طراحی و اجرای فونداسیون در ساختمان‌سازی
هر سازه و ساختمانی باید یک پایه‌ی استوار داشته باشد تا ساختمان را روی آن بنا کنند. فونداسیون همان پایه‌ای است که در پایین‌ترین قسمت ساختمان قرار می‌گیرد و وزن تمام ساختمان را به زمین منتقل می‌کند. فونداسیون‌ها انواع مختلفی دارند و برای هر سازه بسته به شرایط آن می‌توانند متغیر باشند. به عنوان مثال ساختمان‌های بلند مثل برج‌های تجاری یا آسمان‌خراش‌ها به دلیل اینکه قرار است ارتفاع زیادی داشته باشند و به طبع وزن بیشتری هم خواهند داشت، نیازمند فونداسیون قدرتمندتری به نسبت ساختمان‌های یک یا دو طبقه هستند. به همین خاطر طراحی و اجرای فونداسیون‌ها بحث مفصلی است که تصمیم گرفتیم در این مطلب به آن بپردازیم. بنابراین تا انتهای این مطلب با ما همراه باشید، تا با نحوه اجرا و طراحی فونداسیون‌ها بیشتر آشنا شوید.
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.
نقش فونداسیون یا پی در ساختمان چیست؟
احتمالا تا به حال ساختمان‌های در حال ساخت را دیده‌اید. برای ساخت و ساز، پس از تخریب سازه قبلی، شروع به حفاری زمین می‌کنند. بنا به کاربری و تعداد طبقاتی که قرار است روی سازه، سوار شود، عمق این حفره را تعیین می‌کنند. پس از حفاری برای شروع ساخت و ساز ابتدا شبکه‌های قفسی را درست می‌کنند که به اصطلاح به آن پی‌ریزی ساختمان هم می‌گویند. درست در همین مرحله است که با ساخت پایه‌های ساختمان فونداسیون شکل می‌گیرد.
فونداسیون پایه‌های اصلی و اساسی یک سازه یا ساختمان است و تا زمانی که به خوبی نصب نشده باشد، اجازه ساخت و ساز نخواهید داشت. اگر غیراصولی و نادرست نصب شود، می‌تواند باعث نشست ساختمان، واژگونی در اثر نیروهای خارجی و خطرات این چنینی شود.
برای ساخت فونداسیون هر ساختمان، بسته به نوع آن مواد و سازه‌های مختلفی استفاده می‌کنند. یکی از مواردی که در ساخت آن به کار گرفته می‌شود، میلگرد است. میلگردها برای استحکام بخشیدن به فونداسیون به آن اضافه می‌شوند. میلگرد انتخابی علاوه بر استحکام در هزینه‌های ساخت فونداسیون هم موثر است، به همین خاطر بد نیست اگر قبل از شروع کار سری به قیمت میلگرد بزنید تا کم و بیش از هزینه‌ها مطلع شوید.
انواع فونداسیون یا شالوده
نام دیگری که برای فونداسیون به کار برده می‌شود، شالوده است. شالوده‌ها انواع مختلفی دارند. این انواع مختلف بر اساس کاربرد ساختمان و میزان وزنی که باید فونداسیون تحمل کند، دسته‌بندی می‌شوند و مورد استفاده قرار می‌گیرند.
به صورت 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 فونداسیون‌ها 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 فونداسیون 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 فونداسیون به صورت یک نوار در زیر ستون‌های یک محور قرار می‌گیرد. فونداسیون‌ها می‌توانند در یک جهت یا دو جهت قرار گیرند.
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 فونداسیون 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 فونداسیون 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 فونداسیون ارتفاع کمی داشته باشد، تحمل کافی را نخواهد داشت و ساختمان را با مشکل مواجه می‌کند.
پس عمقی که فونداسیون در آن قرار می‌گیرد، باید متناسب با ارتفاع سازه باشد تا آن را دچار مشکل نکند. نکته دیگری که در عمق فونداسیون 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 فونداسیون عمیق و سطحی را می‌گویند.
فونداسیون ویژه: فونداسیون هایی از قبیل فونداسیون 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: 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 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:
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- پی آجری: از این نوع پی بسیار کم استفاده می‌شود و بیشتر در ساخت خانه‌های کوچک کاربرد دارد.
عوامل موثر بر انواع فونداسیون
انواع مختلف فونداسیون ممکن است تحت تاثیر عوامل گوناگونی هم قرار بگیرند. این عوامل می‌توانند نوع فونداسیون انتخابی را تغییر دهند. به همین خاطر باید با آن‌ها به خوبی آشنا باشید که در صورت نیاز بدانید چه عکس‌العملی باید داشته باشید.
یکی از عوامل مهمی که بر سطح فونداسیون می‌تواند تاثیر بگذارد، ابعاد تکیه‌گاه انواع عناصری است که به صورت قائم به فونداسیون بار وارد می‌کنند. این ابعاد تکیه‌گاه باید برای ستون بتنی با ابعاد ستون بتنی برابر باشد. برای ستون، پایه‌ها و دیوارهای مصالح بنایی، باید نصف ابعاد پایه‌ها باشد و برای ستون‌های فولادی باید درست وسط صفحه ستون و ستون فولادی باشد. دقت به این نکات شاید به ظاهر ساده می‌تواند استحکام فونداسیون را افزایش دهد. عواملی که در عمق فونداسیون می‌توانند تاثیر بگذارند، عبارتند از:
- 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.
- گودبرداری می‌کنند تا فونداسیون 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 بتن مگر باید آرماتوربندی صورت گیرد. 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.
همین اتفاق کافی است تا کشیدگی در قسمت‌های زیرین شالوده ایجاد شود و باید در آن نقاط میلگردهای فولادی قرار داد. با توجه به اینکه کشیدگی در هر دو جهت پی‌های منفرد ایجاد می‌شود، باید آرماتورهای مربوطه در هر دو جهت قرار بگیرند. اندازه قطر و فاصله میان آرماتورها را باید با محاسبات فنی تعیین کرد، اما در عمل شبکه‌ای از میلگردها در کف شالوده قرار می‌گیرند. برای انتقال بهتر و ایجاد چسبندگی بیشتر، بین فولاد و بتن در کناره‌های فونداسیون، میلگردها به صورت 90 درجه خم می‌شوند.
[button url="https://ahanonline.com/194732/میلگرد-تقویتی-در-فونداسیون-تیرچه/" text="بیشتر بدانید: میلگرد تقویتی در فونداسیون"]
بعد از اینکه جای میلگردها ثابت شد، باید آن‌ها را به یکدیگر گره بزنند. این اتفاق هم باید با استفاده از محاسبات مهندسی انجام شود. این کار را به منظور یکپارچه کردن میلگردها می‌کنند تا در حین عملیات بتن‌ریزی جا به جا نشوند و بتن بتواند به درستی خشک شود.
بستن و گره زدن میلگردها به یکدیگر نیازمند دانش و تخصص است و باید طبق وضعیت ساختمان در مورد آن تصمیم‌گیری شود. اما معمولا همه یا قسمتی از میلگردها را خارج از قالب می‌بندند و بعد آن‌ها را داخل قالب می‌گذارند. البته گاهی هم آن‌ها را روی قالب می‌بندد که بستگی به نظر متخصص مربوطه دارد. بعد از انجام مراحل فوق، می‌توان گفت که آرماتوربندی و میلگردگذاری انجام شده است و برای انجام عملیات‌های بعدی آماده هستند.
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 فونداسیون 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 فونداسیون 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.
[button url="https://ahanonline.com/10420/خاموت/" text="بیشتر بدانید: خاموت چیست؛ نقش آن در سازه‌ها"]
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
جمع‌بندی
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 درست مواد و فونداسیون تاثیر مستقیم در عمر و استحکام بنای مورد نظر خواهد داشت. به همین خاطر مهم است که با صفر تا صد فونداسیون و نحوه اجرای آن آشنا باشید.
در این مقاله سعی کردیم تا همه چیز را درباره‌ی 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. حتما اگر نظر یا تجربه‌ای در این زمینه دارید، در قسمت کامنت‌ها با ما به اشتراک بگذارید.
