فونداسیون، پِی یا شالوده، اساسیترین و پایینترین بخش هر سازه ساختمانی است که وظیفهی حیاتی اتصال ساختمان به زمین را بر عهده دارد. این بخش، تمام بارهای وارده از ساختمان (شامل وزن سازه، بارهای زنده و نیروهای محیطی مانند زلزله و باد) را دریافت کرده و به شکلی ایمن و یکنواخت به خاک زیرین منتقل میکند.
کیفیت و طراحی صحیح فونداسیون، تضمینکنندهی پایداری، دوام و ایمنی کل ساختمان در طول عمر آن است. اجرای اصولی فونداسیون از نشستهای نامتقارن، ترکخوردگی و ناپایداریهای سازهای جلوگیری میکند و باید بر اساس محاسبات دقیق مهندسی و شناخت کامل از نوع خاک و بارهای وارده انجام شود.
وظیفه اصلی فونداسیون در ساختمان
همانطور که اشاره شد، کار اصلی فونداسیون، انتقال ایمن بارها به زمین است. اما این وظیفهی اصلی به چند بخش کلیدی تقسیم میشود که درک آنها اهمیت این بخش از سازه را روشنتر میکند:
1. توزیع بار
ساختمان بار خود را به صورت متمرکز (از طریق ستونها) یا خطی (از طریق دیوارها) به فونداسیون وارد میکند. خاک، به ویژه در لایههای سطحی، توانایی تحمل این بارهای متمرکز را ندارد. فونداسیون با داشتن سطح مقطع بسیار بزرگتر از ستون یا دیوار، این بار متمرکز را میگیرد و آن را در سطح وسیعتری از خاک پخش میکند. این کار باعث کاهش فشار (تنِش) وارده بر خاک شده و از فرو رفتن سازه در زمین جلوگیری میکند.
2. جلوگیری از نشست نامتقارن (Differential Settlement)
نشست ساختمان تا حدی طبیعی است، اما مشکل زمانی آغاز میشود که بخشهای مختلف ساختمان به یک اندازه نشست نکنند. این «نشست نامتقارن» منجر به ایجاد ترکهای شدید، کج شدن سازه و آسیب جدی به عناصر سازهای و غیرسازهای میشود. یک فونداسیون یکپارچه و مهندسیشده، کل سازه را وادار میکند تا حد امکان به صورت یکنواخت نشست کند.
3. تامین پایداری جانبی
فونداسیون نهتنها بارهای عمودی (وزن) را تحمل میکند، بلکه باید در برابر نیروهای جانبی ناشی از باد، زلزله و فشار خاک نیز مقاومت کند. این بخش سازه، ساختمان را مانند یک لنگر در زمین مهار کرده و از واژگونی یا لغزش آن جلوگیری مینماید.
4. حفاظت از سازه
فونداسیون با قرار گرفتن در عمق مناسب خاک، سازه را از اثرات مخرب یخزدگی خاک (که میتواند باعث بالا آمدن پی شود) و همچنین رطوبتو آبهای سطحی دور نگه میدارد.
انواع فونداسیون ساختمان
انتخاب نوع فونداسیون به عوامل متعددی بستگی دارد، از جمله:
- ظرفیت باربری خاک: مهمترین عامل؛ خاک چقدر قوی است؟
- میزان بار سازه: ساختمان چند طبقه است؟ اسکلت آن بتنی است یا فولادی؟
- شرایط محیطی: مانند سطح آب زیرزمینی، آب و هوا و لرزهخیز بودن منطقه.
- ملاحظات اقتصادی: هزینه اجرای هر نوع فونداسیون.
به طور کلی، فونداسیونها به دو دستهی اصلی سطحی و عمیق تقسیم میشوند.
1. فونداسیونهای سطحی (Shallow Foundations)
این فونداسیونها بار ساختمان را به لایههای نزدیک سطح زمین منتقل میکنند و عمق حفاری آنها معمولاً کم است.
- پی منفرد (Isolated Footing): رایجترین نوع، برای تحمل بار یک ستون به صورت مجزا.
- پی نواری (Strip Footing): نوارهای ممتد بتنی در زیر دیوارهای باربر یا ردیفی از ستونها.
- پی گسترده (Mat or Raft Foundation): یک دال بتنی یکپارچه که کل زیربنا را میپوشاند، برای خاکهای ضعیف یا بارهای بسیار سنگین (مانند برجها).
- پی مرکب (Combined Footing): پی یکپارچه برای دو ستون نزدیک به هم.
2. فونداسیونهای عمیق (Deep Foundations)
زمانی که خاک سطحی مقاومت کافی ندارد، بار به لایههای عمیقتر و مستحکمتر منتقل میشود.
- شمع (Piles): ستونهای باریک (بتنی، فولادی) که به اعماق زمین کوبیده یا حفاری میشوند و بار را از طریق نوک یا اصطکاک جداره منتقل میکنند.
- کیسون (Caissons) و پایههای حفاری (Drilled Piers): پایههای بتنی بزرگتر از شمع که به صورت درجا حفاری و بتنریزی میشوند و ظرفیت باربری بالایی دارند.
تقسیم بندی فونداسیون
علاوه بر تقسیمبندی اصلی بر اساس عمق (سطحی و عمیق)، فونداسیونها را میتوان بر اساس معیارهای دیگری نیز دستهبندی کرد:
انواع فونداسیون بر اساس مصالح ساخت
فونداسیون بتنی (Concrete)
امروزه تقریباً تمام فونداسیونهای مهندسی از بتن مسلح (ترکیب بتن و میلگرد فولادی) ساخته میشوند. بتن به تنهایی مقاومت فشاری عالی دارد و فولاد (میلگرد) مقاومت کششی مورد نیاز را تامین میکند. در گذشته از بتن غیر مسلح (بدون میلگرد) نیز برای سازههای بسیار سبک استفاده میشد.
فونداسیون سنگی (Stone)
در گذشتههای دور یا در برخی مناطق روستایی برای ساختمانهای یک طبقه، از سنگهای طبیعی و ملات برای ساخت فونداسیون استفاده میشد.
فونداسیون آجری (Brick)
این نوع نیز منسوخ شده و تنها در سازههای بسیار قدیمی و سبک دیده میشود و تحمل باربری بسیار پایینی دارد.
فونداسیون شفته آهک
یک روش سنتی ایرانی که از مخلوط آهک، خاک، آب و گاهی شن استفاده میشد و برای ساختمانهای کماهمیت و سبک کاربرد داشت.
انواع فونداسیون بر اساس نحوه اجرا
- درجا (In-situ): فونداسیون در محل پروژه قالببندی و بتنریزی میشود (مانند اکثر فونداسیونهای سطحی).
- پیشساخته (Precast): قطعات فونداسیون (مانند برخی شمعها) در کارخانه ساخته شده و سپس به محل پروژه منتقل و نصب میشوند.
مراحل اجرای فونداسیون
اجرای فونداسیون یک فرآیند چند مرحلهای دقیق است که نیازمند نظارت مهندسی مستمر میباشد.
- آزمایش خاک و تهیه نقشه: بررسی مقاومت خاک توسط متخصصان ژئوتکنیک و طراحی نقشههای اجرایی توسط مهندس محاسب.
- پیکنی و گودبرداری: مشخص کردن محل و انجام عملیات خاکی تا رسیدن به عمق و بستر مقاوم مورد نظر.
- اجرای بتن مِگر: ریختن یک لایه بتن کمعیار (بتن نظافت) روی کف گود برای ایجاد سطح تراز و جلوگیری از تماس مستقیم بتن اصلی با خاک.
- آرماتوربندی: بافتن دقیق میلگردهای فولادی طبق نقشه برای ایجاد قفس مقاوم در برابر نیروهای کششی. استفاده از اسپیسر برای حفظ پوشش بتنی الزامی است.
- قالببندی: نصب قالبهای محکم (چوبی، فلزی یا آجری) برای شکلدهی به بتن فونداسیون.
- بتنریزی: ریختن بتن در داخل قالبها و متراکمسازی همزمان با ویبراتور برای خروج هوا و افزایش استحکام.
- عملآوری: مرطوب نگه داشتن سطح بتن (Curing) برای چند روز تا بتن به مقاومت نهایی خود دست یابد و از ترکخوردگی جلوگیری شود.
مهم ترین نکات اجرایی فونداسیون
اجرای صحیح فونداسیون تفاوت بین یک سازه ایمن و یک سازه ناپایدار را رقم میزند. در ادامه به کلیدیترین نکاتی که باید در حین اجرا رعایت شوند، اشاره میکنیم:
- انطباق کامل با نقشهها: هرگونه تغییر در ابعاد فونداسیون، تعداد یا سایز میلگردها باید صرفاً با تایید کتبی مهندس محاسب انجام شود.
- کیفیت مصالح: استفاده از بتن با عیار (مقاومت) مشخص شده در نقشه و میلگردهای استاندارد و عاری از زنگزدگی شدید، حیاتی است.
- رعایت کاور بتن (Concrete Cover): پوشش بتنی، فاصلهی بین میلگرد تا سطح خارجی بتن است. این فاصله که توسط اسپیسرها تنظیم میشود، از میلگردها در برابر رطوبت و خوردگی محافظت میکند.
- عدم بتنریزی در هوای نامناسب: بتنریزی در دمای بسیار سرد (زیر ۵ درجه سانتیگراد) یا بسیار گرم و خشک، نیازمند تمهیدات ویژهای است و در صورت امکان باید از آن اجتناب شود.
- یکپارچگی بتنریزی: عملیات بتنریزی باید تا حد امکان پیوسته و بدون وقفه انجام شود تا از ایجاد «درز سرد» (محل اتصال بتن قدیم و جدید که نقطه ضعف سازهای است) جلوگیری گردد.
- استفاده از شناژ (Tie-Beam): در فونداسیونهای منفرد، برای اتصال پیها به یکدیگر و یکپارچهسازی عملکرد آنها (بهویژه در برابر زلزله)، از کلافهای بتنی رابط به نام شناژ استفاده میشود که اجرای صحیح آنها ضروری است.
- توجه به آبهای زیرزمینی: اگر سطح آب زیرزمینی بالا باشد، باید قبل از اجرا، آب از محل گودبرداری تخلیه (زهکشی) شود تا بتنریزی در محیطی خشک انجام گیرد.
خلاصه
فونداسیون یا شالوده، حیاتیترین بخش سازه برای انتقال ایمن بارها به زمین و جلوگیری از نشستهای مخرب است. این عنصر سازهای بر اساس نوع خاک و بار ساختمان به دو دسته اصلی سطحی (مانند پی نواری و گسترده) و عمیق (مانند شمع) تقسیمبندی میشود.
اجرای دقیق فونداسیون، از گودبرداری تا آرماتوربندی و بتنریزی، مستقیماً بر پایداری و عمر ساختمان تأثیر میگذارد. برای دریافت مشاوره و اجرای مهندسی انواع فونداسیون در پروژههای خود، میتوانید با کارشناسان ما در گروه رویش در تماس باشید.
