هدف و نقش فونداسیون در ساخت‌وساز چیست؟

تعریف فونداسیون

فونداسیون، پایین ترین قسمت هر ساختمان و یا سازه شهری می باشد که در تماس مستقیم با خاک قرار دارد و وزن کل سازه را به زمین منتقل می کند. به طورکلی، فونداسیون (پی) را می توان به دودسته ی سطحی و عمیق طبقه بندی کرد.

یک فونداسیون سطحی، وزن سازه را به لایه موجود در عمق کم عمق منتقل می کند؛ درحالی که فونداسیون عمیق، وزن را به لایه عمیق تر در زیر سطح زمین منتقل می کند.

بنای بلندی مانند آسمان خراش یا بنای ساخته شده در خاک بسیار ضعیف، احتیاج به خاک برداری فونداسیون عمیق دارد. اگر ساختمان ساخته شده دارای طرحی برای افزایش ارتفاع باشد، فونداسیون عمیق پیشنهاد می شود.

 نصب فونداسیون در ساخت وساز

برای احداث فونداسیون، سنگرها به عمق بیشتری در خاک حفر می شوند تا اینکه به یک لایه سخت برسند. برای به دست آوردن پایه مستحکم تر، بتن به داخل گودال ریخته می شود. شبکه های قفسی آرماتور، برای تقویت استحکام فونداسیون در داخل گودال قرار می گیرند.

میله های فولادی بیرون آمده از بتن، مانند استخوان بندی سازه در زیر روبنا عمل می کنند. پس از خاک برداری و نصب صحیح فونداسیون، می توان ساخت وساز را آغاز کرد.

ساخت فونداسیون را می توان با بتن، فولاد، سنگ، آجر و غیره انجام داد. مواد و نوع فونداسیون انتخاب شده برای سازه موردنظر، بستگی به بار ساختمان و نوع خاک زیرین دارد.

طراحی فونداسیون، باید اثرات متفاوتی از ساخت وساز در محیط داشته باشد. به عنوان مثال، کارهای حفاری و شمع کوبی انجام شده برای فونداسیون عمیق، ممکن است منجر به فرسایش خاک و متعاقبا نشست سازه شود. این موارد گاهی اوقات می تواند باعث نشست ساختمان های اطراف نیز بشود.

چنین تأثیراتی باید قبل از عملیات خاک برداری پی، موردمطالعه و بررسی قرار گیرد. دفع مواد زائد از عملیات، باید به درستی انجام شود. ساخت فونداسیون، باید برای مقاومت در برابر حمله خارجی مواد مضر انجام گیرد.

فونداسیون هر سازه به گونه ای طراحی شده است که:

• • خاک زیر سازه، دچار شکست برشی نمی شود
• • نشست ناشی از وزن اولیه سازه، محدود می شود
• • فشار تحمل مجاز را می توان به عنوان فشاری که خاک بدون شکست می تواند تحمل کند، در نظر گرفت.

هدف از فونداسیون چیست؟

فونداسیون برای کلیه سازه های باربری برای اهداف زیر نصب می شوند:

• • فونداسیون، دلیل اصلی استحکام هر ساختمان است. هر چه پایه قوی تر باشد، سازه با ثبات تر است.
• • طراحی و ساخت مناسب فونداسیون، سطح مناسبی را برای توسعه زیرساخت در سطح مناسب و زیربنای مستحکم فراهم می کند.
• • فونداسیون ویژه طراحی شده، در جلوگیری از تحرکات جانبی مواد پشتیبان مؤثر است.
• • یک فونداسیون مناسب، وزن سازه را به طور یکنواخت روی سطح بستر توزیع می کند. این انتقال یکنواخت به جلوگیری از نشست نابرابر ساختمان کمک می کند. نشست ناهموار، یک اثر نامطلوب ساختمانی است.
• • فونداسیون، وزن روبنای سازه را به طور یکنواخت از بستر (کف لایه) به خاک زیر بستر منتقل می کند. این بار منتقل شده به خاک، باید در ظرفیت تحمل مجاز خاک باشد.
• نقش فونداسیون در ساخت وساز

کارکردهای اصلی فونداسیون را می توان به ترتیب زیر طبقه بندی کرد:

• فراهم کردن پایداری جانبی کلی برای سازه
• تأمین سطح برای ساخت زیربنا
• توزیع مساوی وزن سازه
• کاهش شدت بار مطابق با ظرفیت ایمنی تحمل خاک
• مقاومت در برابر اثر حرکت خاک
• رفع فرسایش و زیر شویی خاک

الزامات یک فونداسیون خوب

طراحی و ساخت یک فونداسیون مناسب، باید مطابق با الزامات اساسی زیر انجام شود:

• طراحی و ساخت فونداسیون باید بتواند پایدار باشد و همچنین بار مرده و وارده را به خاک منتقل کند. این انتقال باید بدون ایجاد هرگونه نشست که می تواند استحکام ساختمان را ضعیف کند، انجام شود.
• با ساخت فونداسیون مستحکم، می توان از نشست ناهموار برای زیربنا جلوگیری کرد. این مسائل در مناطقی که بارهای وارده ازنظر ماهیت یکنواخت نیستند، مشخص تر است.
• با توجه به خاک و منطقه، توصیه می شود فونداسیون عمیق تر نصب شود تا بتواند از هرگونه آسیب و خسارت جلوگیری کند. تغییر دما، ازجمله مواردی است که می تواند روی اندازه و عمق فونداسیون درگذر زمان تأثیر بگذارد.
• مکان فونداسیون، باید درجایی انتخاب شود که تحت تأثیر آثار و یا عوامل آینده قرار نگیرد.

انواع فونداسیون

فونداسیون سطحی یا کم عمق

وقتی عمق فونداسیون کمتر از عرض آن باشد، آن وقت آن را فونداسیون سطحی می نامیم. به طورکلی، فونداسیون کم عمق، حداکثر ۲ متر عمیق تر از پایین ترین طبقه قرار می گیرد.

فونداسیون سطحی معمولاً وقتی استفاده می شود که (۱) ظرفیت تحمل خاک، در عمق کم کافی باشد و یا (۲) مصالح فونداسیون و یا بستر خاک منجر به نشست پیش از موعد ساختمان نشوند.

فونداسیون سطحی، حداقل حدود ۸۰۰ میلی متر و حداکثر بیش از ۴ متر عمق دارد و برای ساختمان های کم ارتفاع مناسب است.

پی سطحی، یکی از عناصر مهم در ساخت وساز می باشد که بار ستون، تیر، دال و ساختارهای نگه دارنده را به خاک منتقل می کند.

طراحی پی سطحی برای انتقال صحیح بار موارد ذکرشده به خاک باید طوری انجام شود که

• از نشست اولیه بیش ازحد جلوگیری کند
• نشست ناهموار را به حداقل برساند
• در برابر واژگونی و لغزش، ایمنی کافی فراهم کند.

پی سطحی، یکی از ساده ترین و محبوب ترین نوع فونداسیون در سراسر جهان است. یک پایه ستون جداشده، بیشتر برای پشتیبانی از یک ستون واحد استفاده می شود. این نوع فونداسیون، زمانی مناسب است که ستون ها در فاصله نزدیک به هم قرار داشته باشند.

• فونداسیون پله ای
• فونداسیون گسترده
• فونداسیون شیب دار

انواع پی های سطحی

• فونداسیون پله ای: در این نوع فونداسیون، پله هایی در طرفین پی نصب می شود که به آن pocestar می گویند. این پله ها، از پایین تا اندازه ستون شروع می شوند. از پی پله ای معمولا زمانی استفاده می شود که بار سنگینی از روبنای فوقانی پایین می آید.
• فونداسیون گسترده: این فونداسیون، شامل یک دال ضخیم بتن مسلح بوده که تمام مساحت موردنظر را می پوشاند. فونداسیون گسترده، برای مواردی مناسب است که مانند فونداسیون پله ای، بار سنگین زیادی از قسمت بالای سازه به زیربنا وارد نمی شود.
• فونداسیون شیب دار: در این نوع فونداسیون، شیب زیربنا با توجه به اندازه ستون مشخص می شود و شکلی شبیه به ذوزنقه را می سازد. این پی، همچنین به عنوان فونداسیون شیب دار ذوزنقه ای نیز معروف است.

مزایای استفاده از فونداسیون مجزا یا منفرد

• در این نوع فونداسیون، مواد لازم برای قالب بتن ریزی، کمتر از حد معمول است که این، متعاقبا باعث صرفه جویی در هزینه ها می شود.
• نیروی کار ماهر، لازم نیست.
• به دلیل شکل ساده، در وقت نیز صرفه جویی می شود.

سازگاری

• درجایی که ستون ها زیاد فاصله نداشته باشند.
• وزن کمتری روی فونداسیون باشد.
• ظرفیت تحمل ایمنی خاک، به طورکلی در عمق کم بالا باشد.

انواع فونداسیون و موارد استفاده آن ها در ساخت وساز

فونداسیون دیواری

پایه های دیواری، نوعی پی نواری هستند که برای پشتیبانی از دیوارهای ساختاری یا غیر ساختاری برای انتقال و توزیع بارها به خاک استفاده می شوند. تمام فونداسیون ها در امتداد جهت دیوار نصب می شوند. ضخامت و اندازه زیربنا، بر اساس نوع خاک موجود در محل مشخص می شود. عرض زیربنا، عموماً بین ۲ تا ۳ برابر عرض دیوار در نظر گرفته می شود.

فونداسیون دیواری را می توان از بتن ساده، یا سنگ آجری آرمه ساخت. این نوع فونداسیون، برای ساختمان های کوچک مناسب است.

سازگاری:

این فونداسیون، می تواند برای سازه های باربری و ساخت دیوارهای مرزی مؤثرتر باشد.

فونداسیون مرکب، بار بیش از یک ستون را تحمل می کند و با افزایش تعداد ستون های متکی بر پی، درنهایت به پی های نواری منجر می شود که طول آن ها چند برابر عرضشان می باشد. این فونداسیون، برای مواردی است که پایه ستون ها با یکدیگر همپوشانی داشته باشند و ظرفیت تحمل خاک کمتر از حد معمول باشد. در چنین شرایطی، اگر ستون ها بافاصله نزدیک از هم قرارگرفته باشند و اگر پایه های جداگانه باهم همپوشانی داشته باشند، در چنین حالتی، بهتر است به جای فونداسیون منفرد از فونداسیون مرکب استفاده کرد.

فونداسیون مرکب

در شرایط زیر می توان از فونداسیون مرکب استفاده کرد:

• هنگامی که فاصله مرکز تا مرکز بین ستون ها کم باشد و خاک از ظرفیت تحمل پایینی برخوردار باشد. پایه ستون های مجزا ممکن است با یکدیگر همپوشانی داشته باشند.
• در صورت قرار گرفتن ستون در نزدیکی خط زمین و خط فاضلاب، مرکز ثقل ستون با پایه یکجا قرار نخواهد گرفت. سپس، لازم است در کنار فونداسیون، ستون داخلی مجاور نصب کنید.
• ابعاد یک طرف فونداسیون، به هر دلیلی محدودشده باشد، به طوری که ممکن است پایه ستون ها ترکیب شوند.

سازگاری:

• برای ستون هایی که بافاصله نزدیک هم قرار گرفتند.
• ستونی که در نزدیکی خط زمین یا خط فاضلاب قرار دارد.

هنگامی که دو یا چندپایه توسط یک دال متصل می شود، به عنوان پایه ترکیبی شناخته می شود و دال اتصال، به عنوان بست رکابی شناخته می شود. هنگامی که یک پایه مربع یا مستطیل در نزدیکی خط زمین و اگر به طور متمرکز در زیرستون قرار داشته باشد، زیربنا به املاک مجاور گسترش می یابد که ممکن است مجاز نباشد. برای چنین شرایطی، یک پایه ترکیبی ذوزنقه می تواند جایگزین شود.

پی باسکولی

گاهی اوقات، هنگامی که فاصله بین این ستون و ستون مجاور زیاد است، پایه ذوزنقه ای مرکب، کاملاً باریک و با لنگر خمشی بالا خواهد بود. در چنین حالتی ممکن است پی باسکولی ایجاد شود. شناژی که برای اتصال دو ستون پایه گسترده فراهم می شود، در تماس با خاک باقی نمی ماند و بنابراین هیچ گونه فشاری به خاک منتقل نمی شود.

عملکرد اصلی شناژ، در انتقال بار از ستون بیرونی به ستون داخلی می باشد. در حین انتقال این بار از پی باسکولی، نیروی برشی و لنگر خمشی ایجاد می شود که باید هنگام طراحی تیر موردتوجه قرار بگیرد.

شکل زیر موقعیت متفاوتی را از استفاده ی پی باسکولی با توجه به شرایط فیزیکی در هر مورد خاص نشان می دهد.

سازگاری:

ستون در نزدیکی خط زمین قرار دارد و ابعاد آن محدود است.

پی گسترده

پی گسترده که به آن پی یکپارچه نیز می گویند، از یک لایه بتن مسلح برای انتقال بار ساختمان به خاک زیرین قسمت تحتانی این لایه بتن تشکیل می شود.

پی گسترده، همچنین برای خاک با ظرفیت تحمل کم استفاده می شود؛ زیرا وزن ساختمان را در کل مساحت ساختمان و نه در منطقه کوچک تر و یا در یک نقطه مشخص توزیع می کند و درنهایت بار تنش در هر منطقه روی خاک را کاهش می دهد.

مفهوم تنش برای مهندسین عمران بسیار ساده است. ما می دانیم که تنش، نسبت وزن به مساحت است. به عنوان مثال، اگر مساحت یک ساختمان ۱۰۰ مترمربع و وزن سازه ۱۰۰ تن باشد، تنش ناشی از پی گسترده، ۱ تن در هر مترمربع خواهد بود.

در مورد دیگر، اگر همان ساختمان دارای ۴ فونداسیون مجزا باشد و مساحت هر یک از آن ها ۱ مترمربع باشد، آنگاه مساحت کل زیربنا؛ ۴ مترمربع و تنش در خاک، در حدود ۲۵ تن در هر مربع خواهد بود. وجود پی مرکب، درنتیجه باعث افزایش بار در واحد سطح فونداسیون می شود.

سازگاری:

توصیه می شود که وقتی خاک زیربنا فشرده شده و از خاک رس بسیار نرم و رسوبات آبرفتی است، پایه های نواری یا شمعی بدون خاک برداری بیش ازحد، زیربنایی مستحکم ایجاد نخواهند کرد.

پی عمیق

فونداسیونی که در آن، عمق پی بیشتر از عرض آن باشد، به عنوان پی عمیق شناخته می شود.

فونداسیون شمعی

فونداسیون شمعی، نوعی از فونداسیون عمیق است که از بتن، چوب یا فولاد ساخته می شود. این فونداسیون، مانند ستونی با قطر کم است که به داخل زمین فرورفته و دارای عمق بیشتری نسبت به پایه های کم عمق می باشد.

این نوع فونداسیون، زمانی استفاده می شود که خاک زیر پایه فاقد ظرفیت تحمل کافی برای حمل بار ساختمان در اعماق خاک تا اقشار سخت باشد. کارکرد اصلی فونداسیون پایه ای، انتقال بارها به سطح پایین زمین با ترکیبی از شمع اصطکاک و شمع ستونی در قسمت انتهای شمع و یا پایه است.

سازگاری:

در موارد زیر از فونداسیون شمعی استفاده می کنیم:

• لایه بالایی خاک، قابل تراکم یا ضعیف باشد
• حضور نیروهای افقی
• وجود خاک های گسترده در فونداسیون
• بودن در معرض نیروهای بالابرنده
• فرسایش خاک

فونداسیون کیسون (صندوقه ای)

کیسون، یکی از انواع سازه های ضد آب است که در ساخت سد بتونی به عنوان ستون ساخت پل در رودخانه یا برای تعمیر کشتی ها استفاده می شود. کیسون، یک جعبه توخالی یا استوانه از پیش ساخته است که در آب و یا زمین تا عمق دلخواه فرورفته و سپس با بتن پر می شود و به این ترتیب یک فونداسیون را تشکیل می دهد.

از این نوع فونداسیون، بیشتر برای ساخت وساز پل و سایر سازه های آبی که در زیر رودخانه ها قرار می گیرند، استفاده می شود. این امر به این دلیل است که کیسون، می تواند به محل ساخت وساز در زیرآب غرق شود تا از آن به عنوان فونداسیون استفاده گردد.

ساختار این فونداسیون با فونداسیون شمعی مشابه است ولی روش نصب متفاوتی دارد. هنگامی که خاک از مقاومت تحمل کافی در زیر لایه های سطحی برخوردار باشد، از این فونداسیون استفاده می شود.

فونداسیون کیسون، یکی از انواع فونداسیون های عمیق است که در زیر سطح زمین ساخته می شود، سپس با استفاده از خاک برداری یا لایروبی مواد از داخل کیسون، به سطح موردنیاز فرو می رود.

سازگاری:

در ساخت سازه های روی آب مانند پل از این فونداسیون استفاده می شود.