فونداسیون یا پی ساختمان چیست

در حیطه مهندسی معماری و عمران ، برای ساخت یک ساختمان باید یک سری مراحلی طی شود. هرچیزی قبل از اینکه ساخته و اجرا شود، باید اول نقشه های آنها طراحی شود. نقشه ها دودسته هستند:

1. نقشه های فاز یک
2. نقشه های فاز دو

نقشه های فاز یک شامل (( پلان طبقات، نماها، برش ها)) می باشد و نقشه های فاز دو شامل (( پلان فونداسیون، آکسبندی، تیرریزی و دیتیل ها)) می باشد.
بعد از آماده شدن نقشه های فاز یک و فاز دو، نوبت به اجرای ساختمان میرسد که یک فرایندی دارد و اولین مرحله اجرای ساختمان، اجرای فونداسیون یا پی ساختمان است. زیرا ساختمان نیاز به زیر سازی دارد و پی پایین ترین سطح از عضو ساختمان است و نقش آن این است که بار های وارده بر ساختمان را به زمین منتقل کند تا ساختمان از نظر مقاومت و اصطحکام به پایداری برسد.

بار های وارده به ساختمان سه نوع هستند:
1. بار زنده ((بار های ناشی از وزن سازه)) مثل سقف ها و دیوار ها.
2. بار های مرده ((بار های ناشی از اجزای متحرک)) مثل مبلمان خانه.
3. بار های جانبی مانند عوامل جوی و طبیعی مانند باد، زلزه، بارانو …

به پی یا فونداسیون شالوده نیز میگویند. پی اجزایی دارد و به انواع مختلف بسته به نوع پروژه و نوع ساازه انتخاب می شود که چه نوع شالوده ایی اجرا شود.همینطور مراحل ساخت و اجرای آن و عوامل موثر بر آن را در ادامه راجع بهشان صحبت میکنیم.

به طور کلی وظیفه شالوده (( پی )) آن است که وزن ساختمان را به گونه ایی به زمین وارد کند که:

1. ساختمان بیش از حد نشست نکند.
2. مقدار نشست در نقاط مختلف ساختمان به یک اندازه باشد.
3. بر اثر بار وارده از ساختمان به خاک زیر آن شکست ایجاد نشود.
4. از واژگونی ساختمان در برابر نیروهای جانبی جلوگیری کند.

مطلب پیشنهادی : لوله PVC خم سرد

فونداسیون چیست

قسمتی از سازه ساختمان که غالبا پایین تر از سطح زمین قرار میگیرد و نیرو های وارده را به خاک یا بستر سنگی (( پی )) انتقال می دهد فونداسیون یا شالوده نامیده می شود. ابعاد شالوده ایی که بار ستون را تحمل میکند شامل سه عامل (( مقدار بار وارده )) و (( مقاومت بستر خاک )) و (( جنس مصالح تشکیل دهنده آن )) می باشد. ابعاد شالوده با مقدار با وارده نسبت مستقیم و با مقاومت خاک بستر آن نسبت معکوس دارد. یعنی هرچقدر بار وارده بیشتر باشد ابعاد پی نیز بزرگ تر خواهد بود و هرچه مقاومت خاک بستر زیر آن بیشتر باشد ابعاد پی کوچک تر انتخاب می شود.

تقسیم بندی انواع فونداسیون

به طور کلی فونداسیون ها به دو دسته تقسیم بندی می شوند:

1. پی های سطحی
2. پی های عمیق
3. پی های نیمه عمیق یا چاهی
4. پی های ویژه مانند مهار ها، پی صندوقه ای، ستون های شنی.

پی های سطحی

پی هایی هستند که در عمق گم و نزدیک سطح زمین اجرا می شوندو بار های سازه را به زمین وارد می کنند و جنس آنها می تواند از سنگ، بتن یا بتن مگر آرمه باشد.
پی های سطحی از لحاظ شکل به انواع زیر تقسیم می شوند:

1. پی نواری
2. پی منفرد یا به اصطلاح بالشتکی
3. پی باسکولی یا پاشنه اردکی
4. پی مرکب
5. پی گسترده

پی نواری

این پی ها از نوار پیوسته بتنی تشکیل می گردد که برای گستردن با یکنواخت دیوار های آجر بنایی یا بتنی و هکچین چند ستون که در یک ردیف قرار دارند.

پی منفرد (( بالشتکی ))

پی منفرد به پی هایی گفته می شود که به صورت تکی و مستقل بار وارد شده بر ساختمان را از یک ستون یا یک دیوار را تحمل کرده و به زمین منتقل می کند. چون غالبا ساختمان ها تحت نیرویی جانبی قرار دارند. لازم به ذکر است تا برای مقابله با حرکت های نسبی پی های منفرد در جهت افقی، آنها توسط کلاف های بتن مسلح به نام شناژ به یکدیگر منصل می شوند. لازم به ذکر است که شناژ ها به هیچ وجه در باربری پی کمکی نمی کنند و در اصل مسئولیت شناژ ها به هم بستن فونداسیون و یک جور کار دوخت و دوز شالوده را انجام می دهد.

پی باسکولی یا پاشنه اردکی

هرگاه فونداسیون ساختمان از یک یا دو طرف به ساختمان دیگری محدود گردد پی آن قسمت از ساختمان که در مجاورت همسایه قرار دارد از پی باسکولی استفاده می گردد.

پی مرکب

پی هایی هستند که بار دو ستون را تحمل می کنند.در مواردی که ستون ها طوری به هم نزدیک هستند که پی های منفرد عمالاً در یک دیگر تداخل می کنند و یا در مواردی که یکی از ستون ها در لبه حریم زمین قرار گرفته باشد از پی دو ستونه استفاده می گردد.

پی گسترده

پی های گسترده از یک لایه بتن مسلح در زیر تمام ساختمان تشکیل می گردند.پی های گسترده برای ساختمان هایی مورد استفاده قرار می گیرند که بر روی زمین های قابل تراکمی همچون خاک رس بسیار نرم، رسوبات آبرفتی و مواد خاکریز قابل تراکم بنا می شوند.
پی های گسترده به سه دسته تقسیم شده:دال یکپارچه، پی تیر و دالی و پی محفظه ای.

پی های عمیق

چنانچه خاک در سطح زمین یا در عمق کم مقاومت کافی نداشته باشد لازم است نیروهای وارده را با استفاده از شالوده عمیق به لایه های مقاوم پایین تر منتقل کرد. آن دسته از شالوده هایی را که نسبت ارتفاع آن ها به کوچکترین بعد افقی شان بیش از 6 باشد و ژرفای آن از 3 متر بیشتر باشد گویند. پی های عمیق عموما به واسطه یک سازه میانجی با نام سر شمعی بارهای سازه را می گیرند و منتقل می کنند. پی های عمیق بایستی با فاصله حدودا 7.5 تا 15 متر در هر دو جهت اصلی ساختمان گمانه زنی شود. به ازای هر طبقه از ارتفاع ساختمان باید عمق گمانه 3 متر را در نظر گرفت. خاک به غیر از رس و لای : عمق گمانه 6 تا 9 متر پایین تر از پی.

پی های نیمه عمیق

پی های نیمه عمیق حدفاصل شالوده ها و پی های شمعی هستند. برای اجرای پی های نیمه عمیق یک چاه در زمین حفر می گردد و سپس درون آن را با مصالح پر می کنند. معمولاً از اصتحکاک جدار چاه و پی نیمه عمیق صرف نظر می شود لذا نحوه محاسبه این پی ها شبیه محاسبه شالوده های سطحی است.البته اگر اصطحکاک جانبی جدار چاه و پی نیمه عمیق را در نظر بگیریم محاسبه آن مشابه شمع ها خواهد شد.

پی های ویژه

فونداسیون هایی از قبیل صندوقه ای، مهاری، ستون های شنی و بهسازی خاک در عمق، در این پی ها برای انتقال بار از سازه به زمین بیش از فشار، کشش و یا اصطکاک بهره گیری می شود.

یه نکته ایی که میخواهم آن اشاره کنم این هست که، در پروژه های ساختمانی اجرای فونداسیون ها تقریبا یکسان و مشابه می باشد. ابتدا باید نقشه فونداسیون را بر روی زمین پیاده کرد که برای پیاده کردن دقیق آن بایستی جزئیات لازم در نقشه مشخص شده باشد. معمولا محورهای یک امتداد با اعداد 1، 2، 3 و … شماره گذاری می شوند و محورهای امتداد دیگر با حروف A، B، C و … مشخص می گردند. همچنین فونداسیون هایی که وضعیت مشابهی از نظر ابعاد و مقدار بار وارده دارند را با علامت یکسان نشان داده و یا اصطلاحا آن ها را تیپ بندی می کنند.

مراحل اجرای فونداسیون

1. گود برداری یا پی کنی
2. بتن مگر (( بتن پاکیزگی))
3. آرماتور بندی
4. قالب بندی
5. بتن ریزی

گود برداری یا پی کنی

در اولین مرحله باید زمین زیر سازه آزمایش و بررسی شود تا ببینیم آیا خاک مقاومت کافی برای نگهداشتن سازه را دارد یا خیر. ممکن است لایه‌های خاک‌های رویی به قدری سست باشد که نیاز به شمع داشته باشیم. بنابراین اول باید لایه‌های خاک زیر سازه را بشناسیم. پس از آزمایش‌های لازم می‌فهمیم که خاک زیر سازه از چه نوعی است و اقدامات لازم برای آن نوع خاک را انجام می‌دهیم. همچنین طراحی پی براساس نوع خاک صورت خواهد گرفت. به طور کلی خاک زیر سازه می‌تواند یکی از انواع زیر باشد:

زمین های خاک دستی

زمین‌هایی که قبلا در محل گودال و مواردی شبیه این بوده است و خاک آن‌ها انسان پر کرده است، تفاوت بسیاری با خاک طبیعی دارد. خاک‌های دستی برای زیر ساختمان مناسب نیستند لذا باید برای رسیدن به یک لایه خاک مناسب، زمین را بیشتر حفر کنیم.

زمین‌های ماسه‌ای

خاک‌های ماسه ای که معمولا در سواحل و کناره‌های دریا یافت می‌شود، برای تحمل وزن ساختمان مناسب نیست. خاک ماسه ای خشک توان تحمل ساختمان تا یک طبقه را دارد اما ماسه ی آبدار به دلیل لغزندگی بالا، زیر پی را خالی می‌کند و ساختمان از بین می‌رود.

زمین‌های دجی

زمین دجی برای زیر ساختمان مناسب است و بافت آن به صورت شن‌های درشت و ریز و خاک به هم فشرده و در رنگ‌های مختلف است.

زمین‌های رسی

رس‌های بی آب و خشکی که سست نباشند، زمین مناسبی برای زیر ساختمان خواهد بود. اما رس‌های آبدار و مرطوب تحت وزن ساختمان تحکیم می‌یابند و دچار نشست می‌شوند؛ بنابراین خاک مناسبی برای زیر ساختمان نیستند به خصوص در مکان‌هایی که شیب‌دار باشد، زمین دچار ترک‌خوردگی از نواحی مختلف می‌شود و ممکن است که ساختمان فرو بریزد.

زمین‌های سنگی
زمین‌های سنگی که در دامنه کوه‌ها پیدا می‌شوند، زمین‌های مناسبی برای تحمل فشارهای ساختمان هستند.

زمین‌های مخلوط

این زمین‌ها از ترکیب سنگ درشت، شن و خاک رس تشکیل می‌شوند که اگر به اندازه کافی فشرده باشند، زمین مناسبی محسوب می‌شوند.
زمین‌های سست

زمین‌هایی مانند باتلاق‌های گلی یا جنگل‌ها که عمده ی خاک رویی خاک آلی است، برای ساخت ساختمان مناسب نیستند و باید حفر شوند تا به یک لایه زمین سفت و طبیعی برسد.
در آخر نیز باید توجه کرد که لایه‌ی شناسایی شده در زیر زمین باید به قدر کافی ضخیم باشد. ممکن است به یک بستر سنگی برسیم اما ضخامت آن کافی نباشد و لایه زیرین آن سست باشد؛ بنابراین ساختمان پس از مدتی دچار ترک‌خوردگی خواهد شد. برای اطمینان از ضخامت لایه‌ی شناسایی شده، گمانه زنی (سونداژ) را در نقاط مختلف زمین انجام می‌دهند. در ادامه نیز آزمایش بارگذاری صفحه یا چیزی شبیه به آن را برای زمین مورد نظر انجام می‌دهند. با توجه به اهمیت و بزرگی ساختمان، آزمایش‌های دقیق تری انجام خواهد شد.

اجرای بتن مگر یا تمیزکاری

پس از حفر زمین تا تراز مورد نظر، باید عملیات بتن‌ریزی مگر را انجام دهیم تا سطح زیر پی صاف، تمیز و تراز گردد. بتن مگر نوعی بتن کم‌ سیمان است که برای تمیز کاری و جلوگیری از مکیده شدن آب بتن فونداسیون توسط زمین، استفاده می‌شود. در این مرحله لایه نازکی (تقریبا ۱۰ سانتی متر) از بتن مگر را در محل می‌ریزیم. پس از اینکه به ارتفاع مورد نظر رسید، سطح آن را هموار می‌کنند و یک روز منتظر می‌مانند تا مقاوم شود. بر روی این لایه، عملیات آرماتور‌بندی و قالب‌بندی انجام میگیرد.

قالب‌بندی در پی‌سازی

برای قالب‌بندی فونداسیون می‌توان از انواع قالب‌های چوبی، فلزی و آجری استفاده کرد. برای اجرای قالب‌ها ابتدا باید پس از گودبرداری و ریختن بتن مگر، خطوط آکس بندی شده و محل قرارگیری قالب‌ها را بر روی زمین مشخص کرد.

مطلب پیشنهادی : لوله داربستی

نکات مهم در مورد قالب‌بندی پی

باید دقت کنید که حتماً قالب‌ها در محل خود محکم بسته شده باشند،‌ زیرا بتنی که ریخته می‌شود ارتفاع کمی ندارد، بنابراین به قالب‌ها فشار می‌آورد. از طرفی در هنگام انتخاب قالب‌ها باید به نقشه‌های اجرایی و ابعاد فونداسیون دقت کرد.
• قالب‌ها با توجه به امکانات در دسترس برای حمل و مواد موجود انتخاب می‌شوند.
• برای صرفه‌جویی در زمان و هزینه، ساخت قالب‌ها باید به نحوی باشد که به راحتی و به سرعت نصب و یا باز گردند.
• تمامی قالب‌ها باید به خوبی درزبندی شوند تا شیره‌ی بتن از بین نرود.
• در صورتی که از قالب‌های فلزی استفاده می‌شود، سطوح قالب‌ها باید روغن‌کاری شوند تا هنگام باز کردن آن‌ها، به مشکل نخوریم.
• دوام و استحکام قالب‌ها باید در حد مناسبی باشد تا در هنگام بتن‌ریزی دچار از هم گسیختگی و یا نشت شیره بتن نشوند.
• دقت کنید که فونداسیون به خوبی شاقول باشد.
قالب مورد استفاده در پی می‌تواند چوبی، فلزی و یا آجری باشد. که در مورد هرکدام توضیح کوتاهی می‌دهیم.

قالب چوبی

قالب‌های چوبی بیشتر در گذشته استفاده می‌شدند. این قالب‌ها نسبت به قالب‌های فلزی سبک وزن‌تر هستند اما مقاومت چندانی در برابر رطوبت ندارند.
قالب‌ها‌ی چوبی در ابعاد قابل انتقال ساخته می‌شوند و بتن‌ریزی در آن‌ها باید با دقت کافی انجام شود تا دچار آسیب دیدگی نشوند. امکان استفاده از این قالب‌ها حدودا بیش از ۱۰ بار وجود ندارد زیرا معمولا خراب می‌شوند.
این قالب دارای مزایای فراوانی است از جمله:
• سهولت در اجرا و اتصالات
• ضریب حرارتی پایین
• وزن سبک اشاره نمود.

قالب فلزی

امروزه استفاده از این قالب‌ها رایج‌تر است. قالب‌های فلزی نسبت به نوع چوبی و آجری استحکام بالاتری دارند و سطح شاقول آن‌ها بهتر است.. این قالب دارای مزایای فراوانی است از جمله:
• دوام و استحکام بسیار بالا
• سهولت اتصال
• سرعت بالای اجرا
• قابلیت استفاده مجدد
• بهره‌وری بالا
• سهولت در حمل
• قابلیت استفاده در هر نوع سیستم اجرایی

قالب آجری

این قالب‌ها، در محل استفاده باقی می‌مانند، اما برای جلوگیری از مکیده شدن آب بتن توسط آجر، داخل آجر‌های چیده شده را با یک لایه پلاستیک می‌پوشانند.
برای قالب‌بندی با آجر، حدود آکس‌های سازه و قالب باید توسط نقشه‌بردار مشخص شود. معمولا برای جلوگیری از خطای ابعاد، گوشه‌ آکس‌ها و قالب‌ها را میخ می‌کوبند و مرز قالب‌ها را با ریسمان مشخص می‌نمایند. پشت قالب‌های آجری را می‌توان با خاک پر کرد تا از جای خود جابجا نشوند.

آرماتور‌بندی در پی‌سازی

یکی از مهم‌ترین بخش‌های پی‌سازی، آرماتوربندی آن است. در بخش آرماتور‌بندی باید توجه ویژه‌ای به خرج داد زیرا بخشی از مقاومت پی توسط همین آرماتورها تامین می‌شود. باید دقت کرد که اجرای آرماتور‌ها طبق نقشه اجرایی انجام شود و نکات اجرایی به خوبی رعایت شود؛ برای مثال آرماتورها نباید هرگز آغشته به روغن و یا زنگ زده باشند.
در بخش آرماتور‌بندی، آرماتورهای طولی در دو ردیف بالا و پایین این و خاموت‌ها را داریم. آرماتورهای طولی بالا و پایین به وسیله‌ی خرک‌ها در فاصله مناسب از هم قرار می‌گیرند. خرک در واقع کاربرد سازی ندارد و فقط برای حفظ پایداری موقت آرماتورهای فوقانی مورد استفاده خواهد بود. عرض و نوع میلگرد خرک و فاصله‌ی آن از دیگری، براساس ابعاد فونداسیون و با توجه به وزن سفره‌ی میلگرد فوقانی، تعیین می‌شود.
در مورد کاور آماتور‌ها نیز با توجه به رطوبت و خورندگی منطقه، کاور تعیین می‌شود. برای رعایت این کاور از اسپیسر‌های بتنی یا پلاستیکی استفاده می‌شود.

بتن‌ریزی پی

خرین مرحله از ساخت یک پی بتنی، بتن‌ریزی یا پی‌ریزی است. با توجه به نوع طراحی و قالب‌بندی، این پی می‌تواند به شکل پلکانی، شیبدار و غیره ساخته شود. در این مرحله بتن داخل قالب‌ها ریخته می‌شود و با استفاده از ویبراتور بتن، آن را به خوبی می‌لرزانند تا حباب‌های هوا تخلیه شود. معمولا پس از یک روز بارگذاری بر روی پی انجام می‌گردد.
در برخی از موارد دیده شده است که سازنده داخل بتن فونداسیون نخاله و قلوه سنگ ریخته است تا بتن کمتری مصرف کند؛ این موارد معمولا پس از زلزله مشخص می‌شوند زیرا پی ساختمان مقاومت کافی برای انتقال بار را ندارد و ساختمان از بین می‌رود. بنابراین ناظران همواره باید به این گونه تخلفات نظارت داشته باشند.
در جمع‌بندی نهایی باید گفت که پی ساختمان اولین و مهمترین قسمتی از سازه‌ی ساختمان است که بنا می‌شود و تمامی بار‌ها و فشارهای ساختمان از این طریق به زمین منتقل می‌شود؛ لذا در اجرای آن باید تمامی نکات و استانداردها را در نظر گرفت.