نخـستبن مرحله در اجرای یک ساخـتمان پی سـازی می باشد که این کار باید بعد از گود برداری و پی کنی انجام گیرد همانطورکه می دانیم در زمینهای خوب حداقل عمق پی های نواری در حدود 50 سانتی متر می باشد . و اگردراین عمق زمین بکر در دسترس نباشد باید عمق پی را تا زمین بکر ادامه دهیم .
كلمه فونداسيون از واژه فرانسوي Fondation) با همان تلفظ فونداسيون) به معني اساس و بنياد اقتباس شده است. در زبان انگليسي به آن (Foundation) با تلفظ (deɪʃənˈfaʊn) گفته مي شود كه به همان معني بنياد، اساس و پي مي باشد. با توجه به فعاليت گسترده مهندسين فرانسوي در قرن بيستم در ساخت و سازهاي زيربنايي كشور، بسياري از كلمات رايج بين مهندسين (مثل شناژ و پوتر) از واژه هاي فرانسوي اقتباس شده است. حتي امروزه هم با گذشت زمان زياد هنوز هم استفاده از اين واژه ها بين مهندسين رايج است. معادل پارسي كلمه فونداسيون "پِي" مي باشد كه به اشتباه در بعضي كتب و متون فني به آن شالوده هم گفته مي شود.
فونداسیون روی بتن مگر اجرا می شود و نیروهای وارد شده به سازه را به زمین منتقل می کند و در همه سازه ها از جنس بتن مسلح ساخته می شود.
بتن مگر بین خاک زمین و فونداسیون قرار دارد. این لایه بتنی مانع از تماس مستقیم بتن فونداسیون و خاک زمین می شود. عیار بتن مگر 150 کیلوگرم در مترمکعب است.
مهندسین در محاسبات فونداسیون، نیروی وزن سازه، مقاومت خاک و نیروهای جانبی باد و زلزله را لحاظ می کنند. شکل فونداسیون تابعی از نقشه ساختمان و محل استقرار ستونهای ساختمان است. شناژ، بین محل ستونها در فونداسیون اجرا می شود و فشار وارد آمده توسط ساختمان را بین همه ستونها تقسیم می کند و در نتیجه اجرای شناژ، ستونها بطور ناهماهنگ نشست نخواهند کرد.
سازه بتن مسلح سازه‌ای است که در ساخت آن از بتن یا به طور معمول بتن آرمه (سیمان، شن، ماسه و پولاد به صورت میلگرد ساده یا آجدار) استفاده شده باشد. در ساختمان در صورت استفاده از بتن آرمه در قسمت ستونها و شاه تیرها و پی، آن ساختمان یک سازه بتنی محسوب میشود.
با انواع فونداسیون و نوع مصالح آن آشنا میشویم :
- گروه اول شامل انواع فونداسیون از نظر نوع مصالح آن مانند: فونداسیون های سنگی ، آجری ، شفته ای ، بتنی
- گروه دوم شامل انواع فونداسیون از نظر سیستم ساخت آن مثل : فونداسیون های تکی ، نواری ، صفحه ای ، فونداسیون مشترک و فونداسیون های کلاف شده می باشد .
این فونداسیون از سنگ های طبیعی و در مناطقی که سنگ ارزان در دست رس باشد ساخته می شود سنگی که در برای این گونه فونداسیون ها انتخاب می گردد باید سالم بوده و از انواع سنگ های لاشه شکسته باشد سنگ های قلوهای به علت صیقلی و مدور بودن آن برای بی سازی مناسب نمی باشد زیرا حالت ناپایدار به فونداسیون می دهد . سطح فونداسیون سازی با سنگ باید از دیوار هایی که روی آن قرار دارد وسیع تر و از هر طرف دیوار حداقل 15 سانتیمتر عنوان ریشه گسترش داشته باشد . فونداسیون سازی با سنگ با دو نوع ملات صورت می گیرد . چناچه بار و فشار کم باشد ملات سنگ ها را از نوع گل آهک و چنانچه بار زیاد باشد ملات ماسه سیمان انتخاب می شود و استفاده از ملات ماسه سیمان ، ماسه و آهک باشد و از فونداسیون های سنگی بیشتر در ساختمانهای یک طبقه یا برای فونداسیون دیوارهای محوطه استفاده می شود .
ساده ترین و در عین حال ابتدایی ترین فونداسیون سازی برای ساختمان کوچک 2 یا 3 طبقه آجری است . شفته خمیری است از مخلوط خاک ، آب ، شن و گردآهک که در هر متر مکعب خاک آن بن 200 تا 250 کیلو گرم آهک به کار می رود . گاهی نیز بنابر لزوم مقداری پاره سنگ به آن می افزایند . طریقه شفته ریزی بدین صورت است که شفته را در فونداسیون ریخته و پس از آنکه شفته به حدود 20 یا 30 سانتی متر رسید آن را در یک سطح افقی هموار می کنند و یک روز آن را به حالت خود می گذارند . تا آبش در اثر تبخیر یا جذب کاهش باید ( اصطلاحا دونم شود ) سپس آن را با وزنه ی سنگینی ( تخماق ) می کوبند تا کاملا متراکم گردد . مجددا به همان ارتفاع شفته ریزی انجام گرفته و تا پر شدن فونداسیون همچنان ادامه می یابد .
بتن را می توان یکی از مقاومترین و مستحکم ترین سنگ های مصنوعی دانست . لذا فونداسیون هایی که با بتون ساخته می شود ، بهترین فونداسیون در کارهای ساختمان به شمار می آیند . امروزه توصیه می شود . که فونداسیون کلیه ی ساختمانها را با بتون مسلح بسازند به خصوص در مناطق زلزله خیزی نظیر شهر های جنوب خراسان ، دامنه های سلسله ی جبال البرز ، قزوین حتی برای ساختمان سبک و یک طبقه نیز فونداسیون های بتونی از نوع نواری آن بسیار مناسب خواهد بود . زاویه ی پخش بار در فونداسیون های بتنی بین 30 تا 45 درجه می باشد . لذا می توان این گونه فونداسیون ها را پلکانی یا به صورت هرم ناقص ( سومل ) ساخت و از مصرف اضافی بتن صرفه جویی نمود . فونداسیون سازی با بتن بدین طریق انجام می گیرد که ابتدا کف فونداسیون را به اندازه تقریبی 10 سانتی متر بتن کم سیمان با نام مکر می ریزند . که سطح خاک و بتن اصلی را از هم جدا کرده و همچنین سطح پی را جهت بتن ریزی اصلی تراز نمایند . سپس روی بتن مگر داخل پی را با تخته قالب بندی می کنند و پس از آماده شدن قالب بتن ساخته شده را داخل قالب ریخته و خوب می کوبند ویبرا تور ( لرزاننده ) به آن ارزش می دهند .
تا بتون اصطلاحا جا بیفتد یعنی دانه های شن ماسه در بتون عمل جایگیری را کاملا انجام دهند و متراکم گردند . بارگذاری روی فونداسیون های بتنی بایستی حداقل هفت روز پس از پی ریزی انجام می گیرد . ضمنا باید توجه داشت ، چنانچه بتون از نوع مسلح باشد ، باید ابتدا میلگرد در قالب جاسازی شده ، سپس بتن ریزی صورت گیرد.
پی‌کنی و خاکبرداری
به منظور دسترسی به بستری مناسب جهت انتقال وزن ساختمان به زمین پی‌کنی صورت می‌گیرد. پی‌کنی در زمین‌هایی که از نظر جنس و مقاومت زمین و وجود آب‌های سطحی و عمقی با هم تفاوت دارند فرق می‌کند.
فونداسیون های متمرکز یا نقطه ای
برای ساختمانهایی که بار آن ها به صورت متمرکز (نقطه ای) به زمین منتقل می شود ساخته میگردد مانند ساختمان های فلزی یا ساختمان های بتونی
لایه های فونداسیون های متمرکز از پایین به بالا :
1.زمین مناسب
2.بتن مگر
3. میلگرد های کف فونداسیون
4.بتن اصلی
5.صفحه زیر ستون(در ساختمانهای اسکلت فلزی)
این فونداسیون ها معمولا در ساختمان های آجری مورد استفاده قرار می گیرد. حداکثر عمق پی های نواری در حدود 50 و عرض پی قدری بزرگتر از عرض دیوار روی آن می باشد.
لایه های فونداسیون های نواری به ترتیب از پایین به بالا :
1.شفته ریزی
2.کرسی چینی
3.شناز
4.ملات ماسه سیمان برای ایزولاسیون رطوبتی
5.قیر گونی
6.ملات ماسه سیمان برای پوشش روی قیر گونی
7.دیوار چینی اصلی
به فونداسیون هایی اطلاق می شود که بار چند ستون یا دیوار را که در ردیف ها یا امتداد های مختلف قرار دارند به زمین منتقل می نمایند. پی گستره ممکن است به شکل دال مجموعه تیر_دال و... ساخته شود و شامل یک دال ضخیم بتن مسلح بوده که تمام مساحت مورد نظر را می پوشاند.
باید توجه کرد که در مناطق گرم با توجه به گرمای هوا باید بتن ریزی بعد از ظهر انجام گیرد و 3الی4 ساعت بعد از ریختن بتن فونداسیون آبدهی بتن آغاز شود.
روش ساخت پی گسترده:
1- تمام سطح مورد نظر به علاوه یک عرض 30 سانتی متری اضافه تر از هر طرف حفاری می گردد.
2- بستر مورد نظر کوبیده و آب پاشی می گردد.
3- سپس لایه ای از بتن کم عیار بعنوان پوشش تحتانی با ضخامت مورد نظر روی بستر مذکور ریخته می شود.
4- در مرحله بعدی آرماتور بندی با قطر و فواصل مشخص شده در نقشه های طراحی روی بتن مگر قرار می گیرد.
5- سپس بتن اصلی همراه با عملیات ویبره کردن به ضخامت مورد نظر ریخته می شود.
6- بتن پی به شکل مناسبی با توجه به شرایط پروژه عمل آوری می گردد.
7- در شرایطی که بارهای وارده خیلی زیاد باشند می توان شبکه ای از تیرهای بتنی ضخیم که در زیر ستون ها قرار می گیرند را نیز به پی مورد نظر افزود.
کارایی پی گسترده :
این نوع پی ها در ساختمان های با کاربری های عمومی، ساختمان های اداری، مدارس، نواحی مسکونی و ... که در آنها وضعیت زمین و توان باربری خاک بقدری ضعیف باشد که استفاده از پی های منفرد امکان پذیر نباشد بکار می رود.
- فونداسیون صفحه ای : (گسترده یا رادیه ژنرال)
( رادیه ژنرال ) ، در مواردی استفاده می شود که بارهای وارده از ساختمان بسیار بوده (بار آسمان خراش ها ) و یا مقاومت زمین تا قدری کم باشد . که جهت انتقال بار به خاک تمام سطح زیر ساختمان مورد لزوم قرار گیرد . فونداسیون صفحه ای به صورت یک پارچه از بتن آرمه در سر تا سر زیر ساختمان ساخته می شود که میله ی ستون ها و دیوار بر روی آن قرار می کیرد . در بعضی مواقع که بار بسیار زیاد باشد . سطح فونداسیون را بزرگ تر از سطح ساختمان روی آن می سازد تا پخش فشار در سطح بزرگتری انجام پذیرد .
فونداسیون های صفحه ای به صورت مختلف ساخته می شود و مانند فونداسیون صفحه ای ساده صفحه با دیوار محیطی ، صفحه ای با تیر صفحه ای با دیوار بتنی در یک جهت صفحه ای با دیوار بتنی در دو جهت و فونداسیون های سلولی .
هر گاه برای دو و یا چند ستون یک فونداسیون ساخته شود پی را مشترک گویند . پی مشترک وقتی مورد استفاده قرار می گیرد که :
1 ) فاصله فونداسیون ها از یکدیگر کم بوده و یا طوری باشد که سطح فونداسیون ها ، یکدیگر را بپوشانند .
2 ) یکی از فونداسیون ها در کنار زمین همسایه قرار گرفته باشد .
3 ) وقتی که به علت طول زیاد یک بنا مجبور باشیم ساختمان را درز انبساط ( ژوئن ) بسازیم . در این صورت برای ستون های مجاور درز انبساط فونداسیون مشترک در نظر می گیرد . چنانچه برای در فونداسیون بار های مختلف خواسته باشیم فونداسیون مشترک طرح نمائیم . فونداسیون مزبور به شکل ذوزنقه ای خواهد که قاعده ی کوچک در طرف بار کمتر و قاعده بزرگ آن در جهت باریستنر باشد .
برای جلوگیری از چرخش فونداسیون و تیر و در کنار دیوار همسایه از فونداسیون باسکولی یا استواپییم استفاده می شود. فونداسیون باسکولی در واقع یک شکل از شالوده مرکب بوده ، که در آن به منظور تقویت ستون خارج از مرکز و ایجاد نشست همگن اقدام به کلاف این ستون با ستون شالوده مجاور مینمایند ، به گونه ای که کلاف مذکور حتما باید بالاتر از سطح زمین بوده تا در انتقال بار به زمین موثر نباشد و تنها وظیفه بهم دوختن شالوده ها را داشته باشد و حتما میبایست ارتفاع کلاف به اندازه ای باشد که ممان اینرسی آن حداقل برابر ممان اینرسی شالوده ای که ستون خارج از محور دارد باشد.
اتصال دو فونداسیون فنرو توسط شناژ ( بتن آرمه ) را پی کلاف شده می نامند . در مناطق زلزله خیز بهترین نوع فونداسیون برای ساختمانهای مسکونی معمولی به حساب می آید . در حالتی که ضخامت شناژ از ارتفاع پی کمتر باشد ، به دو صورت اتصال صورت می گیرد :
الف : سطح بالایی شناژ و سطح بالایی فونداسیون در یک امتداد قرار می گیرد .
ب : سطح زیر شناژ با سطح زیر فونداسیون در یک امتداد قرار می گیرد .
شمعها اعضایی از جنس فولاد ، بتن ، بتن مسلح ، و چوب می باشند که در صورت مناسب نبودن ظرفیت باربری زمین برای استفاده از شالوده های سطحی ، از آنها برای ساخت شالوده های عمیق ( شالوده های شمعی ) استفاده می شود . وقتی که لایه یا لایه های فوقانی خاک دارای قابلیت فشردگی زیاد و یا خیلی ضعیف باشند ، به طوری که نتوان از شالوده سطحی برای توزیع بار ساختمان استفاده کرد ، شالوده های شمعی برای انتقال بار به لایه تحتانی محکمتر و یا سنگ بستر مورد استفاده قرار می گیرند. وقتی که بستر سنگی و یا لایه محکمتر تحتانی در عمق معقولی از سطح زمین قرار نداشته باشد ، از شمع برای انتقال تدریجی بار استفاده میشود . در این حالت ، بیشتر مقاومت شمع از طریق نیروی اصطکاک بین سطح تماس شمع و خاک ( مقاومت جلدی ) تامین میشود . اگر شمع ها تحت تاثیر نیروی افقی قرار گیرند ، در حالی که هنوز قابلیت حمل بار های قایم را دارا هستند ، می توانند به وسیله خمش ، نیرو های افقی راحمل نمایند . این وضعیت اغلب در شالوده سازه های حایل خاک که وظیفه آنها مقاومت در مقابل فشار جانبی خاک است و یا ساختمان های بلند که تحت تاثیر نیروی باد یا زلزله قرار دارند ، پیش می آید.
با انواع فونداسیون ها در پیمانساز آشنا شدیم ، حتما میدانید که پی ، یکی از مهمترین اجزای یک ساختمان بشمار میاید. در ساخت یک پی علاوه بر اصول رعایت کامل قوانین مهندسی ، استفاده از مصالح مناسب هم نقش زیادی در عملکرد آن دارد.
