در هر پروژه ساختمانی، اولین و مهم‌ترین مرحله فونداسیون یا پی ساختمان است. هرچقدر هم که یک سازه طراحی مدرن و مصالح باکیفیت داشته باشد، بدون یک پی مناسب، دوام چندانی نخواهد داشت. فونداسیون مثل ریشه‌های یک درخت است؛ بخش پنهانی که وظیفه دارد وزن کل ساختمان را به زمین منتقل کند و آن را در برابر نشست، لرزش یا جا به جایی مقاوم نگه دارد.
در این مقاله به بررسی فونداسیون، اهمیت آن و انواع مختلف فونداسیون می‌پردازیم. همچنین، مراحل اجرای آن و همچنین روش‌های محاسبه سرانگشتی میلگرد فونداسیون تا درک بهتری از هزینه‌ها و نیاز پروژه داشته باشید.
فونداسیون چیست؟
برای اینکه یک ساختمان روی زمین به‌درستی قرار بگیرد و سال‌ها بدون مشکل باقی بماند، اولین و مهم‌ترین بخش، فونداسیون یا پی آن است. فونداسیون پایه‌ای است که تمام وزن ساختمان ستون‌ها، دیوارها، تجهیزات و حتی ساکنان روی آن سوار می‌شود و در نهایت این بار به زمین منتقل می‌گردد.
در مراحل ساختمان سازی از صفر تا صد، اگر فونداسیون به‌درستی طراحی و اجرا نشود، ممکن است سازه با نشست ناهمگون، ترک در دیوارها یا حتی تخریب مواجه شود. به همین دلیل، مهندسان عمران همیشه اجرای صحیح فونداسیون را یکی از مهم‌ترین بخش‌های پروژه می‌دانند.
اهمیت فونداسیون ساختمان
اهمیت فونداسیون در پایداری و دوام هر بنا غیرقابل انکار است. این بخش پنهان، عملکردهای کلیدی زیر را انجام می‌دهد:
- انتقال و توزیع یکنواخت بار: ساختمان‌ها وزن قابل توجهی دارند که شامل وزن مصالح، تجهیزات، ساکنین و همچنین بارهای محیطی مانند باد، برف و زلزله می‌شود. فونداسیون این وزن عظیم را دریافت کرده و آن را به صورت گسترده و یکنواخت به سطح وسیع‌تری از خاک زیرین منتقل می‌کند. این فرآیند از تمرکز تنش در یک نقطه جلوگیری کرده و مانع از نشست یا ترک خوردن فونداسیون و در نهایت سازه می‌شود.
- پایداری در برابر نیروهای جانبی: فونداسیون به ساختمان در برابر نیروهای جانبی مانند باد شدید و تکانه‌های زلزله پایداری می‌بخشد. با مهار کردن سازه در زمین، از حرکت، جابجایی و در نهایت واژگونی آن جلوگیری می‌کند.
- جلوگیری از نشست نامتقارن: بدون فونداسیون مناسب، بخش‌های مختلف ساختمان ممکن است به صورت نامتقارن و با سرعت‌های متفاوت در خاک فرو بروند. این نشست نامتقارن می‌تواند منجر به ترک‌خوردگی‌های جدی در دیوارها، کف‌ها و سقف شده و یکپارچگی سازه را به خطر اندازد. فونداسیون با توزیع صحیح بار، این مشکل را برطرف می‌کند.
- محافظت در برابر حرکت خاک و عوامل محیطی: در برخی مناطق، خاک به دلیل تغییرات رطوبت، یخ زدگی، ذوب یا فرسایش، مستعد حرکت است. فونداسیون به عنوان یک سد محافظ عمل کرده و سازه را در برابر این حرکات ناخواسته زمین محافظت می‌کند.
انواع پی ساختمان
انتخاب نوع فونداسیون توسط مهندسین سازه و ژئوتکنیک و پس از بررسی دقیق عواملی چون نوع خاک، میزان بار وارده از سازه، شرایط آب و هوایی منطقه و مسائل اقتصادی انجام می‌شود. فونداسیون‌ها به دو دسته اصلی تقسیم می‌شوند: شالوده یا فونداسیون سطحی، فونداسیون عمیق.
به طور کلی‌تر، انواع پی در دسته‌های زیر قرار می‌گیرند:
- فونداسیون سطحی
- فونداسیون عمیق
- فونداسیون یا پی نیمه عمیق
- پی‌های ویژه مانند مهارها، پی صندوقه‌ای، ستون‌های شنی و مهارها
- پی منفرد (نقطه‌ای) که به صورت مجزا و مستقل بار را از ستون به زمین وارد می‌کند.
۱. فونداسیون سطحی
این فونداسیون‌ها در عمق کمی از سطح زمین اجرا می‌شوند و برای ساختمان‌های سبک‌تر یا در خاک‌هایی با ظرفیت باربری مناسب مورد استفاده قرار می‌گیرند. در این نوع، عمق فونداسیون معمولا کمتر از عرض آن است. در ادامه، پرکاربردترین انواع فونداسیون سطحی را معرفی می کنیم.
فونداسیون نواری
این فونداسیون برای تحمل بار یک دیوار باربر یا چندین ستون که در یک ردیف قرار گرفته‌اند، به کار می‌رود. مقطع آن می‌تواند مربع، مستطیل، ذوزنقه یا پاشنه دار باشد و اغلب در زمین‌هایی که احتمال رانش وجود دارد، استفاده می‌شود.
فونداسیون منفرد
این نوع فونداسیون بار یک یا دو ستون با فاصله نزدیک را به زمین منتقل می‌کند. اشکال متنوعی از جمله مربع، مستطیل، دایره یا حتی نامنظم دارد و بیشتر در ساختمان‌های با تعداد طبقات کم و بار کم استفاده می‌شود.
فونداسیون منفرد با شناژ
در این مدل، فونداسیون‌های منفرد با کمک تیرهای بتن مسلح (شناژ) به یکدیگر وصل می‌شوند. به این نوع فونداسیون، فونداسیون کلاف شده نیز گفته می‌شود و برای مناطق زلزله‌خیز بسیار مناسب است، زیرا شناژها مانع از حرکت و تغییر فاصله پی‌ها می‌شوند.
فونداسیون مرکب
زمانی که دو یا چند فونداسیون منفرد به هم نزدیک باشند، سطح آن‌ها هم‌پوشانی داشته باشد، یا یکی از فونداسیون‌ها در کنار زمین هم‌جوار قرار گیرد، از فونداسیون مرکب برای اتصال آن‌ها استفاده می‌شود.
فونداسیون گسترده
در مواردی که بار ساختمان بسیار بالا باشد یا ظرفیت باربری خاک کم باشد، از این نوع فونداسیون استفاده می‌شود. در این پی، تمام سطح زیرین ساختمان با یک دال بتنی یکپارچه پوشانده می‌شود که همه ستون‌ها و دیوارها روی آن قرار می‌گیرند.
فونداسیون رادیه
فونداسیون رادیه، نوعی فونداسیون سطحی است که به‌صورت یک دال بتنی مسلح، تمام زیرِ ساختمان را پوشش می‌دهد. در این نوع پی، بار تمام ستون‌ها و دیوارهای سازه به‌صورت یکنواخت به زمین منتقل می‌شود.
مهندسان از فونداسیون رادیه زمانی استفاده می‌کنند که خاک زیر سازه ضعیف باشد یا ساختمان نیاز به پایداری بیشتر در برابر نشست و زلزله داشته باشد. این پی برای پروژه‌های متوسط تا سنگین و در مناطق زلزله‌خیز بسیار کاربرد دارد.
۲. فونداسیون‌های عمیق
زمانی که خاک‌های سطحی توان کافی برای تحمل وزن سازه را نداشته باشند، از فونداسیون‌های عمیق استفاده می‌شود تا بار ساختمان به لایه‌های مقاوم‌تر و عمیق‌تر زمین منتقل شود. در این نوع فونداسیون‌ها، عمق اجرا معمولا بیشتر از عرض آن‌هاست.
پی‌های عمیق برخلاف پی‌های سطحی، بار سازه را نه از طریق سطح زیرین، بلکه با استفاده از اصطکاک میان جداره و خاک اطراف یا فشار نوک شمع به زمین منتقل می‌کنند. این تفاوت در شیوه انتقال بار، وجه اصلی تمایز میان پی سطحی و پی عمیق به شمار می‌رود.
فونداسیون پایه‌ای
این فونداسیون برای انتقال بارهای بزرگ که ظرفیتی بیش از فونداسیون سطحی نیاز دارند، به کار می‌رود. شامل یک ستون عمودی با سطح مقطعی بزرگ است و برای عمق لایه سخت خاک کمتر از ۵ متر مناسب است.
فونداسیون شمعی
در فونداسیون‌های شمعی، از شمع‌ها به‌عنوان عناصر عمودی استفاده می‌شود تا بار سازه را به لایه‌های عمیق و مقاوم زمین منتقل کنند. مهندسان بسته به نوع پروژه، شمع‌ها را به‌صورت تکی یا گروهی طراحی و اجرا می‌کنند. در حالت تکی، هر شمع بار یک ستون را به زمین منتقل می‌کند؛ اما در حالت گروهی، چند شمع با کمک صفحه‌ای به نام سرشمع بار چند ستون را به‌طور هم‌زمان تحمل می‌کنند.
برای طراحی فونداسیون شمعی، باید عواملی مانند ضخامت شالوده، نحوه اتصال شمع به سرشمع و مقاومت سیستم در برابر نیروهای کششی (مانند نیروهای ناشی از زلزله یا باد) بررسی کنید.
فونداسیون حفره‌ای
این نوع فونداسیون شبیه به شمع عمل می‌کند اما ظرفیت باربری آن به مراتب بیشتر است. توانایی تحمل بارها را از طریق مقاومت اصطکاکی بدنه، مقاومت انتهایی (پنجه) یا ترکیبی از هر دو دارد. این فونداسیون‌ها اغلب برای لایه‌های سخت خاک در عمق ۱۰ تا ۱۰۰ متر مناسب هستند.
انواع فونداسیون براساس مصالح مصرفی
فونداسیون‌ها را می‌توان براساس مصالح به کار رفته در ساخت آن‌ها نیز دسته بندی کرد:
- پی بتنی: رایج‌ترین نوع فونداسیون امروزی است که به دلیل مقاومت بالا و هزینه منطقی، بسیار کاربرد دارد.
- پی سنگی: در گذشته از سنگ‌های طبیعی در ساخت فونداسیون استفاده می‌شد، اما امروزه کاربرد کمتری دارد.
- پی آجری: معمولا در ساخت سازه‌های کوچک و سبک به کار می‌رود.
- پی چوبی: بیشتر در مناطق مرطوب و برای سازه‌های موقت یا سبک استفاده می‌شود.
- پی شفته آهک: روشی قدیمی که از مخلوط خاک، آب، شن و گرد آهک به دست می‌آمد و امروزه کمتر کاربرد دارد.
- پی فلزی: در مواردی که بارهای وارده به ستون بسیار زیاد باشد و نیاز به مقاومت بالا در فضای محدود باشد، از فونداسیون‌های فلزی استفاده می‌شود.
مراحل ساخت فونداسیون
اگرچه مراحل اجرای فونداسیون بسته به نوع آن متفاوت است، اما اصول کلی مشخصی دارد:
- انتخاب محل و بررسی خاک: ابتدا محل ساخت با توجه به ویژگی‌های سازه و شرایط زمین انتخاب و آزمایش‌های ژئوتکنیک برای شناسایی نوع خاک و ظرفیت باربری آن انجام می‌شود.
- انتخاب نوع فونداسیون: براساس اطلاعات حاصل از بررسی خاک و ویژگی‌های سازه، مهندسین نوع مناسب فونداسیون (سطحی یا عمیق) را تعیین می‌کنند.
- مرزبندی محدوده فونداسیون: محدوده دقیق فونداسیون بر اساس نقشه‌ها اندازه گیری و مرزبندی می‌شود.
- گودبرداری و اجرای سازه نگهبان: در این مرحله، محدوده فونداسیون با توجه به عمق مورد نیاز گودبرداری می‌شود. در صورت نیاز به عمق زیاد، سازه نگهبان برای جلوگیری از ریزش خاک اطراف اجرا می‌گردد.
- اجرای فونداسیون: پس از آماده سازی‌های اولیه، عملیات اصلی ساخت فونداسیون آغاز می‌شود که شامل آرماتوربندی، بتن ریزی و عمل آوری بتن است.
- نگهداری و تکمیل: پس از اتمام بتن‌ریزی، اقدامات لازم برای عمل آوری صحیح بتن و محافظت از فونداسیون در برابر عوامل محیطی انجام می‌شود. در صورت نیاز، فضاهای خالی اطراف فونداسیون با مواد مناسب پر می‌شوند.
- ساخت دیوار نگهدارنده (در صورت نیاز): قبل از شروع ساخت بخش‌های بالایی سازه، ممکن است دیوارهای نگهدارنده روی فونداسیون احداث شوند، به خصوص در فونداسیون‌های بتنی.
عوامل تاثیرگذار در انتخاب فونداسیون
انتخاب نوع فونداسیون یا پی ساختمان با درنظرگرفتن شرایط زمین، نوع سازه و الزامات اجرایی انجام می‌شود. هر سازه‌ای، براساس شرایط خاص خود، به نوع مشخصی از پی نیاز دارد تا پایداری و ایمنی آن تضمین شود. در ادامه، مهم‌ترین عوامل موثر در انتخاب فونداسیون ساختمان را بررسی می‌کنیم.
۱. میزان بار واردشده از طرف سازه
بارهای وارده از طرف سازه، نقش تعیین‌کننده‌ای در انتخاب فونداسیون دارند. ساختمان‌هایی که بار کمتری به زمین منتقل می‌کنند (مانند سازه‌های کوتاه یا سبک)، معمولاً از فونداسیون‌های سطحی استفاده می‌کنند. در مقابل، برای سازه‌های مرتفع یا سنگین، پی‌های عمیق مانند شمع یا رادیه مناسب‌تر هستند. نوع مصالح به‌کاررفته در ساختمان، مانند بتن، آجر یا سنگ، و همچنین شرایطی مانند محل ساخت و لرزه‌خیزی منطقه، بر مقدار بار اعمالی تأثیر می‌گذارند.
۲. ظرفیت باربری زمین
یکی دیگر از عوامل موثر در انتخاب فونداسیون، ظرفیت باربری زمین است؛ یعنی توانایی زمین در تحمل وزن سازه بدون نشست یا آسیب‌پذیری. ظرفیت باربری به جنس خاک یا سنگ زیر سازه، تراکم آن و میزان رطوبت بستگی دارد. برای مثال، در پی‌های سطحی برای ساختمان‌های ۴ یا ۵ طبقه، ظرفیت باربری زمین باید حداقل ۰.۱ مگاپاسکال باشد. در صورتی که زمین تحمل بارهای بالا را نداشته باشد، باید از فونداسیون‌های عمیق استفاده شود.
۳. نوع خاک یا سنگ موجود در محل پروژه
جنس و لایه‌بندی خاک یا سنگ در محل احداث ساختمان، در تصمیم‌گیری برای نوع پی تأثیر زیادی دارد. خاک‌های سطحی تا عمق سه متر را باید با دقت بررسی کرد، چرا که لایه‌های زیرسطحی نقش اصلی را در نگهداری از فونداسیون ایفا می‌کنند. زمین‌هایی با سنگ‌های مقاومی مانند آهک، ماسه‌سنگ یا سنگ بستر، ظرفیت باربری بالاتری دارند و گزینه مناسبی برای اجرای سازه‌های بزرگ تجاری یا مسکونی به شمار می‌روند.
۴. شرایط اجرایی و اقلیمی
یکی دیگر از نکات مهم در انتخاب فونداسیون، بررسی شرایط اجرایی و اقلیم منطقه است. گاهی پروژه در مناطقی با رطوبت بالا، بارندگی زیاد یا خاک سست اجرا می‌شود که اجرای پی را با چالش مواجه می‌کند. همچنین شرایط خاصی مانند خطر زلزله، یخبندان یا طوفان باید در انتخاب نوع پی لحاظ شوند. انتخاب فونداسیونی که اجرای آن در شرایط موجود ساده‌تر و ایمن‌تر باشد، از بروز مشکلات بعدی جلوگیری می‌کند.
سخن پایانی
فونداسیون یا پی، پایه‌ای‌ترین بخش هر ساختمان است و کیفیت اجرای آن به صورت مستقیم بر دوام و ایمنی سازه اثر می‌گذارد. انتخاب نوع پی، به شرایط زمین، بار سازه و نوع پروژه بستگی دارد و برای اجرای دقیق آن، شناخت مصالح مورد استفاده از جمله میلگرد اهمیت زیادی دارد.
میلگرد یکی از مهم‌ترین مصالح مصرفی در اجرای فونداسیون به شمار می‌آید. به همین دلیل، اطلاع از قیمت روز میلگرد و برآورد هزینه آن، نقش مهمی در محاسبه قیمت تمام‌شده مصالح پروژه دارد. برای دریافت مشاوره تخصصی و راهنمایی بیشتر، می‌توانید به وبسایت کیلوتن مراجعه کرده یا با شماره ۰۳۱۳۲۰۲ با کارشناسان ما در تماس باشید.
