فونداسیون چیست؟ | بررسی انواع پی + انواع فونداسیون با شکل و فیلم

در مراحل ابتدایی طراحی و اجرای هر سازه، مهندسان عمران معمولا با این پرسش مواجه می‌شوند که چه نوع فونداسیونی برای پروژه مناسب‌تر است؟ یا در شرایط خاص خاک و بارگذاری، کدام پی بیشترین پایداری را تضمین می‌کند؟ ما در این مقاله، به بررسی مفاهیم پایه‌ای و تمایز میان فونداسیون و پی، معرفی انواع فونداسیون و پی ساختمان، بررسی مصالح رایج و معیارهای انتخاب نوع مناسب پرداخته‌ایم. اگر از فعالان حوزه عمران یا دانشجویان رشته عمران هستید، این مقاله از آکادمی عمران می‌تواند مرجع کاملی برای پاسخ به دغدغه‌های تخصصی شما باشد.

توصیه می‌کنیم پیش از مطالعه این مقاله فیلم زیر در خصوص فونداسیون چیست را مشاهده کنید. این فیلم تنها بخشی از دوره اجرای ساختمان است که در آن علاوه بر فونداسیون با جزئیات ساختمان‌سازی نیز آشنا خواهید شد.

فونداسیون چیست؟

فونداسیون (به انگلیسی Foundation) به بخش زیرین هر سازه گفته می‌شود که وظیفه انتقال بارهای ساختمان، اعم از بارهای ثقلی و جانبی، به زمین را بر عهده دارد. این بخش که در زبان فارسی با نام شالوده نیز شناخته می‌شود، پایه و اساس ساختمان را تشکیل داده و نقش حیاتی در پایداری کل سازه ایفا می‌کند.

معمولا فونداسیون از مصالح مقاومی مانند بتن مسلح (ترکیب بتن و میلگرد) ساخته می‌شود تا بتواند در برابر نیروهای وارده مقاومت لازم را داشته باشد. در واقع، وظیفه این بخش از ساختمان، اتصال ایمن بین سازه و خاک زیر آن است؛ به‌گونه‌ای که نیروها به صورت یکنواخت به لایه‌های مقاوم زمین منتقل شوند.

در صورتی که فونداسیون به‌درستی طراحی و اجرا شود، فشارها به‌صورت اصولی و یکنواخت به زمین منتقل شده و سازه در برابر بارهای جانبی مانند باد و زلزله پایدار می‌ماند. در نتیجه، ایمنی و دوام سازه در بخش زیرزمین یا زیرسازه (Substructure) تضمین خواهد شد.

اما اگر اجرای فونداسیون به اشتباه باشد و انتقال بارها به درستی انجام نشود، می‌تواند باعث نشست ناهمگون، ترک‌های سازه‌ای یا حتی تخریب سازه شود. توجه داشته باشید که حتی اگر در بخش فوقانی (Superstructure) بهترین مصالح استفاده شده باشد، فونداسیون غیر اصولی موجب آسیب‌های جدی و هزینه‌های سنگین خواهد شد.

بیش از ۵۰ ساعت آموزش حرفه‌ای ولی رایگان دفترفنی و ساختمان سازی

دریافت

پی ساختمان چیست؟

پی به قسمتی از فونداسیون گفته می‌شود که وظیفه انتقال بارهای ساختمان به زمین را بر عهده دارد. در بسیاری از منابع، واژه‌های پی و فونداسیون به‌جای یکدیگر به کار می‌روند، اما از نظر فنی، فونداسیون یک ساختار جامع‌تر است که شامل پی‌ها و اجزای مختلفی مانند شناژ و شمع‌ها می‌شود. برای آشنایی بیشتر با فرق پی و فونداسیون، به مقاله تفاوت پی و فونداسیون مراجعه کنید.

توجه: هرچند در این مقاله تلاش شده تفاوت فنی بین پی و فونداسیون رعایت شود، اما با توجه به کاربرد رایج در منابع فارسی، این دو واژه گاه به‌صورت مترادف به کار رفته‌اند.

پی در ساختمان معمولا به دو نوع سطحی و عمیق تقسیم می‌شود. پی سطحی در عمق کم از زمین قرار می‌گیرد، در حالی که پی‌های عمیق، مانند شمع‌ها، در زمین‌های سست برای انتقال بارهای بیشتر استفاده می‌شوند. این پی‌ها می‌توانند به‌طور مستقیم به خاک زیرین یا لایه‌های مقاوم‌تر متصل شوند.

کاربرد و وظایف فونداسیون

فونداسیون یا شالوده نه تنها بارهای سازه را به زمین منتقل می‌کند، بلکه برای حفظ ایمنی و پایداری ساختمان ضروری است. از جمله مهم‌ترین کاربردها و وظایف فونداسیون می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• جلوگیری از حرکت جانبی سازه: فونداسیون مانع از حرکت‌های جانبی سازه در برابر نیروهای خارجی مانند باد یا زلزله می‌شود.
• افزایش پایداری و جلوگیری از واژگونی سازه: با تقویت پایه‌های ساختمان، فونداسیون از واژگونی سازه جلوگیری کرده و پایداری آن را در برابر نیروهای جانبی افزایش می‌دهد.
• توزیع وزن سازه بر سطح بزرگی از زمین: فونداسیون با توزیع بار سازه بر سطح وسیعی از زمین، از فشار زیاد در نقاط خاص جلوگیری می‌کند.
• کنترل نشست سازه: فونداسیون به جلوگیری از نشست بیش از حد ساختمان کمک می‌کند، بدین ترتیب سازه در برابر بارهای وارده مقاومت بیشتری نشان می‌دهد.
• پیشگیری از نشست نامتقارن: فونداسیون مناسب باعث توزیع یکنواخت بارها به زمین و جلوگیری از نشست نامتوازن سازه می‌شود.

به منظور آشنایی بیشتر با نشست خاک زیر فونداسیون به مقاله حد مجاز نشست ساختمان مراجعه کنید.

اجزای تشکیل دهنده فونداسیون

فونداسیون (شالوده) ساختاری است متشکل از اجزای سازه‌ای و غیرسازه‌ای که با همکاری یکدیگر، وظیفه انتقال بارهای ساختمان به زمین را بر عهده دارند. این اجزا نه‌تنها به استحکام و پایداری سازه کمک می‌کنند، بلکه از نشست نامتقارن و آسیب‌های احتمالی جلوگیری می‌نمایند.

به‌طور کلی، اجزای فونداسیون شامل موارد زیر می‌شوند:

1. اجزای سازه‌ای: مانند پی، شناژ، شمع، سرشمع، آرماتور و بتن مسلح که مستقیما در انتقال نیروها و تحمل بارهای سازه نقش دارند.
2. اجزای غیرسازه‌ای: مانند بستر خاک، بستر فونداسیون (لایه‌ای از مصالح مانند شن، ماسه یا بتن مگر) و لایه زهکشی که در کنترل رطوبت، پخش یکنواخت بار و کاهش تنش در فونداسیون موثر هستند.

انواع پی ساختمان (مصالح مصرفی)

انواع فونداسیون یا پی ساختمان معمولا بر اساس مصالح به کار رفته به دسته‌های زیر تقسیم‌بندی می‌شوند:

1. پی بتنی (فونداسیون بتنی)
2. پی شفته ای (شفته آهکی)
3. پی آجری
4. پی سنگی
5. پی فلزی

فونداسیون بتنی

بتن یکی از مقاوم‌ترین و مستحکم‌ترین مصالح ساختمانی است که به‌عنوان سنگ مصنوعی شناخته می‌شود. فونداسیون‌های ساخته شده با بتن به دلیل مقاومت بالا و دوام طولانی، از رایج‌ترین و مطمئن‌ترین انواع فونداسیون‌ها در ساختمان‌سازی محسوب می‌شوند. امروزه توصیه می‌شود فونداسیون اکثر ساختمان‌ها به ویژه سازه‌های سنگین، به صورت بتن مسلح اجرا شود تا استحکام و تحمل بار، بهینه تامین شود.

پی یا فونداسیون بتنی شامل مجموعه‌ای از مصالح بتنی است که وظیفه انتقال بار ساختمان به زمین را بر عهده دارند. این نوع فونداسیون در هر دو نوع سازه‌های اسکلت فلزی و اسکلت بتنی کاربرد دارد.

اجرای پی بتنی

اجرای پی یا فونداسیون بتنی نیازمند مراحل دقیقی است. چنانچه از قالب‌بندی فلزی استفاده شود، ابتدا مطابق نقشه‌های اجرایی، آرماتوربندی انجام شده، سپس قالب‌بندی و در نهایت بتن ریزی فونداسیون صورت می‌گیرد. اما در مواردی که قالب‌بندی با مصالح بنایی (مانند آجر یا بلوک) انجام شود، ابتدا قالب‌بندی شکل می‌گیرد و سپس آرماتورها در محل قرار داده می‌شوند.

زاویه پخش بار در فونداسیون بتنی معمولا بین ۳۰ تا ۴۵ درجه است. این ویژگی امکان طراحی پلکانی یا هرم ناقص را فراهم می‌کند که به کاهش مصرف بتن و صرفه‌جویی در هزینه کمک می‌نماید. با این حال، به دلیل سختی اجرا و افزایش هزینه قالب‌بندی، اغلب فونداسیون‌ها به‌صورت ساده اجرا می‌شوند.

توجه داشته باشید برای اتصال فونداسیون بتنی به اسکلت فلزی از قطعه‌ای به نام بیس پلیت (Base Plate) یا صفحه ستون استفاده می‌شود که نقش واسطه انتقال بار و تثبیت اتصال را ایفا می‌کند. برای اطلاع از نحوه اتصال بیس پلیت به فونداسیون به مقاله نصب صفحه ستون مراجعه کنید.

پی شفته ای (شفته آهکی)

پی شفته ای یا شفته آهکی زیر فونداسیون یکی از ساده‌ترین و ابتدایی‌ترین انواع فونداسیون از نظر مصالح مصرفی محسوب می‌شود. این نوع فونداسیون معمولا در ساختمان‌های بنایی با مصالحی مانند آجر به کار می‌رود و مناسب سازه‌هایی است که سبک و کم‌ارتفاع (معمولا تا ۲ یا ۳ طبقه) بوده و بار کمی را به زمین منتقل می‌کنند.

ترکیبات شفته آهکی

شفته ترکیبی است از خاک، شن (یا قلوه‌سنگ)، آهک و آب که به صورت خمیری در کف پی اجرا می‌شود. معمولا در هر مترمکعب شفته، بین ۲۰۰ تا ۲۵۰ کیلوگرم آهک به‌عنوان ماده چسباننده استفاده می‌شود. آهک اگرچه خاصیت چسبندگی دارد، اما مقاومت آن نسبت به سیمان کمتر است و به همین دلیل، شفته آهکی معمولا در پروژه‌های سبک و کم‌بار به کار می‌رود.

حضور مصالح درشت‌دانه مانند شن یا قلوه‌سنگ در شفته ضروری است، چرا که این ذرات نقش اصلی در باربری و انتقال نیرو به زمین را ایفا می‌کنند. بدون این دانه‌ها، شفته عملکرد سازه‌ای مطلوبی نخواهد داشت.

نحوه اجرای پی شفته ای

برای اجرای فونداسیون شفته ای، ابتدا مصالح خشک شامل خاک، شن (یا سنگ لاشه) و آهک بر روی زمین ریخته شده و با ابزارهایی مانند بیل یا لودر مخلوط می‌شوند. پس از مخلوط کردن خشک، آب به آن افزوده شده و ترکیب به حالت خمیری درمی‌آید که آماده اجرا در کف پی است.

در برخی پروژه‌ها، به جای استفاده از شن، از قلوه‌سنگ یا سنگ لاشه استفاده می‌شود. در این حالت، اجرای پی به صورت سنگ‌چین همراه با شفته آهکی انجام می‌گیرد؛ یعنی لایه‌هایی از سنگ در کف چیده شده و بین آن‌ها ملات شفته ریخته می‌شود تا در نهایت یک بستر مقاوم و یکپارچه ایجاد شود.

برای اجرای شفته آهکی زیر فونداسیون نکات زیر را رعایت کنید:

• تراکم شفته باید به‌درستی انجام شود تا از ایجاد حفره و کاهش مقاومت جلوگیری شود.
• معمولا پس از اجرای شفته، باید زمان کافی برای گیرش و خشک شدن آن در نظر گرفت (چند روز بسته به شرایط اقلیمی).
• استفاده از پی شفته‌ای در ساختمان‌های مدرن با بار سنگین یا اسکلت فلزی توصیه نمی‌شود.

پی آجری

پی آجری بیشتر در ساختمان‌های سبک یک تا دو طبقه و در مناطقی با لرزه‌خیزی پایین مورد استفاده قرار می‌گرفت. امروزه این نوع پی تقریبا منسوخ شده و به ندرت استفاده می‌شود.

در اجرای پی آجری، معمولا از آجر فشاری یا آجر چهارگوش در ترکیب با ملات‌هایی مانند ماسه سیمان یا ماسه آهک استفاده می‌شود. نوع ملات مورد استفاده نقش مهمی در مقاومت نهایی پی دارد:

• ملات ماسه سیمان: مقاومت و چسبندگی بالا
• ملات ماسه و آهک: مقاومت کمتر نسبت به ماسه سیمان
• گل آهک (خاک، آب و آهک): کمترین مقاومت و چسبندگی

برای جلوگیری از لغزش دیوار روی پی، فونداسیون آجری باید دارای ریشه یا اضافه عرضی بین ۱۵ تا ۲۰ سانتی‌متر در دو طرف باشد. همچنین لازم است عرض پی کنی ساختمان حدود ۳۰ تا ۴۰ سانتی‌متر بیشتر از عرض پی اجرا شده تا فضای کافی برای آجرچینی فراهم شود.

از دیگر نکات اجرایی این نوع پی، اجرای پلکانی (غیر همسطح) آن است. در این روش، شکل پلکانی باعث انتقال بار با زاویه حدود ۶۰ درجه به زمین می‌شود که نیاز به مصرف بیشتر آجر در سطوح بالایی پی را کاهش می‌دهد. به همین دلیل به آن پی پلکانی یا فونداسیون غیر همسطح نیز گفته می‌شود.

پی سنگی

فونداسیون سنگی یا سنگ پی یکی دیگر از انواع فونداسیون از نظر مصالح مصرفی است که بیشتر در مناطقی به کار می‌رود که سنگ لاشه به‌صورت طبیعی و با هزینه کم در دسترس باشد. این نوع فونداسیون همانند پی‌های آجری و شفته‌ای نیز عمدتا در ساختمان‌های سبک ۲ تا ۳ طبقه و در مناطقی با لرزه‌خیزی پایین مورد استفاده قرار می‌گیرد.

مصالح مناسب برای پی سنگی عبارت‌اند از:

1. نوع سنگ: باید از سنگ‌های طبیعی و مقاوم مانند سنگ لاشه شکسته استفاده شود.
2. سنگ قلوه‌ای: به دلیل سطح صاف و مدور، برای پی‌سازی مناسب نیستند؛ چراکه باعث لغزش و ناپایداری پی می‌شوند.
3. ملات مورد استفاده: بسته به میزان بار وارده از سازه، نوع ملات بین سنگ‌ها تغییر می‌کند:

• برای بارهای کم: ملات گل آهک کفایت می‌کند.
• برای بارهای بیشتر: از ملات ماسه سیمان استفاده می‌شود که مقاومت بیشتری دارد.

اصول اجرایی فونداسیون سنگی

این نوع پی معمولا به صورت نواری زیر دیوارها اجرا می‌شود و به دلیل سادگی اجرا و در دسترس بودن مصالح، هنوز هم در برخی پروژه‌های سنتی یا روستایی کاربرد دارد. در اجرای این نوع پی ساختمان نکات زیر باید رعایت شود:

• عرض فونداسیون سنگی باید از عرض دیوار بیشتر باشد تا از لغزش دیوار جلوگیری شود. معمولا حداقل ۱۵ سانتی‌متر اضافه عرض (ریشه) از هر طرف در نظر گرفته می‌شود.
• زاویه پخش بار در پی سنگی معمولا حدود ۴۵ درجه است که امکان پخش یکنواخت نیروها را فراهم می‌کند.
• دقت کنید یکی از نقاط ضعف فونداسیون سنگی، وجود فضاهای خالی میان سنگ‌ها و نفوذپذیری آن است. بنابراین اگر در اطراف فونداسیون شفته‌ریزی یا رطوبت باشد، ممکن است به لوله‌های آب، فاضلاب یا دیگر تاسیسات زیرزمینی آسیب برسد.

بیش از ۵۰ ساعت آموزش حرفه‌ای ولی رایگان دفترفنی و ساختمان سازی

دریافت

پی فلزی

پی یا فونداسیون فلزی زمانی کاربرد دارد که بار وارد بر ستون‌ها بسیار زیاد باشد، اما خاک زیر سازه مقاومت فشاری کافی برای تحمل این بار را نداشته باشد. در چنین شرایطی، استفاده از شبکه‌های فولادی می‌تواند فشار وارده را به شکل مناسب‌تری به زمین منتقل کند.

این نوع فونداسیون معمولا از قرار گرفتن چندین پلیت فلزی روی یکدیگر یا استفاده از تیرآهن در قالب یک شبکه فلزی ساخته می‌شود. این نوع فونداسیون به‌خاطر مقاومت فشاری بالای فولاد (حدود ۲۴۰ مگاپاسکال یا بیشتر)، گزینه مناسبی برای سازه‌های صنعتی و تجهیزات سنگین مثل جرثقیل‌ها است.

با وجود مقاومت بالا، فونداسیون فلزی هزینه زیادی دارد و در برابر زنگ‌زدگی حساس است. به همین دلیل امروزه در بیشتر پروژه‌ها از فونداسیون بتن مسلح به عنوان جایگزین اقتصادی‌تر و مقاوم‌تر استفاده می‌شود. فونداسیون فلزی بیشتر در پروژه‌های خاص یا صنعتی دیده می‌شود و کاربرد عمومی ندارد.

انواع فونداسیون با شکل (بر اساس عملکرد)

به‌طور کلی، فونداسیون‌ها از نظر نحوه انتقال بار سازه به زمین به دو دسته اصلی تقسیم می‌شوند:

1. پی سطحی
2. پی عمیق

هر یک از این دو دسته، شامل انواع مختلفی از فونداسیون‌ها هستند که با توجه به شرایط خاک، نوع سازه و میزان بار وارده انتخاب و اجرا می‌شوند. در ادامه، هر یک از این انواع را به‌صورت جداگانه بررسی خواهیم کرد، اما پیش از آن فیلم زیر در خصوص انواع پی و فونداسیون را مشاهده کنید.

پی سطحی

فونداسیون یا پی های سطحی (Shallow Foundations) در عمق کم اجرا می‌شوند و بار سازه را مستقیما به لایه‌های سطحی زمین منتقل می‌کنند. این نوع پی‌ها زمانی استفاده می‌شوند که ظرفیت باربری خاک در نزدیکی سطح زمین برای تحمل وزن ساختمان کافی باشد.

ویژگی اصلی پی های سطحی، کم بودن نسبت عمق به عرض آن‌ها (D/B) است. هرچند این نسبت در منابع مختلف متفاوت ذکر شده است:

• بر اساس تعریف مشهور ترزاقی، اگر نسبت عمق به عرض فونداسیون کمتر از ۱ باشد، آن پی سطحی در نظر گرفته می‌شود.
• در آیین‌نامه فرانسه (D.T.U. 62)، این مقدار حداکثر ۱.۵ ذکر شده است.
• برخی منابع مهندسی نیز نسبت‌هایی تا ۲ یا حتی ۳ را همچنان در دسته پی‌های سطحی قرار می‌دهند.

در این نوع فونداسیون، بار سازه از طریق افزایش سطح تماس با زمین، به خاک منتقل می‌شود. به همین دلیل، از پی‌های سطحی بیشتر در ساختمان‌های کم‌ارتفاع، با بار نسبی سبک یا متوسط و در زمین‌هایی با مقاومت مناسب استفاده می‌شود.

رایج‌ترین انواع پی های سطحی عبارت‌اند از:

1. پی منفرد (پاشنه ای یا نقطه ای)
2. پی مرکب و باسکولی
3. پی نواری (یک طرفه و دوطرفه)
4. پی گسترده (رادیه یا صفحه ای)

پی منفرد (فونداسیون منفرد)

پی منفرد یکی از رایج‌ترین انواع فونداسیون سطحی است که برای انتقال بار یک ستون به زمین (و گاهی دو ستون نزدیک به هم) به کار می‌رود. این نوع پی معمولا زمانی استفاده می‌شود که:

• بار وارده بر ستون‌ها نسبتا سبک باشد.
• احتمال نشست نامتقارن زمین کم باشد.
• ستون‌ها فاصله زیادی از یکدیگر داشته باشند.

پی‌های منفرد می‌توانند به شکل مربع، مستطیل، دایره یا چندضلعی اجرا شوند، اما مقطع مربع یا مستطیل رایج‌تر است و اغلب از بتن مسلح ساخته می‌شود. برای افزایش پایداری سازه، پی‌های منفرد معمولا با شناژهای افقی به یکدیگر متصل می‌شوند که در این صورت به آن‌ها فونداسیون کلاف‌شده یا باسکولی گفته می‌شود. جهت اطلاعات بیشتر در خصوص اجرای شناژ به مقاله شناژ چیست مراجعه کنید.

از مزایای فونداسیون منفرد می‌توان به سادگی اجرا، مصرف بهینه مصالح، مناسب برای ساختمان‌های کوچک یا با اسکلت فلزی اشاره کرد. در حالی که این نوع فونداسیون محدویت‌هایی همچون عملکرد ضعیف در برابر زلزله در صورت عدم استفاده از شناژ، مناسب نبودن برای زمین‌های سست یا با احتمال نشست ناهمگون را نیز دارد.

پی مرکب

فونداسیون یا پی مرکب از ترکیب دو پی منفرد به صورت یکپارچه تشکیل می‌شود. این نوع فونداسیون معمولا زمانی به کار می‌رود که شرایط طرح، امکان استفاده از پی‌های منفرد جداگانه را نمی‌دهد.

پی‌های مرکب معمولا در شرایط زیر مورد استفاده قرار می‌گیرند:

• وقتی فاصله بین دو ستون کم باشد و پی‌های منفرد آن‌ها با هم تداخل داشته باشند.
• وقتی یکی از ستون‌ها نزدیک مرز زمین همسایه باشد و نتوان پی را به‌صورت متقارن اجرا کرد.
• در محل درز انبساط ساختمان برای ستون‌های مجاور این درز انبساط (ژوئن).
• زمانی که بار یکی از ستون‌ها خارج از مرکز وارد شود و نیاز به توزیع بهتر نیروها باشد.
• اگر بار دو ستون متفاوت باشد، پی مرکب را معمولا به شکل ذوزنقه طراحی می‌کنند؛ به طوری که قاعده بزرگ‌تر زیر ستون پربار و قاعده کوچک‌تر زیر ستون کم‌بار قرار می‌گیرد تا تنش در خاک بهتر توزیع شود.

پی نواری

پی نواری یکی از رایج‌ترین انواع فونداسیون‌ سطحی است که برای انتقال بار دیوارها یا ردیفی از ستون‌ها به زمین به‌صورت یکپارچه اجرا می‌شود. این نوع پی معمولا زمانی استفاده می‌شود که عناصر باربر مانند ستون‌ها یا دیوارها در یک امتداد قرار دارند.

مقطع پی نواری می‌تواند اشکال مختلفی مثل مستطیل، ذوزنقه یا T وارونه داشته باشد. در حالتی که فقط بار دیوار به زمین منتقل شود، به آن شالوده دیواری نیز گفته می‌شود. اگر نسبت طول به عرض پی بیشتر از ۴ تا ۵ باشد، آن را در دسته پی‌های نواری قرار می‌دهند.

این فونداسیون به‌ویژه در زمین‌هایی با احتمال رانش یا نشست نامتقارن موثر است، زیرا بار را در جهت طولی توزیع می‌کند و مقاومت سازه را در برابر زلزله و ناپایداری افزایش می‌دهد.

پی‌های نواری به‌صورت یک‌طرفه (زیر دیوار یا ردیف ستون) یا دوطرفه (شبکه‌ای) اجرا می‌شوند. فونداسیون نواری دوطرفه یا شبکه‌ای، که در آن پی‌ها در دو جهت عمود بر هم قرار دارند، عملکرد بسیار خوبی در برابر نیروهای جانبی داشته و از متداول‌ترین انواع پی‌ها در ساخت‌وساز شهری محسوب می‌شود.

پی گسترده

پی گسترده که به آن فونداسیون رادیه یا یکپارچه نیز گفته می‌شود، نوعی فونداسیون سطحی است که به‌صورت یک دال بتن مسلح، در تمام سطح زیر ساختمان اجرا می‌شود.

این نوع پی زمانی به‌کار می‌رود که بار وارد بر ساختمان زیاد باشد (مثل برج‌ها یا ساختمان‌های با طبقات زیاد) یا مقاومت فشاری خاک کم باشد و نیاز به توزیع بار در سطح وسیع‌تری باشد. در این روش، تمام ستون‌ها و دیوارهای باربر بر روی یک دال مشترک قرار می‌گیرند تا بار به شکل یکنواخت‌تری به زمین منتقل شود.

پی گسترده ممکن است به‌صورت دال ساده، دال همراه با تیر (تیر-دال)، صندوقه‌ای یا شبکه‌ای از نوارهای متقاطع طراحی شوند. عملکرد آن‌ها نیز بسته به شرایط، ممکن است صلب یا انعطاف‌پذیر باشد.

پی‌ عمیق

زمانی که خاک سطحی ضعیف بوده و ظرفیت تحمل بار ساختمان را ندارد، از پی‌های عمیق استفاده می‌شود. در این حالت بار از طریق عناصر عمودی یا مایل به لایه‌های مقاوم‌تر در عمق زمین منتقل می‌شود. این پی‌ها نسبت عمق به عرض بالایی دارند. طبق آیین‌نامه D.T.U.62 اگر این نسبت از ۵ بیشتر باشد، پی عمیق محسوب می‌شود. در برخی منابع نیز نسبت‌های بالاتر از ۶ یا حتی ۱۰ ذکر شده است. به طور کلی، اگر عمق پی بیش از ۳ متر و نسبت عمق به عرض قابل‌توجه باشد، آن پی را در دسته پی‌های عمیق قرار می‌دهند.

تفاوت اصلی پی عمیق با پی سطحی در روش انتقال بار به زمین است. در حالی که پی‌های سطحی بار را مستقیما از طریق سطح زیرین خود منتقل می‌کنند، پی‌های عمیق بار را از طریق اصطکاک جداره و مقاومت نوک شمع به خاک منتقل می‌کنند.

به پی‌های عمیق معمولا شمع (Pile) نیز گفته می‌شود. این نوع پی‌ها برای زمین‌های سست یا سازه‌های سنگین کاربرد داشته و انواع مختلفی دارند، که به‌صورت کلی شامل موارد زیر است:

1. پی نیمه‌عمیق یا پی چاهی
2. پی عمیق یا پی شمعی

پی چاهی یا نیمه‌عمیق

این نوع پی در حد فاصل بین پی‌های سطحی و پی‌های عمیق قرار دارد. نسبت عمق به عرض آن معمولا بین ۳ تا ۶ است. نحوه محاسبه آن مشابه پی‌های سطحی است، اما ظرفیت باربری با احتیاط بیشتری برآورد می‌شود. توجه داشته باشید که استفاده از این نوع پی چندان رایج نیست.

پی شمعی

شمع‌ها اجزایی عمودی هستند که بار را از سازه به لایه‌های مقاوم‌تر زمین منتقل می‌کنند. این شمع‌ها ممکن است به‌صورت منفرد (برای یک ستون) یا به‌صورت گروه شمع (برای چند ستون با صفحه سرشمع) اجرا شوند.

در طراحی شمع‌ها، مواردی مانند ضخامت شالوده، نوع اتصال شمع به سرشمع و نحوه مقابله با نیروهای کششی (مثلا uplift ناشی از زلزله یا باد) باید با دقت در نظر گرفته شود. شمع‌ها بسته به نیاز پروژه ممکن است به صورت شمع ساده یا شمع بالشتکی (برای بارهای سنگین‌تر) ساخته شوند.

برای آشنایی کامل با نحوه طراحی و اجرای این نوع فونداسیون‌ها، می‌توانید به مقاله تخصصی پی عمیق مراجعه کنید.

بیش از ۵۰ ساعت آموزش حرفه‌ای ولی رایگان دفترفنی و ساختمان سازی

دریافت

پی ویژه چیست؟

پی‌های ویژه یا خاص (special foundation) به فونداسیون‌هایی گفته می‌شود که در دسته‌بندی‌های رایج سطحی و عمیق قرار نمی‌گیرند و برای شرایط خاص طراحی و اجرا می‌شوند. از انواع رایج پی‌های ویژه می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

پی صندوقه ای (کیسون)

کاربرد اصلی در پل‌ها و سازه‌های زیر آب است. کیسون‌ها به صورت پیش‌ساخته ساخته شده، در محل حفاری شده قرار می‌گیرند و با بتن پر می‌شوند. قابلیت انتقال شناور و نصب سریع از مزایای آن است.

مهارها

سازه‌هایی برای تثبیت و نگهداری فونداسیون در برابر نیروهای کششی یا جانبی هستند که معمولا در دیوارهای حائل و سازه‌های نگهبان به کار می‌روند.

ستون‌های شنی و سنگی

روش‌هایی برای بهسازی خاک و افزایش مقاومت زمین زیر فونداسیون که در برخی موارد بخشی از سیستم فونداسیون محسوب می‌شوند.

پی دو پوشه

فونداسیونی حساس و پیشرفته شامل دو لایه است که لایه زیرین ثابت و لایه بالایی آن قابلیت ارتعاش دارد. این سیستم در برابر زلزله‌های شدید مقاوم است و در سازه‌های مهم مانند نیروگاه‌های هسته‌ای استفاده می‌شود.

پی با سیستم غلاف

طراحی شده تا حرکت کنترل شده و محدودی بین سازه و فونداسیون اجازه دهد و تنش‌های وارد بر سازه را کاهش دهد.

پی شناور

در زمین‌های با خاک بستر نرم و خطر نشست زیاد استفاده می‌شود. وزن سازه طوری طراحی می‌شود که برابر با وزن خاک جابجا شده باشد تا فشار وارده کاهش یابد.

پی ارتجاعی

برای جذب انرژی و کاهش اثر نیروهای دینامیکی مانند زلزله طراحی شده و در سازه‌های حساس یا مرتفع کاربرد دارد.

بهترین فونداسیون ساختمان کدام است؟

انتخاب بهترین نوع پی یا شالوده برای یک ساختمان باید بر اساس شرایط زمین، نوع سازه، ارتفاع ساختمان، هزینه و الزامات آیین‌نامه‌ای انجام شود. به‌طور کلی، نمی‌توان یک نوع پی را به‌عنوان بهترین گزینه برای همه پروژه‌ها معرفی کرد؛ بلکه باید بر اساس معیارهای مهندسی، گزینه مناسب انتخاب شود.

به‌عنوان مثال، فونداسیون منفرد معمولا برای سازه‌هایی با بار کم و زمین با مقاومت مناسب به کار می‌رود، در حالی که فونداسیون‌های عمیق مانند شمع در خاک‌های سست یا در شرایطی که بارهای سنگین بر سازه وارد می‌شود، کاربرد دارند.

در جدول زیر مقایسه‌ای میان انواع رایج فونداسیون‌ها از نظر مصالح، عمق اجرا، هزینه، نوع خاک مناسب و کاربردهای رایج آن‌ها ارائه شده است.

با توجه به ویژگی‌های ذکرشده، هر نوع فونداسیون در پاسخ به نیازهای سازه‌ای و ژئوتکنیکی خاص خود طراحی و اجرا می‌شود. انتخاب صحیح آن نقش مهمی در ایمنی، دوام و عملکرد مناسب سازه خواهد داشت.

عوامل موثر در انتخاب نوع فونداسیون چیست؟

انتخاب فونداسیون مناسب، یکی از تصمیمات کلیدی در طراحی هر سازه است. این انتخاب بر اساس ویژگی‌های زمین، نیازهای سازه و محدودیت‌های اجرایی انجام می‌شود. مهم‌ترین عوامل تأثیرگذار عبارت‌اند از:

1- ویژگی‌های زمین‌شناسی و ژئوتکنیکی

نوع خاک، میزان تراکم، عمق لایه‌های مقاوم، سطح آب زیرزمینی، وجود گسل، قنات یا فضاهای خالی زیر سطح زمین از جمله مواردی هستند که باید در محل پروژه بررسی شوند. این اطلاعات از طریق مطالعات ژئوتکنیک و آزمایش‌های خاک به دست می‌آیند و نقش مهمی در انتخاب بین پی سطحی یا عمیق دارند.

2- بارهای وارد بر فونداسیون

نوع سازه (مثلا یک‌طبقه یا چند طبقه، فلزی یا بتنی) و نوع بارها (عمودی، افقی، لرزه‌ای) تعیین می‌کنند که پی باید چه مقدار بار را تحمل کند. فونداسیون باید بتواند این نیروها را بدون نشست یا گسیختگی به زمین منتقل کند.

3- ظرفیت باربری زمین

ظرفیت باربری به حداکثر فشاری گفته می‌شود که خاک می‌تواند تحمل کند بدون آن‌که دچار گسیختگی شود. در خاک‌های ضعیف، معمولا از پی‌های گسترده یا عمیق استفاده می‌شود. برای تعیین ظرفیت باربری، آزمایش‌های میدانی یا آزمایشگاهی انجام می‌شود.

4- نشست مجاز و عملکرد بلندمدت

حتی اگر خاک گسیخته نشود، ممکن است دچار نشست تدریجی شود که به سازه آسیب می‌زند. در خاک‌هایی با خاصیت خمیری بالا، نشست کنترل‌شده اهمیت زیادی دارد. مهندس طراح باید نشست مجاز خاک را بر اساس نوع سازه و عمر مفید آن در نظر بگیرد.

5- مجاورت با سازه‌های دیگر

اگر ساختمان جدید در نزدیکی سازه‌ای موجود احداث شود، پی آن نباید به پی سازه مجاور آسیب بزند یا از آن تاثیر بگیرد. فاصله، عمق، نوع پی مجاور و تفاوت وزن ساختمان‌ها در طراحی باید لحاظ شود.

6- امکان و سهولت اجرا

برخی فونداسیون‌ها مانند پی‌های شمعی نیاز به تجهیزات سنگین دارند و در همه پروژه‌ها قابل اجرا نیستند. گاهی نیز به دلیل محدودیت زمانی، نیروی انسانی یا دسترسی به مصالح، انتخاب فونداسیون ساده‌تر و سریع‌تر منطقی‌تر است.

7- ملاحظات اقتصادی

هزینه‌های اجرا، مصالح، نیروی کار و زمان ساخت در انتخاب فونداسیون اثرگذارند. البته همیشه باید بین هزینه اولیه و دوام و ایمنی در بلندمدت تعادل برقرار کرد. انتخاب ارزان‌ترین گزینه، اگر باعث کاهش ایمنی شود، پذیرفته نیست.

جمع بندی

فونداسیون به عنوان پایه انتقال بارهای ثقلی و جانبی به زمین، نقش حیاتی در ساخت‌وساز ایفا می‌کند. انتخاب نوع مناسب پی، اجرای دقیق آن و استفاده از مصالح متناسب با شرایط محیطی و سازه‌ای، از عوامل موثر در افزایش دوام و ایمنی ساختمان به شمار می‌رود. آشنایی با ویژگی‌ها و عملکرد انواع فونداسیون، مهندسان و سازندگان را در تصمیم‌گیری‌های اصولی و کاهش خطرات احتمالی یاری می‌رساند.

در انتهای این مقاله امیدواریم اطلاعات خوبی درباره انواع فونداسیون کسب کرده باشید. در صورتی که در این مورد سوالی دارید می‌توانید آن را در بخش دیدگاه با ما به اشتراک بگذارید.

مسیر پیشنهادی مطالعه مقالات آکادمی عمران

مشاهده مسیر یادگیری