فونداسیون ساختمان چیست؟
پی به مجموعه بخش هایی از سازه و خاک در تماس با آن که وظیفه انتقال بار از ساختمان به زمین را دارد گفته می شود. در ادامه به بررسی پی و انواع آن و نحوه اجرا از جمله میلگرد گذاری فونداسیون خواهیم پرداخت. به طور کلی وظیفه یک شالوده (پی) آن است که وزن ساختمان را به گونه ای به زمین انتقال دهد که:
- ساختمان بیش از حد نشست نکند
- مقادیر نشست در نقاط مختلف ساختمان متفاوت نباشد
- بر اثر بار وارد شده از سمت ساختمان در خاک زیر ساختمان شکست ایجاد نشود
- از واژگونی ساختمان در برابر نیروهای جانبی جلوگیری نماید.
اصول پایدار ساختمانی بر اساس پی سازه
- پایداری در برابر واژگونی
- پایداری در برابر نشست
- پایداری در برابر لغزش
- پایداری در برابر روانگرایی
اصول طراحی پی ساختمان
در محلی که سطح آب های زیر زمینی بالا باشد از ساخت زیر زمین بایستی اجتناب کرد. در مناطقی که خاک رس منبسط شونده وجود دارد، روش های خاص برای خاک ریزی لازم است. در مناطقی که لایه های خاک زیر ساختمان بسیار ضعیف است، بهتر است از ساختمان بتنی (به علت سنگینی) استفاده نکرد. در مناطقی که خاک آلی زیادی داشته باشد باید پی را پایین تر از این لایه ها اجرا کرد.
روانگرایی یا آبگویی: برای وقوع این پدیده سه شرط لازم است:
- لایه ای از ماسه یا لای
- بالا بودن سطح آب های زیر زمینی
- منبع ارتعاش (زمین لرزه)
- راهکارهای مقابله با روانگرایی
- اجرای شمع
- بهسازی خاک
انواع پی های ساختمانی
- پی های سطحی یا شالوده ها
- پی های عمیق یا شمع ها
- پی های نیمه عمیق مانند پی های چاهی
- پی های ویژه مانند مهارها، پی صندوقه ای (کیسون ها)، ستون های شنی و مهارها
- پی منفرد (نقطه ای) : که به صورت مجزا و مستقل بار را از ستون به زمین وارد می کند.
انواع پی ازنظر مصالح تشکیل دهنده
- پی بتنی
- پی فولادی: وزن بسیار زیاد ساختمان علت استفاده از این نوع پی می باشد.
- پی سنگی: ملات مصرفی ملات آبی می باشد و حداقل ضخامت آن 4 سانتی متر می باشد.
- پی شفته آهک
نحوه اجرای میلگرد گذاری فونداسیون
بتن در برابر نیروهای کششی و برشی، ضعف دارد لذا با میلگرد بتن را تقویت می کنند.
نحوه میلگرد گذاری پی منفرد
میلگرد طولی در محلی که دچار کشش می شود.
میلگرد ادکا در محلی که برش اتفاق می افتد
حداقل آرماتور خمشی: قطر میلگرد نباید از 10 میلی متر کمتر بوده فاصله محور تا محور آن نباید کمتر از 100 میلی متر باشد.
حداقل ضخامت شالوده: ضخامت شالوده ای که روی خاک قرار می گیرد نباید کمتر از 250 میلی متر و در مواقعی که روی شمع قرار می گیرد نباید کمتر از 400 میلی متر باشد.
میلگرد گذاری پی منفرد:
توزیع فشار در خاک زیر پی
توزیع فشار در زیر پی وابسته به نوع خاک و سختی پی دارد.
رامکا
جهت سهولت قالب بندی در پای ستون اجرا می شود.
اجزای پی منفرد
- بتن مگر : بتنی با ضخامت حداقل 10 سانتی متر که خطر آلودگی بتن سازه ای را به هنگام انجام عملیات بتن ریزی مرتفع می نماید. عیار بتن مگر 150 و ضخامت آن حداقل 7.5 سانتی متر می باشد. بهترین زمان بتن ریزی مگر بعد از گودبرداری و کوبیدن خاک می باشد.
- قالب بندی : بخش عمده هزینه ساخت و اجرا را در ساختمان های بتنی به خود اختصاص می دهد.
- آرماتور داخل پی
- صفحه ستون
- بولت
- رامکا
یک محل مناسب برای پی ساختمان باید دارای دو ویژگی باشد:
سطح فوقانی پی باید پایین تر از سطح یخبندان باشد.
سطح تحتانی پی باید بالاتر از عمق ایستایی باشد.
عمق یخبندان پایین ترین عمقی است که در آن آب و هوا و رطوبت خاک در سرمای ناشی از سردترین روز سال یخ می زند و این مقدار با اقلیم مشخص می شود.
عوامل موثر بر عمق پی
- طرح معماری
- عمق خاک مناسب : دکوپاژ
- عمق یخبندان
- عمق پی باید بیشتر از عمق یخبندان باشد.
عوامل موثر بر سطح پی
ابعاد تکیه گاه انواع عناصر باربر قائم:
برای ستون بتنی برابر با ابعاد ستون بتنی است
برای ستون، پایه ها و دیوارهای مصالح بنایی، ابعاد تکیه گاه برابر با نصف ابعاد پایه ها دارد.
برای ستون فولادی حد واسط صفحه ستون و ستون فولادی است.
عوامل موثر بر ضخامت (ارتفاع) پی: نیروی فشاری ستون عامل برش می باشد.
طول مهاری
برش سوراخ کننده
توزیع نیرو در پی مانند قیف برعکس می ماند. آرماتورهای ریشه برای اتصال پی به ستون دارای حداقل طول 50 برابر قطر میلگرد یا 60 سانتی متر در ستون و 60 برابر قطر میلگرد یا 70 سانتی متر در پی می باشند.
دسته بندی پی
انواع قالب بندی از جهت مصالح:
قالب بندی چوبی: در ساخت قطعات بزرگ تر ارجحیت دارد
قالب بندی فلزی: استحکام بیشتری دارد و دفعات بیشتری استفاده می شود.
قالب بندی آجری: از لحاظ سرعت کار و اقتصادی بودن ارجحیت دارد.
جهت عدم مکش آب (شیره) بتن توسط قالب داخل آن ها با ورق های پلاستیکی (نایلون) پوشیده می شود.
پی مرکب
هنگامی که دو ستون در فاصله کم از یکدیگر قرار دارند از پی مرکب استفاده می شود.
اندازه های پی مرکب باید طوری انتخاب گردد که بار منتجه از مرکز ثقل عبور کند تا بار با فشار یکنواخت توزیع گردد.
زمانی از پی ذوزنقه ای استفاده می گردد که اختلاف بارهای دو ستون بسیار باشد و محدودیت هایی برای طول پی وجود داشته باشد.
پی تسمه ای – پی طره ای
این نوع پی هنگامی که فاصله ستون ها زیاد است یا بار ستون برون محوری بر پی وارد می شود، استفاده می گردد.
وظیفه تیر تسمه ای مقاومت در برابر واژگونی است.
این نوع پی زمانی که فاصله ستون ها زیاد باشد از پی مرکب با صرفه تر است.
تیر تسمه ای بین دو پی نباید در تماس با خاک باشد.
پی نواری
این نوع پی در زیر دیوار یا یک ردیف ستون قرار می گیرد.
پی نواری در سطوح شیب دار در صورت لزوم پله ای اجرا می گردد.
در پی نواری که زیر دیوار قرار دارد، بایستی عمق پی حداقل برابر مقدار پیش آویز باشد.
پی گسترده چیست ؟
پی گسترده یک دال بتنی پهن شده در زیر ساختمان می باشد. مهمترین عامل استفاده از پی های گسترده عدم وجود خاک مناسب در زیر ساختمان می باشد.
انواع پی های گسترده
- گسترده ساده
- گسترده تیرچه دار
- گسترده سلولی
حالات مختلف تقویت پی گسترده
- محدودیت تیر به طرف پایین
- محدودیت تیر به طرف بالا
چنانچه وضعیت فوق بحرانی شود بایستی با روش پمپاژ و شمع های کششی جلوی نیروهای رو به بالا گرفته شود.
پی های نیمه عمیق
پی نیمه عمیق حد فاصل شالوده و پی های شمعی را تشکیل می دهد.
پی های چاهی
در مواردی که زمین سست می باشد با حفر چاهک هایی تا رسیدن به زمین سفت استفاده می شود.
پی عمیق چیست ؟
آن دسته از پی 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
خاک رسی یا نرم: 3 متر از پایین تر از لایه رس
انواع پی عمیق
- پی ته باربردی
- پی اصطکاکی
پی ویژه چیست ؟
پی 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.
پی های شناور
نوعی پی که در آن وزن خاک گودبرداری شده با وزن ساختمانی که قرار است ساخته شود برابر است.
موارد استفاده از پی شناور
زمانی که خاک به قدری سست و نرم است که به سادگی دچار نشست می شود.
عمق مناسب خاک بیش از 50 متر باشد و شمع زدن امکان پذیر نباشد.
اجرای شمع در پی ساختمان
یک ستون قرار گرفته در عمق زیاد زمین است که بارهای وارد شده از طرف سازه را تحمل و به لایه های مقاوم منتقل می کند.
پافیلی بودن شمع: انتهای شمع که بزرگ تر اجرا می شود تا سطح اتکای بر روی زمین بیشتر شده و مقاومت در برابر کشش رو به بالا افزایش پیدا کند.
فاصله شمع ها: کمترین فاصله مرکز به مرکز شمع ها، برای شمع های با تکیه گاه انتهایی، دو برابر کمترین عرض شمع ها، برای شمع های اصطکاکی قطر شمع ها
ظرفیت بارپذیری شمع ها: ظرفیت بارپذیری یک پروه شمع اصطکاکی از مجموع تک تک شمع ها کمتر است. این کاهش ظرفیت در حدود یک سوم است. ظرفیت بارپذیری یک گروه شمع تکیه گاهی برابر مجموع ظرفیت تک تک شمع هاست.
آزمایشات خاک و پی
مواردی که در آزمایش خاک زیر پی در نظر گرفته می شود، ظرفیت باربری، میزان چسبندگی، درصد رطوبت، میزان تراکم، موقعیت سطح آب های زیر زمینی می باشد.
سازه های نگهبان مانند سپر فلزی، یا دیوارهای جدا کننده هم جزو این گروه از پی ها می باشند.
عیارهای کمینه بتن شالوده ها
حداقل عیار بتن پاکیزگی 150 است
حداقل عیار بتن شالوده ها با بتن غیر مسلح 200 است
حداقل عیار بتن شالوده ها با بتن غیر سملح در زیر آب 300 می باشد
حداقل عیار بتن شالوده های نواری در شرایط خشکی 250 و در زیر آب 350 می باشد.
حداقل عیار بتن شالوده های بتن آرمه در شرایط خشک 300 و در زیر آب 400 می باشد.
اصول شناژ بندی ساختمان
شناژ به معنای دوخت و دوز می باشد. شناژها نمی توانند از داخل هم عبور کنند. حداقل ارتفاع کلاف 30 سانتی متر باید باشد. کلاف بتن آرمه باید قادر به تحمل 5 درصد بزرگ ترین نیروی قائم وارد بر پی را به صورت کششی داشته باشد. در زمین های با مقاومت کم این نیروی کششی برابر 10 درصد محاسبه می گردد. حداقل میلگرد طولی 4 عدد با قطر 12 میلی متر است. حداکثر فاصله بین خاموت ها در شناژ 30 سانتی متر و در محل های پر فشار و کشش 20 تا 25 سانتی متر می باشد. معمولا شناژها به دو روش بین شالوده ها قرار می گیرند. در صورت خاکبرداری ماشینی بهتر است شناژ روی خاک اجرا گردد
- شناژ هم سطح با سطح تحتانی پی
- شناژ هم سطح با سطح فوقانی پی
انواع شناژ در شالوده های غیر همتراز
- شناژ مستقیم یا افقی: احتیاج به پداستال می باشد
- شناژ مورب: ستونی است که حداکثر ارتفاع آن 3 برابر عرض آن باشد.
