طراحی فونداسیون

انواع فونداسیون

به طور کلی پی‌ها را به چهار گروه عمده می‌توان تقسیم نمود:

• پی‌های سطحی (shallow foundation)
• پی‌های عمیق(deep foundation)
• پی‌های نیمه عمیق (pier foundation)
• پی‌های ویژه (special foundation)

تقسیم بندی فوق بر اساس عمق شالوده به عرض شالوده(D/B)  می‌باشد.

الف) فونداسیون‌های سطحی

پی‌هایی می‌باشند که در عمق کم و نزدیک سطح زمین اجرا می‌گردند و بارهای سازه را به زمین منتقل می‌کنند. در این پی‌ها نسبت عمق به عرض از 3 متر کمتر می‌باشد. (D/B< 3)

این نوع شالوده‌ها از لحاظ شکل ظاهری شامل انواع زیر می‌باشند:

1. فونداسیون منفرد: فونداسیون تکی یا منفرد یا شالوده‌های مجزا، پی‌هایی هستند که به شکل جداگانه و مستقل بار وارده از یک ستون یا یک دیوار را تحمل کرده و آن را به زمین منتقل می‌سازند. به علت اینکه  ساختمان‌ها معمولاً تحت نیروی جانبی قرار می‌گیرند، باید برای مقابله با حرکت‌های پی‌های منفرد در جهت افق، از کلاف‌های بتن مسلح استفاده کرده و آن‌ها را توسط شناژ به یکدیگر متصل کرد.
   شناژها، اصلا در باربری پی کمکی نکرده و وظیفه‌ی آن مقابله با نیروهای افقی و یکنواخت کردن نشست در سازه می‌باشد. شکل این پی‌ها اصولا به صورت مربعی است. از این پی در ساختمان‌های شهری کمتر استفاده می‌شود و بیشترین کاربرد را در طراحی فونداسیون سوله‌ها دارد.

   

2. فونداسیون مرکب: فونداسیون مرکب زمانی ساخته می‌شود که دو یا چند ستون آنقدر به هم نزدیک باشند که فونداسیون منفرد آن‌ها با یکدیگر هم‌پوشانی داشته باشد؛ به عبارت دیگر این نوع فونداسیون ترکیبی از فونداسیون‌های مجزا می‌باشد، اگرچه در طراحی با یکدیگر متفاوت‌اند. شکل این نوع فونداسیون به صورت مستطیلی بوده و بار دو یا چند ستون را تحمل و مهار می‌کنند.
   

   

3. پی باسکولی یا پاشنه اردکی: هرگاه فونداسیون ساختمان از یک یا دو طرف به ساختمان دیگری محدود گردد، برای آن قسمت از ساختمان که در مجاورت همسایه قرار دارد از پی باسکولی استفاده می‌گردد.
4. فونداسیون نواری: فونداسیون‌های نواری شالوده‌هایی هستند که می‌توانند بار یک ردیف ستون را تحمل و مهار کنند. این شالوده‌ها می‌توانند به صورت نوار بتنی در یک جهت یا دو جهت باشند و در صورتی که در یک جهت اجرا شوند می‌توان آن‌ها را با شناژهای رابط متصل نمود. این پی‌ها پرکاربردترین نوع فونداسیون می‌باشد و در ساختمان‌های شهری از آن‌ها زیاد استفاده می‌شود. همچنین در سوله‌ها نیز اگر خاک مقاومت پایینی داشته باشد، برای طراحی فونداسیون می‌توانیم از پی نواری استفاده کنیم.
   از این فونداسیون‌ها در خاک‌هایی که امکان جاری شدن آب بر روی لایه‌ی باربر خاک وجود دارد، نباید استفاده کرد زیرا ممکن است منجر به فرسایش و روانگرایی گردد.

   

5. فونداسیون‌ گسترده: فونداسیون‌های گسترده شالوده‌هایی هستند که به طور کامل در تمامی سطح ساختمان پخش شده تا بارهای سازه‌ای ناشی از ستون‌ها و دیوارها را تحمل نمایند. این نوع پی در زمانی که بارهای ستون‌ها و دیوارها بسیار زیاد است و همچنین در ساختمان‌های بلند مرتبه، مورد استفاده قرار می‌گیرد. در قسمت‌هایی از سوله که تجهیزات سنگین داریم یا تعداد ستون‌های داخلی سوله‌ها زیاد می‌شود نیز از این نوع پی استفاده می‌کنند.

فونداسیون‌های گسترده انواع مختلفی دارند:

1. 1. فونداسیون گسترده ساده
   2. فونداسیون گسترده تیرچه‌دار
   3. فونداسیون گسترده سلولی

این نوع فونداسیون برای خاک‌های منبسط شونده که ظرفیت باربری آن‌ها برای اجرای فونداسیون‌های نواری کمتر است، مناسب است. از این نوع فونداسیون‌ها در مکان‎‌هایی که سفره‌ی آب زیرزمینی بالاتر از سطح باربر خاک قرار دارد، نباید استفاده کرد به این دلیل که استفاده از آن‌ها در این شرایط ممکن است منجر به فرسایش و روانگرایی خاک گردد.

ب) فونداسیون‌های عمیق

به طور کلی اگر خاک در سطح زمین یا در عمق کم دارای مقاومت اندکی باشد، بایستی نیروهای وارده را توسط فونداسیون عمیق به لایه‌های پایین‌تر که مقاومت بیشتری دارند منتقل نمود. در این پی‌ها نسبت عمق به عرض پی از ۱۰ متر بیشتر می‌باشد. (D/B> 10)

یکی از انواع پی‌های عمیق که معمولا در طراحی فونداسیون سازه‌های بلند مرتبه کاربرد دارد، پی‌های شمعی می‌باشد. شمع‌ها شبیه ستون با مقطع دایره هستند که از جنس بتن، فولاد و چوب می‌باشند و برای انتقال بار به لایه‌های عمیق زمین مورد استفاده قرار می‌گیرند. به علت اینکه چوب و فلز پس از گذشت زمان دچار پوسیدگی می‌شوند، از قطعات پیش ساخته بتنی و یا بتن درجا به صورت استوانه‌ای برای شمع‌ها استفاده می‌شود .
سر شمع یا کلاهک شمع (Cap)، المان سازه‌ای واسط بوده که به وسیله آن بار سازه به شمع و سپس به زمین منتقل می‌شود. در آیین نامه، سر شمع به عنوان پی سطحی نامگذاری شده است.

این فونداسیون‌ها بر اساس عملکرد به انواع زیر تقسیم می‌شوند:

• شمع اتکایی (Bearing Pile): این نوع شمع در لایه سخت زمین یا سنگ بستر قرار داده می‌شود. به این ترتیب، بارهای اعمال شده توسط ستون به لایه سخت زمین انتقال می‌یابد.
• شمع اصطکاکی (Friction Pile): این نوع شمع در زمین‌هایی با خاک نرم در عمق مورد استفاده قرار می‌گیرد. در این حالت، انتقال بار از طریق اصطکاک بین خاک نرم و شمع انجام می‌شود.

ج) فونداسیون‌های نیمه عمیق

این فونداسیون حد فاصل پی‌های سطحی و عمیق است و به آنها پی‌های چاهی نیز گفته می‌شود. در این پی‌ها نسبت عمق به عرض بین ۳ تا ۱۰ متر می‌باشد (3 <D/B< 10). برای اجرای این پی‌ها، چاهی در زمین حفر کرده و سپس درون آن را با مصالح مناسب پر می‌کنند.

د) فونداسیون‌های ویژه

هرگونه فونداسیونی که جزء دسته‌های فوق نباشد: مانند پی‌های صندوقچه‌ای، مهارها، ستون‌های شنی و سنگی و غیره در این دسته قرار می‌گیرد.

انواع فونداسیون از لحاظ مصالح مصرفی

طراحی فونداسیون به نوع مصالح مصرفی برای آن نیز بستگی دارد. پی‌ها را می‌توان از لحاظ نوع مصالح مصرفی نیز دسته بندی نمود. انواع پی از لحاظ نوع مصالح مصرفی عبارت‌اند از:

• پی شفته‌ای:
  این نوع پی یکی از قدیمی‌ترین انواع پی در کشور ایران بوده و بسیاری از سازه‌های قدیمی دارای این نوع فونداسیون می‌باشند. استفاده از این پی امروزه برای ساختمان‌های بنایی کوچک با طبقات کم مناسب است. شفته خمیری است که از مواد زیر تشکیل شده:
  خاک، آب، شن، گرد آهک و در مورد خاص قلوه سنگ و در هر متر مکعب خاک آن بین ۲۰۰ تا ۲۵۰ کیلوگرم آهک استفاده می‌شود.

• پی سنگی:
  از این نوع پی در مناطقی که سنگ، ارزان بوده و به آسانی در دسترس می‌باشد استفاده می‌شود. نوع سنگی که برای این نوع پی‌ها استفاده می‌شود باید سالم بوده و از انواع سنگ‌های لاشه شکسته باشد. سطح فونداسیون‌های سنگی نسبت به دیوارهای روی آن وسیع‌تر بوده و به عنوان ریشه از هر طرف دیوار باید حداقل ۱۵ سانتی‌متر گسترش داشته باشد‌.
• پی چوبی:
  اغلب در مناطق شمالی کشور که دسترسی به چوب آسان است، از پی چوبی استفاده می‌شود. این پی‌ها بر روی سطح زمین ساخته شده و چوب‌های به کار رفته در آن‌ها دارای ابعاد بزرگی است که توانایی تحمل نیروهای مختلفی همچون وزن ساختمان را دارد.

• پی آجری:
  این نوع پی مناسب ساختمان‌های کوچک و با بار وارده کم می‌باشد. این فونداسیون نیز مانند پی‌های سنگی باید دارای ریشه‌ای به اندازه ۱۵ تا ۲۰ سانتی‌متر از طرفین دیوار روی آن باشد.
• پی فلزی:
  پی فلزی زمانی استفاده می‌شود که مقاومت فشاری خاک کم و بارهای وارده بر پی زیاد باشد. اصولاً برای ستون‌های فولادی از پی‌های فولادی استفاده می‌شود. استفاده از فلز در ساخت پی از نظر اقتصادی مقرون به صرفه نیست، به همین علت میزان ساخت پی‌های بتن مسلح در مقایسه با پی‌های فولادی در صنعت ساختمان بیشتر می‌باشد.

• پی بتنی:
  یکی از مقاوم‌ترین، مستحکم‌ترین و رایج‌ترین مصالح برای فونداسیون، استفاده از بتن مسلح می‌باشد. پی‌هایی که با بتن ساخته می‌شود، جز بهترین فونداسیون‌ها از نظر جنس مصالح می‌باشد. امروزه استفاده از سایر انواع پی در کارهای ساختمانی تقریباً منسوخ شده و تنها از آن‌ها در موارد خاص استفاده می‌شود. به همین دلیل توصیه می‌شود که پی تمامی ساختمان‌ها از بتن مسلح ساخته شود. حتی برای ساختمان‌های سبک و یک طبقه نیز پی‌های بتنی از نوع نواری آن بسیار مناسب می‌باشد.