جستجو 
مراحل اجرای فونداسیون چیست؟ نحوه محاسبه میلگرد پی ساختمان
در هر پروژه ساختمانی، فونداسیون یا پی، اساسیترین و حیاتیترین عضو سازهای محسوب میشود و پایداری، ایمنی و طول عمر مفید بنا، به کیفیت اجرای این بخش وابسته است. در مهندسی عمران، هدف نهایی از طراحی و اجرای پی، توزیع بارهای منتقل شده از اسکلت و سازه فوقانی به لایههای مقاوم زمین است تا تنشهای وارده از ظرفیت باربری مجاز خاک فراتر نرود و ساختمان دچار نشست غیر یکنواخت نگردد. این مقاله، راهنمای تخصصی و جامعی است که به تعریف فنی فونداسیون یعنی چه میپردازد و شامل تحلیل و معرفی انواع فونداسیون و عکس فونداسیون ساختمان است.
جدول ویژگیها و مزیتهای انواع فونداسیون
| نوع فونداسیون | شکل ظاهری و نحوه انتقال بار | الزامات خاک و سازه | مزایا |
| فونداسیون نقطهای(تکی) | مربع یا مستطیل زیر هر ستون | سازههای سبک با فواصل ستون زیاد | سادگی اجرا کمترین حجم بتنریزی |
| فونداسیون دیواری(نواری) | مستطیل طویل زیر دیوارهای باربر | ساختمانهای با مصالح بنایی(سنتی) | توزیع بار یکنواخت در طول دیوار |
| فونداسیون گسترده(رادیه) | صفحهای یکپارچه زیر کل ساختمان | خاک با ظرفیت باربری پایین یا بارهای بسیار سنگین(برجها) | کاهش تنش وارده به خاک یکپارچگی بالا |
| فونداسیون شمعی | ستونهای بلند مدفون در عمق خاک | زمینهای سست و باتلاقی بنادر | انتقال بار به عمق زیاد و تضمین پایداری در خاکهای سست |
فونداسیون یعنی چه و مکانیسم عملکرد آن چگونه است؟
فونداسیون یا فنداسیون (پی ساختمان)، عضو سازهای است که در زیر سطح زمین قرار میگیرد و وظیفه اساسی آن جمعآوری و توزیع ایمن تمامی بارهای وارده از سازه فوقانی (شامل بارهای مرده، زنده و نیروهای جانبی نظیر زلزله و باد) و انتقال این بارها به لایههای مقاوم زیرین خاک است. این فرآیند توزیع بار، یک ضرورت مهندسی است تا اطمینان حاصل شود که فشار وارده به خاک از میزان تحمل مجاز آن، که به عنوان ظرفیت باربری (Bearing Capacity) شناخته میشود، تجاوز نکند. به طور کلی مکانیسم عملکرد فونداسیون در دو حوزه حیاتی تعریف میشود:
1.توزیع تنش و پخش بار: فونداسیون سطح مقطع تماس با زمین را به شدت افزایش میدهد. این افزایش سطح مقطع باعث میشود که نیروی متمرکز ستونها و دیوارها، در مساحت بزرگتری پخش شود و در نتیجه تنش ناشی از وزن بر واحد سطح خاک به میزان قابل تحمل کاهش یابد. این تمهیدات موجب میشود که خاک زیرین در آستانه گسیختگی یا تغییر شکل دائمی قرار نگیرد.
2.حفظ یکپارچگی و جلوگیری از حرکت: پی، سازه را به صورت یکپارچه به زمین متصل کرده و مقاومت لازم برای مقابله با نیروهای واژگونکننده (مانند باد شدید) و نیروهای کششی یا برشی (مانند زلزله) را فراهم میکند.
انواع فونداسیون و کاربرد هر یک
انتخاب نوع پی، تصمیمی حیاتی در طراحی سازه است که بر اساس عوامل متعددی چون نتایج آزمایش خاک، میزان بار وارده، وجود آب زیرزمینی و الزامات بودجهای تعیین میشود. این طبقهبندی مهندسی، تضمینکننده توزیع مؤثر بار و پایداری بلندمدت ساختمان است.
فونداسیون نقطهای (تکی)
فونداسیون نقطهای (Isolated or Pad Footing) از سادهترین و متداولترین انواع فونداسیون است. این نوع فونداسیون معمولاً به شکل مربع یا مستطیل طراحی میشوند و وظیفه دارند بار را مستقیماً از یک ستون دریافت کرده و به خاک منتقل کنند. اصلیترین کاربرد آنها در سازههای نسبتاً سبک، با تعداد طبقات کم و در شرایطی است که خاک زیرین از ظرفیت باربری بالایی برخوردار باشد و فاصله ستونها از یکدیگر به حدی باشد که پیها با هم تداخلی نداشته باشند.
فونداسیون نواری (دیواری)
پیهای نواری (Strip or Wall Footing) برای سازههایی استفاده میشوند که بار آنها توسط دیوارهای باربر یا ستونهایی که فاصله بسیار کمی از هم دارند، منتقل میشود. این فونداسیون به صورت یک نوار طویل و پیوسته در زیر محور دیوارها یا ستونها اجرا میشود. این نوع پی، بار را در طول بیشتری از سطح زمین پخش میکند، که برای ساختمانهای با مصالح بنایی یا سازههایی که بارهای خطی دارند، بسیار مؤثر است. فونداسیون نواری در مقایسه با پیهای نقطهای، انسجام افقی و مقاومت بیشتری در برابر نشستهای موضعی (به ویژه در خاکهای با مقاومت متوسط) فراهم میکند.
فونداسیون گسترده(رادیه)
فونداسیون گسترده (Mat or Raft Foundation) یک صفحه بتنی یکپارچه است که کل سطح زیرین ساختمان را پوشش میدهد. این پی تمام بارهای سازه را جمعآوری کرده و آنها را بر روی تمام مساحت زیربنا توزیع میکند. زمانی که ظرفیت باربری خاک بسیار پایین است و یا بارهای سازه به قدری سنگین است که پیهای منفرد (نقطهای) نیاز به ابعاد بسیار بزرگی پیدا میکنند (بیش از 50 درصد سطح زیرین)، استفاده از فونداسیون گسترده اجباری میشود. این پی، استاندارد اصلی برای ساخت برجها، زیرزمینهای عمیق و سازههای بسیار سنگین است و با ایجاد یکپارچگی بالا، به طور چشمگیری نشست نامتوازن را کاهش میدهد.
فونداسیون شمعی
فونداسیون شمعی (Pile Foundation) زمانی مورد نیاز است که لایههای سطحی زمین بسیار ضعیف، باتلاقی یا دارای قابلیت تغییر شکل زیاد باشند. شمعها، ستونهای بلند بتنی یا فولادی هستند که در عمق زمین فرو برده یا حفاری و بتنریزی میشوند. این پی، بارها را از طریق اصطکاک جانبی با خاک اطراف و همچنین انتقال مستقیم بار به لایههای سنگی یا خاکهای بسیار سخت در اعماق بیشتر، به زمین منتقل میکند. کاربرد اصلی فونداسیون شمعی، تضمین پایداری سازه در برابر نشستهای غیرقابل کنترل است؛ به ویژه در سازههایی که در نزدیکی آبهای زیرزمینی یا مناطق ساحلی قرار دارند.
مراحل کامل اجرای فونداسیون؛ از مقدمات تا اجرا
اجرای فونداسیون، یک فرآیند دقیق است که نیازمند هماهنگی بین مهندسی طراحی و نظارت دقیق کارگاهی است. هرگونه نقص در این توالی میتواند به قیمت ناپایداری کل سازه تمام شود. در این بخش از مقاله محک استیل قرار است مراحل اجرای فونداسیون را از مطالعات اولیه تا آخرین مرحله بتنریزی، به صورت گام به گام برای شما شرح میدهیم.
بخش اول: مراحل قبل از اجرای فونداسیون(آماده سازی و طراحی)
1.مطالعات ژئوتکنیک و آزمایش خاک: پیش از هر اقدام اجرایی، تعیین مشخصات فنی و مکانیکی خاک، یک الزام قانونی و مهندسی است. مطالعات ژئوتکنیک شامل حفر گمانه یا گمانههایی در محل پروژه است تا نمونههایی از لایههای مختلف خاک برداشته و در آزمایشگاه مورد بررسی قرار گیرند. این آزمایشها تعیینکننده تیپ خاک، ظرفیت باربری مجاز خاک و همچنین سطح آب زیرزمینی هستند. عدم انجام این مطالعات، ریسک طراحی فونداسیون بر روی خاکی نامناسب را به شدت افزایش میدهد که میتواند منجر به نشستهای غیریکنواخت و حتی تخریب سازه شود.
2. طراحی نهایی فونداسیون بر اساس آییننامهها: پس از تعیین خصوصیات خاک، مهندسان سازه کار طراحی را آغاز میکنند. در این مرحله، تمامی بارهای وارده تحلیل میشوند تا ابعاد نهایی، عمق پی و مهمتر از همه، نقشه آرماتور گذاری (شامل قطر، تعداد و نحوه قرارگیری میلگردها) تعیین شود. تمامی محاسبات باید بر اساس ضوابط سختگیرانه مبحث نهم مقررات ملی ساختمان صورت گیرد.
3. گودبرداری، پیکنی و تسطیح: گودبرداری با هدف رسیدن به لایه خاک مناسب و عمق مورد نیاز برای جلوگیری از اثرات یخبندان انجام میشود. پیادهسازی نقشه بر روی زمین توسط نقشهبردار صورت میگیرد. کف فونداسیون باید کاملاً عاری از مواد آلی و سنگهای سست باشد و به اصطلاح، کوبیده و تسطیح شود تا به کد ارتفاعی تعیین شده برسد.
بخش دوم: مراحل اجرای فونداسیون (عملیات کارگاهی)
اولین مرحله فونداسیون چیست؟ اجرای بتن مگر: بتن مگر که گاهی اوقات بتن نظافت نامیده میشود، اولین لایه بتنی است که در کف پی ریخته میشود. عیار سیمان آن معمولاً بین 150 تا 250 کیلوگرم بر متر مکعب است. این لایه دو وظیفه حیاتی دارد اول ایجاد یک سطح کاملاً صاف و تمیز برای آرماتوربندی و دوم جلوگیری از جذب آب و شیرابه بتن اصلی توسط خاک زیرین و حفظ کاور بتن مناسب برای میلگردها.
مرحله دوم؛ آرماتورگذاری و بافت شبکه فولادی: آرماتورها (میلگردهای فولادی) که وظیفه تحمل نیروهای کششی را دارند، دقیقاً طبق نقشه مهندسی در کف پی بافته میشوند. این شبکه شامل میلگردهای اصلی و میلگردهای تقویتی است. رعایت طول اورلپ (Overlapping) یا همپوشانی میلگردها در محل اتصال، خم کردن صحیح انتهای میلگردها و تمیزی آرماتورها از مهمترین نکات این مرحله است.
مرحله سوم؛ کنترل، نصب اسپیسرها و قالببندی: پس از اتمام آرماتوربندی، مرحله قالببندی آغاز میشود. حیاتیترین بخش این مرحله، نصب اسپیسر(فاصلهانداز) است. اسپیسرها تضمین میکنند فاصله میلگردها از قالب و کف (کاور بتن) به میزان مشخص و استاندارد حفظ شود تا آرماتورها در برابر رطوبت و خوردگی محافظت شوند.
مرحله چهارم؛ بتنریزی، ویبره و عمل آوری: در این مرحله، بتن با عیار مشخص ریخته میشود. استفاده از ویبراتور برای خارج کردن حبابهای هوا از داخل بتن و متراکمسازی آن اجباری است. ویبره نامناسب منجر به تخلخل و ایجاد لانه زنبوری میشود. پس از بتنریزی، بتن نیاز به نگهداری در شرایط رطوبتی و دمایی مناسب (حداقل برای 7 روز) دارد تا فرایند هیدراسیون کامل شود و بتن به مقاومت نهایی خود برسد.
نحوه محاسبه میلگرد فونداسیون
اهمیت محاسبات دقیق میلگرد برای ایمنی سازه و مدیریت بودجه، ضروری است. ازاینرو به بررسی نحوه محاسبه میلگرد فونداسیون و تخمین اولیه آن میپردازیم.
1.اصول دقیق مهندسی: نحوه محاسبه میلگرد فونداسیون بر اساس تحلیل نیروهای خمشی و برشی در پی انجام میشود. مهندسان از نرمافزارهای تخصصی مانند SAFE استفاده میکنند تا میزان واقعی و توزیع فولاد مورد نیاز را طبق ضوابط آییننامهای مشخص کنند.
2. محاسبه سرانگشتی میلگرد فونداسیون (تخمین اولیه): برای برآورد بودجه و مصالح اولیه، از تخمین وزن میلگرد در واحد حجم بتن (کیلوگرم بر مترمکعب) استفاده میشود. برای پیهای متداول، محدوده تقریبی مورد نیاز معمولاً بین 80 تا 100 کیلوگرم میلگرد در متر مکعب بتن فونداسیون در نظر گرفته میشود. این عدد صرفاً یک تخمین اولیه است و جایگزین نقشههای اجرایی نمیشود.
فرق شناژ با فونداسیون؛ مفهوم گلدانی در فونداسیون چیست؟
برای بررسی فرق بین فونداسیون و شناژ باید بگوییم که فونداسیون وظیفه انتقال بار عمودی را دارد و شناژ وظیفه ایجاد انسجام افقی، مقاومت در برابر نیروهای جانبی و جلوگیری از جابهجایی پیهای منفرد نسبت به یکدیگر را دارد. اما توضیح تخصصیتر نقش مفهوم گلدانی در فونداسیون به عنوان واسط اتصال ستون فلزی (به وسیله بیسپلیت) به فونداسیون و چگونگی انتقال تنش از ستون به پی است همچنین به کاربرد آن در سازههای بتنی نیز اشاره دارد.
هزینه اجرای فونداسیون چقدر است؟
هزینه اجرای فونداسیون به شدت تحت تاثیر سه عامل اصلی است:
- مصالح مصرفی: شامل قیمت روز میلگرد که بزرگترین سهم هزینه را دارد و حجم بتن آماده.
- هزینههای کارگاهی: شامل حجم و پیچیدگی خاکبرداری و هزینههای احتمالی مهاربندی گود، دستمزد نیروی انسانی و نوع فونداسیون(مانند شمعی یا رادیه).
- خدمات فنی: شامل مطالعات ژئوتکنیک و هزینههای نظارت و کنترل کیفیت.
برای مدیریت بودجه، استفاده از محاسبه سرانگشتی میلگرد فونداسیون برای تخمین اولیه مفید است، اما تصمیم نهایی باید بر اساس تحلیل دقیق مهندسی باشد.
سخن پایانی
در پایان، فونداسیون سنگ بنای دوام و ایمنی هر سازه است و ضامن عمر طولانی آن محسوب میشود. دستیابی به پایداری بلندمدت و جلوگیری از بروز خطرات سازهای، مستلزم رعایت مو به موی ضوابط آییننامهای و دقت فنی در تمام مراحل، بهویژه در نحوه محاسبه میلگرد فونداسیون است. تأکید میشود که محاسبات سرانگشتی میلگرد فونداسیون صرفاً ابزاری برای برآورد اولیه بودجه هستند و هرگز نباید مبنای اجرای کارگاهی قرار گیرند. تضمین کیفیت نهایی پی، نیازمند ارجاع کار به مهندسان مجرب و اعمال نظارت مستمر و سختگیرانه بر تمامی مراحل قبل از اجرای فونداسیون و حین عملیات اجرایی است تا از صحت و استحکام زیربنا اطمینان حاصل شود.
