فونداسیون چیست؟
در علم مهندسی سازه، “فونداسیون یا پی” عنصری از اسکلت ساختمان است که آن را به زمین متصل کرده و بارها را از سازه به زمین منتقل میکند. این عنصر با توجه به نوع ساختمان و میزان باری که بایستی تحمل کند هم به صورت کم عمق و هم عمیق طراحی و اجرا میشود. مهندسی پی، کاربرد مکانیک خاک و نیز مکانیک سنگ که مبحثی در علم “مهندسی ژئوتکنیک” هستند را در طراحی عناصر پی سازه مورد بررسی قرار میدهد.
سازههای فولادی با پی ریزیهای مناسب میتوانند استحکام، دوام و طول عمر بالایی را از خود نشان دهند. همچنین، در صورتی که فونداسیون طراحی شده با دقت لازم و با استفاده از مواد و مصالح با کیفیت اجرا شود، میتوان سازههای فولادی را در برابر نشستهای آیندۀ ساختمان، مشکلات رطوبتی و ریزشهای حاصل از آن محافظت کرد.
در مقاله زیر، ما گام به گام مواردی را که باید هنگام برنامه ریزی فونداسیون خود در نظر بگیرید و مورد بررسی قرار دهید را جمع آوری نمودیم و بعضی از گزینههای فونداسیون موجود برای ساختمانهای شما را مورد بررسی قرار دادهایم.
آیا ساختمانهای فولادی سبک نیاز به اجرای فونداسیون دارند؟
بله! یک فونداسیون طراحی شدۀ دقیق و مناسب برای شروع ساخت هر نوع ساختمانی، به خصوص سازههای فلزی، امری ضروری است. یک پی ریزی مستحکم، دوام ساختمان را تضمین و از بروز بسیاری از مشکلات احتمالی ساختمان در آینده جلوگیری میکند.
در اجرای ساختمانهای فولادی، طراحی فونداسیون میتواند بقیۀ مراحل برنامه ریزی و ساخت و ساز را تحت تأثیر قرار دهد. به عنوان مثال، سازههای فولادی سبک میتوانند در شرایط نامساعد آب و هوایی مستعد افزایش خسارات باشند. با این حال، با ایمن سازی سازۀ فولادی به کمک طراحی و اجرای یک فونداسیون مهندسی شده، میتوان جلوگیری از بروز این خطرات را تضمین کرد.
از طرفی دیگر؛ با اجرای یک فونداسیون متناسب با ساختمان میتوان اطمینان حاصل کرد که ساختمانهای فولادی بدون توجه به نوع خاک یا سطح دیگری که روی آن ساخته شدهاند، پتانسیل سازگاری با محیط زیست خود را حفظ میکنند.
“شما نمیتوانید یک ساختمان عالی بدون اجرای یک پایۀ محکم بسازید”
نکات مهم قبل از پی ریزی برای یک سازۀ فولادی سبک
چندین مورد همچون: زمین و خاک موجود در آن، میزان بار ساختمان، شرایط آب و هوایی و میزان بادخیزی منطقه وجود دارد که پیش از اجرای فونداسیون بایستی به آنها توجه ویژهای داشته باشید.
- زمین
در قدم اول، زمین انتخابی باید دارای ابعاد مشخصی باشد تا فرد سازنده بتواند فضای لازم جهت طراحی نقشۀ معماری و اجرای ساختمان را برآورد نماید. پس از گذر کردن از این مرحله و پیش از هر اقدام دیگری، زمینی که قصد دارید ساختمان خود را در آن بسازید بایستی به صورت حرفه ای بررسی شده و جهت هموارسازی علامت گذاری شود.
ابعاد زمین، کیفیت خاک موجود در آن و میزان باربری خاک تأثیر بسزایی در نحوۀ طراحی فونداسیون خواهد داشت. اگر خاک موجود در زمین بی کیفیت باشد، مهم نیست که فونداسیون چگونه طراحی شود، این امر میتواند منجر به فرو رفتن و جابجایی ساختمان شود. طراحی و اجرای فونداسیون بر روی خاک ضعیف مقدور است اما، حفاری خاک موجود و جایگزینی آن با یک خاک با کیفیت میتواند بسیار کم هزینهتر باشد و از بروز خطرات احتمالی جلوگیری نماید.
- بار
در بسیاری از موارد، ساختمانهای فولادی از بارهای افقی بیشتری برخوردار میباشند. به این معنا که، بیشتر تحت تأثیر نیروهای جانبیای مانند بادهای شدید و زلزله قرار میگیرند. نیروهایی از این دست میتوانند باعث واژگونی یا سر خوردن ساختمانها از پی خود شوند. یک فونداسیون مناسب میتواند به توزیع بار یا افزایش مقاومت سازه کمک کند.
در ساختمانهای LSF، به دلیل یکپارچگی سیستم سازه، تمامی بارها به صورت یکسان در همۀ اجزای آن پخش شده و تمام اجزاء میزان برابری از وزن و بارهای وارده بر ساختمان را تحمل میکنند.
- باد
داشتن یک ساختمان فولادی عایق کاری شده میتواند به شما کمک کند تا اثرات باد را احساس نکنید اما، باد عنصری است که میتواند همواره برای ساختمانها مشکلاتی ایجاد کند. بادهای شدید میتوانند اثر مکشی ایجاد کنند. به این معنا که، بادهای شدید آنچنان قدرتی دارند که میتواند یک ساختمان را از پی جدا کند.
پیشگیری از این اتفاق را میتوان از مرحلۀ طراحی و اجرای فونداسیون شروع کرد. از طرفی دیگر، در نظر گرفتن بادبند در سازهها میتواند از اعمال نیروهای جانبی همچون باد و زلزله بر سازه جلوگیری نماید. ویژگی یکپارچه بودن سازه در سیستم ال اس اف، نه تنها مقاومت ساختمان را در برابر نیروهای جانبی بالا میبرد، بلکه هیچگونه ریزش مصالحی در آن وجود نداشته و میزان خطرات و خسارات را به حداقل میرساند.
آشنایی با مراحل اجرای فونداسیون در سیستم LSF
اجرای فونداسیون در سیستم ال اس اف همچون سایر روشهای ساختمان سازی مانند بتنی، بنایی و فلزی نیاز به انجام یک سری اقدامات مشترک و مشخص دارد. به این معنا که، تمامی مراحل اجرای فونداسیون یعنی کرسی چینی، پی ریزی و ایزولاسیون بایستی برای سازۀ LSF نیز انجام پذیرد. بنابراین، میتوان گفت اجرای فونداسیون سازههای ال اس اف تفاوت چندانی با سایر روشها نخواهد داشت.
- کرسی چینی
برخلاف تصور غلط موجود در رابطه با این که کرسی چینی تنها برای روشهای بنایی و بتنی مورد نیاز است، بایستی بدانید که این مرحله در اجرای فونداسیون در انواع روشهای ساختمان سازی، امری ضروری و حیاتی میباشد. در روش LSF، پس از حفاری زمین با توجه به نوع خاک و بررسیهای از پیش انجام شده توسط مهندسان متخصص، مرحلۀ کرسی چینی آغاز میگردد.
توجه داشته باشید که این مرحله بر اساس نظر کارشناسان و تا ارتفاع لازم و مجاز انجام میگیرد. در حقیقت، هدف از اجرای کرسی چینی در ساختمان سازی، انتقال بارهای افقی سازه به زمین میباشد. هرچه این مرحله دقیقتر و به درستی اجرا شود، پی سازۀ مستحکمتری خواهید داشت.
- ایزولاسیون
این مرحله یکی از حیاتیترین مراحل در اجرای فونداسیون سازه میباشد. در حقیقت، منظور از ایزولاسیون همان عایق بندی سطح فوقانی کرسی اجرا شده برای ساختمان است. دلیل اهمیت این مرحله پایینتر بودن سطح کرسی از معابر، تماس مستقیم آن با خاک و مصالح پرکننده و نیز ویژگی موئینگی مصالح به کار برده شده در کرسی چینی مانند آجر میباشد.
به همین خاطر، جهت پیشگیری از نفوذ رطوبت به اسکلت سازه و در نتیجه خسارات و خرابیهای ناشی از بهتر است که پیش از انجام پی ریزی، سطح فوقانی کرسی اجرا شده را عایق بندی کنیم. بهترین روش برای ایزوله کردن کرسی ساختمان استفاده از ایزوگام بر روی آن میباشد.
- پی ریزی
سیستم LSF، یک روش خشک در ساختمان سازی است. به این معنا که، در ساخت سازۀ ال اس اف از مصالح سنتی مانند گچ، سیمان، آجر و سایر موارد این چنینی استفاده نمیشود. از این رو، فونداسیون مورد نیاز برای این ساختمانها یک فونداسیون سبک است که میتواند به دو روش دال گسترده و نواری اجرا گردد.
این مرحله بر اساس نوع خاک منطقه، شرایط آب و هوایی، نوع کاربری، تعداد طبقات و نقشۀ معماری سازه انجام میگیرد. توجه داشته باشید که طراحی و اجرای پی در بعضی مناطق بایستی به گونهای باشد که از نفوذ گازهای خطرناک موجود در خاک مانند “گاز رادون” که به شدت برای سلامت انسان مضر است، جلوگیری کند. بررسی و آزمایش خاک زمین نه تنها جهت تعیین کیفیت آن، بلکه با هدف پیشگیری از بروز موارد این چنینی صورت میگیرد. همچنین، در صورت لزوم مسلح نمودن پی ساختمان بایستی بر اساس موارد یاد شده در بالا انجام پذیرد.
در مرحلۀ پی ریزی میتوان جهت ساخت دیوارههای فونداسیون از مواردی همچون: بتن، بلوکهای سیمانی پر شده با سیمان، دیوارهای برشی و سیستم ICF استفاده نمود. مورد دیگری که باید به آن توجه داشته باشید، این است که هنگام اجرای فونداسیون چه به صورت نواری و چه به صورت گسترده بایستی داخل آن، در فاصلههای تعیین شده، رول بولتها و یا پیچهای انتظار را به صورت میلگردی کار گذاشت. فاصلۀ هر یک از این پیچها بسته به نوع آنها از cm20 تا cm240 میتواند متغیر باشد.
انواع روشهای اجرای فونداسیون در سازۀ ال اس اف
زمانی که قصد دارید فونداسیون یک سازۀ ال اس اف را طراحی نمایید، توجه به نکاتی که در بالا به آنها اشاره نمودیم بسیار حائز اهمیت است. همچنین، علاوه بر موارد یاد شده در نظر داشتن یک سری نکات مانند: نوع کاربری ساختمان، ارتفاع، وزن و دهانۀ سازه نیز از اهمیت بالایی برخوردار است.
هنگام طراحی فونداسیون سازۀ LSF اطمینان حاصل کنید که با پارامترهای این سیستم مطابقت داشته باشد. شایان ذکر است که طراحی و اجرای فونداسیون در روش ال اس اف بایستی بر اساس آیین نامۀ بتن ایران و مبحث نهم آن صورت پذیرید.
از طرفی دیگر، به دلیل سبک بودن ساختمانهای LSF نسبت به سازههای سنتی، نیازی به اجرای فونداسیونهای سنگین نمیباشد. از این رو، فونداسیون در سازۀ ال اس اف به دو روش دال گسترده و پی ریزی نواری طراحی و اجرا میشود. هرچند، به دلیل این که در سیستم ال اس اف بیشتر دیوارها و عناصر باربر هستند، معمولاً از پی ریزیهای نواری در زیر دیوارها استفاده میشود.
- فونداسیون دال گسترده
پی دال گسترده یک دال بتنی گسترده است که معمولاً ضخامت 10 تا 15 سانتی متری در مرکز خود دارد. اغلب اوقات، لبههای فونداسیون دال گسترده کمی ضخیمتر (به عرض 60 سانتی متر) هستند تا استحکام بیشتری در اطراف پی ایجاد شود.
در اجرای فونداسیون گسترده پی ساختمان به وسیلۀ میلگردهای در هم پیچیده یا به اصطلاح “مش بندی” و بتن با عیار مناسب اجرا میگردد و تمام سطح اِشغال زیربنا را در برمیگیرد. در این نوع فونداسیون، عملیات زیرسازی کف همزمان با اجرای پی انجام میپزیرد.
جالب است بدانید، انتخاب فونداسیون دال گسترده به عنوان پی سازه با هدف کاهش هزینههای کف سازی در ساختمانهایی با متراژ پایین و یا سالنهای بزرگی همچون سولههای ورزشی، تولیدی، سازۀ کارخانهها و سایر این قبیل موارد انجام میگیرد. البته، توجه داشته باشید که نوع و کیفیت خاک در انتخاب این روش پی ریزی بی تأثیر نیست.
- فونداسیون نواری
فونداسیون نواری که گاهی به آن پایۀ نواری نیز گفته میشود، نوعی پی کم عمق است که اغلب در ساخت ساختمانهای مسکونی با ارتفاع کم تا متوسط کاربرد دارد. این روش پی ریزی تنها در جاهایی که شرایط زمین پایدار و ظرفیت باربری خاک مناسب است، قابل استفاده میباشد. فونداسیونهای نواری برای ساخت و ساز سریع و مقرون به صرفه انتخاب مناسبی هستند.
فونداسیون نواری یک روش پی ریزی کم عمق است. از این روش میتوان جهت استفاده در زیر دیوارهای باربر استفاده کرد. در واقع، جایی که ظرفیت باربری زمین پروژه ارزیابی شده و اجرای آن برای پروژه کافی تلقی میشود. اجرای فونداسیون نواری یا ریلی، در زیر دیوارهای باربر با ابعاد حدوداً 25*40 که البته نوع خاک و میزان باربری آن در این عدد تأثیرگذار است، اجرا میگردد.
پس از اجرای فونداسیون، جهت همسطح سازی و استحکام هرچه بیشتر آن از مواد پرکنندهای مانند شنهای ماکادوم میتوان استفاده کرد. ارزیابی دقیق شرایط زمین میتواند بر انتخاب مواد مورد نیاز جهت تقویت پی تأثیر بگذارد. به عنوان مثال، در مناطقی از زمین پروژه که ظرفیت باربری زمین ضعیف میباشد، ممکن است لازم باشد تا یک پایۀ نواری پهنتر اجرا شده و نیز بتن مورد استفاده در آن با محصولات تقویت کنندۀ فولادی مناسبی تقویت شود.
اهمیت فونداسیون در ساخت و ساز: پایهای برای ایمنی و استحکام سازه
به طور کلی، فونداسیونها به دو دستۀ پیهای عمیق و پیهای کم عمق تقسیمبندی میشوند. انتخاب نوع فونداسیون برای استفاده در هر پروژۀ ساختمانی به عوامل متعددی از جمله شرایط زمین، نقشه و نوع کاربری ساختمان، محل پروژه با توجه به دسترسی به مواد و مصالحی مانند سیمان و میلگرد، وجود افراد ماهر، بودجه و چارچوب زمانی بستگی دارد.
هدف اصلی اجرای فونداسیون تحمل بار کل ساختمان است. یک پی دقیق و خوب طراحی شده میتواند مقاومت و پایداری ساختمان در برابر نیروهای طبیعت را حفظ کند. فونداسیونهای خوش ساخت و دقیق، ساکنین ساختمان را در هنگام وقوع بلایایی مانند زلزله، سیل، بادهای شدید و سایر موارد این چنینی ایمن نگه میدارد.
“فونداسیون باید به گونهای طراحی و اجرا شود که تمامی بارهای وارده بر سازه را به درستی به زمین منتقل کند“
