آیا می‌دانید کاربرد فونداسیون یا پی ساختمان چیست و چه تفاوتی میان فونداسیون و پی وجود دارد؟ در این مقاله درباره پی و فونداسیون، انواع آنها و مراحل اجرای آن صحبت خواهیم کرد. در ادامه مقاله با ما همراه باشید
فونداسیون یا پی ساختمان چیست؟
فونداسیون یا پی ساختمان، بخش انتهایی یا پایین‌ترین بخش یک سازه و خاک در تماس با آن است که بار تحمیل‌شده از بخش‌های فوقانی ساختمان را به زمین (خاک) به گونه‌ای انتقال می‌دهد که ساختمان نشست نکند، واژگون نشود، دچار لغزش نشود و خاک زیر ساختمان نشکند.
تفاوت فونداسیون و پی در چیست؟
فونداسیون علاوه بر تحمل وزن سازه، از بستر خود هم نگهداری می‌کند در حالی که پی نوعی از فونداسیون است که فقط بار سازه‌های فوقانی را تحمل می‌کند.
انواع فونداسیون
از آن جایی که در بخش‌های مختلف زمین، جنس خاک و در نتیجه ظرفیت باربری آن متفات است؛ فونداسیون‌ها به دو نوع سطحی و عمیق تقسیم می‌شوند. در واقع عمق ، طول و عرض پی با وزن ساختمان، رابطه مستقیم دارد.
فونداسیون‌های سطحی
در فونداسیون‌های سطحی، عرض فونداسیون از عمق خاک بیشتر و برای سازه‌های سبک مناسب است. به فونداسیون‌های سطحی پی هم گفته می‌شود. انواع پی عبارتند از:
1.پی منفرد یا پی مجزا Isolated footing
پی منفرد یا پی مجزا در ساختمان‌های حداکثر تا 5 طبقه کاربرد دارد و برای ساخت آن، از بتن معمولی یا بتن مسلح استفاده می‌کنند. استفاده از این فونداسیون، مقرون‌به‌صرفه است. پی منفرد یا پی مجزا رایج ترین نوع پی است که برای ساخت ساختمان استفاده می شود. این پایه برای یک ستون ساخته شده و به آن پایه پد نیز گفته می شود. شکل پی منفرد به صورت مربع یا مستطیل است و هنگامی که بارها از سازه توسط ستون ها حمل می شود استفاده می شود. اندازه بر اساس بار روی ستون و ظرفیت تحمل ایمن خاک محاسبه می شود. پی مجزا مستطیلی هنگامی انتخاب می شود که پی به دلیل خارج از مرکز بودن بارها یا به دلیل نیروهای افقی لحظاتی را تجربه کند. به عنوان مثال ، یک ستون با بار عمودی 200 کیلو نیوتن و ظرفیت تحمل ایمن 100 کیلو نیوتن بر متر مربع را در نظر بگیرید در نتیجه مساحت پایه مورد نیاز 200/100 = 2 متر مربع خواهد بود. بنابراین ، برای یک پایه مربع ، طول و عرض پایه 1.414 متر x 1.414 متر خواهد بود.
2.پی ترکیبی Combined footing
از پی ترکیبی برای توزیع یکنواخت بار، به سطح پی استفاده می‌شود. پایه ترکیبی هنگامی ساخته می شود که دو یا چند ستون به اندازه کافی نزدیک باشند و پایه های جدا شده آنها با یکدیگر همپوشانی داشته باشند. این ترکیبی از پایه های جدا شده است ، اما طراحی ساختاری آنها متفاوت است و شکل‌های مختلفی دارند. مثل پی گسترده، پی دال، پی تسمه‌ای مربعی، پی تسمه‌ای ذوزنقه‌ای و...
3.پی دیواری یا پی نواری Strip footing
پی دیواری یا پی نواری، در امتداد طول دیوار و به صورت پیوسته ساخته می‌شوند و وظیفه انتقال بار اعمال شده از سمت دیوارهای باربر را برعهده دارند. برای ساخت پی دیواری از سنگ، آجر و بتن مسلح استفاده می‌شود. پی دیواری برای ستون های جداگانه ، دیوارها و پایه های پل استفاده می شود که لایه خاک تحمل کننده در فاصله 3 متری (10 فوت) از سطح زمین باشد. ظرفیت تحمل خاک باید برای تحمل وزن سازه در سطح پایه سازه کافی باشد. اینها نباید در خاکهایی که احتمال جریان آب زمین در بالای لایه تحمل کننده خاک وجود دارد و ممکن است منجر به شستشو یا مایع سازی شود، استفاده شوند.
4.پی گسترده Mat footing
وظیفه پی گسترده، تحمل بارهای سنگین از طرف ستونها و دیوارها است و برای جلوگیری از نشست ساختمان، از آن استفاده می‌شود. استفاده از این پی، زمانی پیشنهاد می‌شود که ظرفیت تحمل خاک پایین است و بار سازه باید در یک سطح گسترده، توزیع شود. پی گسترده در کل منطقه ساختمان پخش می شود تا بارهای سنگین ساختاری از ستونها و دیوارها را تحمل کند. پی گسترده برای ستونها و پایه های دیواری است که بارهای وارد شده بر روی ستونها و دیوارها بسیار زیاد است. این برای جلوگیری از نشست دیفرانسیل پایه های منفرد استفاده می شود، بنابراین به عنوان یک تشک (یا پایه ترکیبی) از تمام عناصر تحمل کننده سازه طراحی می شود.
این پی برای خاکهای انبساطی که ظرفیت تحمل آنها برای مناسب بودن پایه های پخش شده و پایه های دیواری کمتر است، مناسب است.پی گسترده زمانی مقرون به صرفه است که نیمی از ناحیه سازه با پایه های فردی پوشانده شود و پایه های دیواری تهیه شود. از این پایه ها نباید در مواردی استفاده شود که سطح آب زیرزمینی بالاتر از سطح تحمل کننده خاک باشد.
5.پی طرهای یا پی باسکولی Strap footing
پی طرهای شبیه به پی ترکیبی است و هنگامی که فاصله ستونها زیاد است، استفاده می‌شود.
فونداسیون‌های عمیق
در فونداسیون عمیق، عمق خاک بیشتر از پهنای آن است و انواع آن عبارتند از:
1.فونداسیون شمعی :
فونداسیون شمعی نوعی فونداسیون عمیق است که برای انتقال بارهای سنگین از سازه به لایه های سنگ سخت بسیار عمیق زیر سطح زمین استفاده می شود. فونداسیون شمعی برای انتقال بارهای سنگین سازه ها از طریق ستون ها به لایه های سخت خاک که پایه های کم عمق مانند پی گسترده و پی طرهای قابل استفاده نیست ، استفاده می شود. این همچنین برای جلوگیری از بلند شدن سازه در اثر بارهای جانبی مانند نیروهای زلزله و باد استفاده می شود.
فونداسیون شمعی معمولاً برای خاکهایی که شرایط خاک نزدیک سطح زمین برای بارهای سنگین مناسب نیست استفاده می شود. عمق لایه های سنگ سخت ممکن است از سطح زمین 5 متر تا 50 متر (15 فوت تا 150 فوت) عمق داشته باشد. استفاده از فونداسیون شمعی همچنین از نشستن افتراقی پی ها جلوگیری می کند.
2.فونداسیون پایه ای :
فونداسیون‌های پایه‌ای در عمق کم‌تری نسبت به فونداسیون های شمعی قرار می‌گیرند و کاربرد آنها در انتقال بارهای بزرگ است.
3.فونداسیون صندوقه ای (کیسون) :
فونداسیون صندوقه ای، که به آنها کیسون نیز گفته می شود ، نوعی فونداسیون عمیق است و عملکردی مشابه فونداسیون شمعی دارد که در بالا بحث شد، اما پایه های ریخته گری شده درجا با ظرفیت بالا هستند. در برابر بارهای ناشی از سازه از طریق مقاومت در برابر شفت ، مقاومت در برابر پایه و یا ترکیبی از هر دو مقاومت می کند. ساخت فونداسیون صندوقه ای یا کیسون ها با استفاده از auger انجام می شود. فونداسیون صندوقه ای می تواند بارهای ستون بزرگتر از فونداسیون شمعی را منتقل کنند. این ماده در مواردی استفاده می شود که عمق لایه های سخت زیر سطح زمین در فاصله 10 متر تا 100 متر (25 فوت تا 300 فوت) قرار داشته باشد. در صورت وجود رسوبات عمیق رسهای نرم و خاکهای دانه ای سست و حامل آب ، فونداسیون صندوقه ای یا پایه کیسون مناسب نیست.
مراحل اجرای فونداسیون یا پی ساختمان
- گام اول: انتخاب محل ساخت : انتخاب محل ساخت به شرایط زمین و ویژگی‌های سازه بستگی دارد.
- گام دوم: انتخاب نوع فونداسیون یا پی ساختمان : با توجه به بارهای اعمال شده از طرف سازه، ظرفیت باربری زمین، نوع خاک یا سنگ، سهولت اجرا، سطح آب زیرزمینی، منابع آبی و شیب‌های مجاور، بلایای طبیعی، شرایط جوی و مسائل اقتصادی باید یک نوع از فونداسیون‌های عمیق یا سطحی انتخاب شود.
- گام سوم: مرزبندی محدوده فونداسیون یا پی ساختمان : تعیین مرزهای دقیق فونداسیون، برای اطمینان از انتخاب صحیح نوع فونداسیون و تغییر آن بر حسب ضرورت است.
- گام چهارم: حفاری زمین : عمق حفاری به زمین و جنس خاک بستگی دارد ولی به طور معمول تا رسیدن به لایه محکمی که ظرفیت باربری بالایی داشته باشد؛ ادامه پیدا می‌کند.
- گام پنجم: اجرای فونداسیون یا پی ساختمان : برای اجرای فونداسیون به نیروی کار ماهر و تجهیزات مناسب، نیاز است.
- گام ششم: نهایی سازی و نگهداری از فونداسیون : فونداسیون نقش مهمی در پایداری سازه دارد و از درزگیرها و مواد مختلف برای جلوگیری از آسیب رسیدن به این بخش، استفاده می‌شوند.
- گام هفتم: ساخت دیوار نگهدارنده : قبل از آغاز ساخت بخش‌های فوقانی سازه (دیوارها، ستونها و غیره)، دیوارهای نگهدارنده بر روی فونداسیون ساخته می‌شوند.
انواع پی ازنظر مصالح تشکیل دهنده
پی بتنی
بهترین نوع پی، پی‌های بتنی هستند و امروزه پی‌ریزی ساختمان‌ها اغلب با بتن مسلح صورت می‌گیرد.
پی فلزی
اگر وزن ساختمان زیاد و مقاومت فشاری خاک کم باشد، از این نوع پی استفاده می‌شود ولی معمولا صرفه اقتصادی ندارد.
پی سنگی
برای ساخت این پی، از سنگ‌های طبیعی استفاده می‌شود اما هر نوع سنگی هم مناسب این کار نیست. پی‌های سنگی از دو نوع ملات ساخته می‌شوند. در صورتی که بار وارده بر پی‌ها زیاد باشد، ملات ماسه سیمان اما برای بارهای کم، از ملات گل و آهک استفاده می‌شود.
پی شفته‌ای
پی شفته ای یکی از ساده‌ترین انواع پی در صنعت ساخت‌و‌ساز است و برای ساختمان‌هایی با متراژ پایین و ساخته‌شده از آجر، اجرا می‌شود.
پی آجری
اگر ساختمان کوچک و بار واردشده بر پی‌ها کم باشد، از آجر برای ساخت پی استفاده می‌شود.
سایر نکات مهم در پی سازی
- سطح بالایی پی، باید از سطح یخبندان پایین‌تر و سطح زیرین پی باید از سطح ایستایی بالاتر باشد.
- اگر سطح آب‌های زیرزمینی در محل ساخت‌و‌ساز بالا است؛ باید از ساخت زیرزمین اجتناب کرد.
- هر طبقه ساختمان به 3 متر عمق گمانه نیاز دارد.
- اگر لایه‌‌های خاک زیر ساختمان ضعیف باشد، نباید از سازه‌های سنگین بتنی استفاده کرد.
- اگر در منطقه‌ای خاک رس منبسط شده وجود داشت، روش خاک‌ریزی باید متفاوت باشد.
- در مناطقی که خاک آلی وجود دارد، پی را باید پایین‌تر از لایه خاکهای آلی اجرا کرد.
- در آزمایش خاک زیر پی، عواملی مانند ظرفیت باربری، درصد رطوبت، موقعیت آب‌های زیرزمینی، میزان چسبندگی و میزان تراکم در نظر گرفته می‌شوند.
در این مقاله خواندیم که فونداسیون یا پی ساختمان، سازه را مقاوم و از نشست، سقوط و لغزش آن جلوگیری می‌کنند و بسته به عمق خاک، مصالح مصرفی دسته‌بندی می‌شوند و انتخاب نوع پی و فونداسیون تابع عواملی مثل جنس خاک، شرایط اقتصادی، سطح آب‌های زیرزمینی، نوع سازه و... است.