنین ساختمان‌ها و سازه‌هایی که بیش از چند طبقه هستند.
4. پی سنگی: از این پی برای ساختمان‌های بسیار کوچک و کم ارتفاع استفاده می‌شود. ملات آن از سیمان است و ارزان‌تر از سایر مدل‌ها است.
5. پی آجری: از این نوع پی بسیار کم استفاده می‌شود و بیشتر در ساخت خانه‌های کوچک کاربرد دارد.

عوامل موثر بر تعیین فونداسیون

برای انتخاب و طراحی صحیح پی، لازم است عواملی که بر عملکرد آن اثر می‌گذارند به‌خوبی شناخته شوند؛ زیرا هر تغییر در شرایط بارگذاری یا ویژگی‌های سازه می‌تواند نوع مناسب فونداسیون را تغییر دهد. یکی از مهم‌ترین موارد، ابعاد تکیه‌گاهی عناصری است که به‌صورت قائم بار را منتقل می‌کنند. این ابعاد باید برای ستون‌های بتنی هم‌اندازه با مقطع آن‌ها باشد؛ در دیوارهای بنایی معمولاً نصف ابعاد پایه در نظر گرفته می‌شود و در ستون‌های فولادی، بار باید دقیقاً در مرکز صفحه ستون وارد شود. رعایت همین جزئیات ساده می‌تواند استحکام و دوام فونداسیون را به‌طور چشمگیری افزایش دهد. در ادامه، عوامل مؤثر بر عمق و شرایط طراحی پی را بررسی می‌کنیم:

• طرح معماری
• عمق خاک
• عمق یخبندان (عمق پی باید بیشتر از عمق یخبندان باشد)

مراحل اجرای پی‌ریزی ساختمان

حالا که با انواع مختلف و دسته‌بندی‌های گوناگون پی‌ریزی در ساختمان آشنا شدیم، وقت آن است که نگاهی به  فرآیند انجام پی‌ریزی و بنا کردن فونداسیون در خانه بیندازیم:

پی کنی و گودبرداری

بعد از تخریب ساختمان، اولین کاری که باید انجام شود، عملیات گودبرداری است. گودبرداری برای بنا نهادن فونداسیون صورت می‌گیرد تا پس از آن سازه را روی آن بسازند. برای گودبرداری زمین را می‌کنند و خاک‌های اضافی را برمی‌دارند تا به سطح مطلوب برای پی‌ریزی برسند. اولین مرحله از اجرای پی‌ریزی ساختمان اهداف زیر را دنبال می‌کند:

• رسیدن به خاکی سخت و مقاوم که بتواند نیروی وارد شده از طریق فونداسیون را تحمل کند و به سادگی نشست نکند.
• شالوده که پایه ساختمان است، از اثرات جوی محافظت شود و اثرات جوی مثل برف و باران، تاثیر منفی روی آن نگذارند.
• هدف سوم و نهایی از گودبرداری هم رسیدن به سطح مورد نیاز با توجه به نقشه پروژه است.

نوبت بتن‌ریزی اولیه

قبل از اینکه بخواهد فونداسیونی بنا شود، زیر آن را با بتن پر می‌کنند. این بتن که با سیمان عیار کم درست می‌شود، به نام‌های مختلفی مثل بتن نظافت، بتن لاغر یا همان بتن مگر شناخته می‌شود. برای بتن‌ریزی این مرحله معمولا 10 سانتی‌متر ضخامت درنظر می‌گیرند و عرض آن را هم 10 سانتی‌متر بیشتر از شالوده درنظر می‌گیرند. بتن‌ریزی در این مرحله برای جلوگیری از تماس مستقیم بتن شالوده با خاک و مسطح کردن کف شالوده برای اجرای فونداسیون انجام می‌گیرد.

آرماتوربندی فونداسیون و اجرای میلگرد در شالوده

در مرحله بعد از اجرای بتن مگر، نوبت به آرماتوربندی می‌رسد؛ مرحله‌ای حیاتی که نقش تعیین‌کننده‌ای در عملکرد پی دارد. در این بخش، پی‌های منفرد بارهای متمرکز رسیده از ستون را به‌صورت گسترده به زمین منتقل می‌کنند و همین مسئله باعث ایجاد کشیدگی در بخش‌های زیرین شالوده می‌شود. برای کنترل این تنش‌ها باید از میلگردهای فولادی مناسب استفاده کرد؛ به همین دلیل انتخاب بهترین میلگرد برای فونداسیون اهمیت بالایی دارد.

از آنجا که کشیدگی در دو جهت اتفاق می‌افتد، آرماتورها نیز باید در هر دو جهت نصب شوند. قطر و فاصله آن‌ها طبق محاسبات فنی تعیین می‌شود، اما معمولاً شبکه‌ای از میلگردها در کف شالوده قرار می‌گیرد و برای افزایش چسبندگی فولاد و بتن، میلگردهای کناری با زاویه ۹۰ درجه خم می‌شوند.

پس از تثبیت محل آرماتورها، باید آن‌ها را با سیم آرماتوربندی به یکدیگر گره زد تا در زمان بتن‌ریزی جابه‌جا نشوند و بتن به‌درستی عمل‌آوری شود. این مرحله به دانش و تجربه نیاز دارد و بسته به شرایط پروژه، ممکن است بخشی از آرماتورها در خارج از قالب بسته شده و سپس داخل قالب قرار گیرند. پس از تکمیل این مراحل، عملیات آرماتوربندی انجام شده و پی برای ادامه مراحل ساخت فونداسیون آماده خواهد بود.

بتن‌ریزی

بعد از اینکه این مراحل به درستی انجام شد، نوبت به مرحله‌ی آخر و بتن‌ریزی می‌رسد. بتن‌ریزی به منظور استحکام ساختمان و آماده‌سازی آن برای ساختن سازه روی فونداسیون انجام می‌شود. بعد از اینکه بتن‌ریزی انجام شد و اجازه دادند تا خشک شود. می‌توانند ساخت و ساز را روی فونداسیون انجام دهند.

نقش خاموت در فونداسیون

خاموت‌ مفهوم دیگری است که در ساخت ساختمان و فونداسیون آن کاربرد دارد. معمولا ستون‌های بتنی مقاومت کمی در برابر نیروهای کششی از خود نشان می‌دهند. خاموت که نوعی میلگرد است اکثر به صورت عمودی یا به شکل مورب در بین این ستون‌های بتنی قرار می‌گیرد تا از شکست ناگهانی و زودرس ستون‌های بتنی بر اثر نیروهای خمشی جلوگیری کند. 
ممکن است ستون‌ها با میلگردهای بتنی هم به استحکام مورد نظر برسند و دیگر در برابر این نیروها نشکنند. اما خاموت به اجزای ساختمان نظم می‌دهد و مقاومت کلی ساختمان را افزایش می‌دهد. وجود خاموت در سازه‌ها معمولا اهداف زیر را دنبال می‌کند:

• جلوگیری از وقوع ترک‌های ناگهانی مورب که ممکن است خرابی‌های غیرمنتظره را به همراه داشته باشد و کل ساختمان را فرو بریزد.
• بهبود و افزایش مقاومت سازه در برابر فرآیندهای تنشی، پیچشی، کشش سطحی و غیره
• بهبود کارکرد لنگر خمشی

شناژبندی در ساختمان چیست؛ اصول و انواع آن

شناژبندی جز آخرین مراحلی است که در اجرای فونداسیون انجام می‌پذیرد و به آن اشاره شد. کلمه شناژ به معنای دوخت و دوز است. معنای همین کلمه می‌تواند به خوبی مفهوم شناژبندی را هم برساند. شناژبندی در واقع دوخت و دوز میلگردها در نظم بخشیدن به شالوده ساختمان است تا آن را آماده‌ سوار کردن ساختمان کند. 
شناژبندی اصولی و قواعدی دارد که در هنگام اجرای آن باید به آن‌ها هم دقت کرد. مثلا:

• شناژها در پی ساختمان نمی‌توانند از هم عبور کنند.
• حداقل ارتفاع کلاف‌هایی که از میلگرد درست شدند، باید 30 سانتی‌متر باشد.
• کلاف‌ها باید بتوانند پنج درصد از بزرگ‌ترین نیروی وارده بر پی را که به صورت کششی وارد می‌شود، تحمل کنند. (البته در زمین‌های با مقاومت کمتر، این نیروی کششی باید برابر 10 درصد محاسبه شود)
• حداقل میلگرد طولی چهار عدد با قطر 12 میلی‌متر است.
• حداکثر فاصله‌ بین خاموت‌ها در شناژ باید 30 سانتی‌متر و در محل‌هایی که فشار و کشش زیاد است، باید 20 الی 25 سانتی‌متر باشد.

شناژها به دو روش بین شالوده‌ها قرار می‌گیرند که توصیه می‌شود اگر خاکبرداری به صورت ماشینی انجام شده است، شناژ روی خاک پیاده‌سازی شود. دو روشی که شناژها اجرا می‌شوند یکی هم سطح با سطح پایینی پی و دیگری هم سطح با سطح بالایی آن است. همچنین انواع شناژ هم در شالوده‌هایی که هم‌تراز نیستند، به شرح زیر هستند:

• شناژ افقی یا مستقیم
• شناژ مورب

اهمیت فونداسیون و نقش آن در استحکام سازه

فونداسیون یا همان شالوده، پایه و اساس هر سازه و بنایی است که اگر به صورت درست و اصولی ساخته نشود، می‌تواند خسارات مالی و جانی جبران‌ناپذیری را به همراه داشته باشد. انتخاب صحیح مصالح و پی ساختمان تاثیر مستقیم در عمر و استحکام بنای مورد نظر خواهد داشت. به همین خاطر مهم است که با صفر تا صد شالوده و نحوه اجرای آن آشنا باشید.در این مقاله سعی کردیم تا همه‌ چیز را درباره‌ فونداسیون، انواع آن و همچنین نحوه طراحی و اجرای آن با شما به اشتراک بگذاریم. امیدواریم که این مطلب مورد استفاده شما قرار گرفته باشد.