مقدمه
در هر ساختمان، نخستین مرحلهای که تضمینکننده پایداری، دوام و ایمنی سازه محسوب میشود، اجرای فونداسیون یا همان شالوده است. این بخش زیرین، تمامی بارهای قائم و جانبی را به زمین منتقل میکند و اگر بهدرستی طراحی و اجرا نشود، حتی استفاده از مرغوبترین مصالح نیز نمیتواند مانع تخریب یا نشست ساختمان شود. در این مطلب به بررسی دقیق مفهوم فوندانسیون ، انواع آن، مراحل اجرا و اصول فنی مرتبط با طراحی این جزء حیاتی میپردازیم.
فوندانسیون یا شالوده ساختمان چیست؟
فوندانسیون که در زبان فرانسوی با واژه Fondation شناخته میشود، پایهای است که ساختمان بر آن استوار میگردد و وظیفهی اصلی آن انتقال بار سازه به بستر زمین است. این بخش ضمن مقابله با نیروهای فشاری، کششی و برشی، نقش مهمی در جلوگیری از ترک، نشست و حتی واژگونی ساختمان دارد.
در فرآیند ساختوساز، پس از آمادهسازی زمین، گودبرداری و اجرای آرماتوربندی، نوبت به بتنریزی و شکلگیری فونداسیون میرسد. انتخاب نوع و کیفیت مصالح مصرفی در این بخش بر دوام کلی سازه تأثیر مستقیم دارد؛ بهویژه نوع میلگرد و میزان مصرف آن که باید براساس محاسبات فنی و نقشه اجرایی مشخص شود.
دستهبندی انواع فونداسیون
فوندانسیونباتوجهبه کاربری ساختمان، شرایط ژئوتکنیکی خاک و میزان بار وارده، انواع مختلفی دارند که بهصورت کلی به چهار گروه زیر تقسیم میشوند:
- فوندانسیون سطحی
- فونداسیون عمیق
- فونداسیون نیمهعمیق
- فونداسیون ویژه و شناور
در ادامه، هر یک از این گروهها بهتفکیک بررسی میشوند.
فونداسیونهای سطحی
در این نوع شالودهها، عمق پی زیاد نیست و بار ساختمان در سطحی نسبتاً کم به زمین منتقل میشود. این دسته از رایجترین انواع فونداسیون در ساختمانسازی بهشمار میآیند.
انواع فونداسیون سطحی شامل موارد زیر است:
- شالوده منفرد: زیر هر ستون قرار گرفته و بار آن را مستقیماً به زمین منتقل میکند. در صورت تداخل ابعاد چند شالوده منفرد، فونداسیون مرکب تشکیل میشود.
- شالوده نواری: یک نوار بتنی پیوسته است که برای زیر دیوارهای باربر یا ردیفی از ستونها طراحی میشود.
- شالوده گسترده: هنگامیکه شالودههای نواری در اثر افزایش بار یا کاهش مقاومت خاک با یکدیگر تداخل پیدا میکنند، فونداسیون گسترده به وجود میآید. این فونداسیون خود به سه مدل ساده، تیرچهدار و سلولی تقسیم میشود.
فونداسیونهای عمیق
وقتی لایههای سطحی خاک مقاومت کافی برای تحمل بار ساختمان را ندارند، از پیهای عمیق استفاده میشود. در این حالت، انتقال بار به عمقهای پایینتر زمین صورت میگیرد.
فونداسیونهای عمیق معمولاً به دو گروه اصلی تقسیم میشوند:
- فونداسیون تهباربردی: بار را مستقیماً به لایه سخت زمین منتقل میکند.
- فونداسیون اصطکاکی: بار از طریق اصطکاک بین سطح فونداسیون و خاک اطراف به زمین منتقل میشود.
سایر انواع فونداسیون
بهجز نمونههای مرسوم، در برخی پروژههای خاص از فونداسیونهای زیر نیز استفاده میشود:
- فوندانسیون نیمهعمیق: حد فاصل بین پیهای سطحی و عمیق است.
- فوندانسیون ویژه: شامل انواع صندوقی، مهاری، ستونهای شنی و تقویت خاک است.
- فونداسیون شناور: زمانی اجرا میشود که خاک بسیار نرم بوده یا عمق دسترسی به لایه مقاوم زیاد باشد. در این نوع، وزن خاک برداشتشده تقریباً برابر وزن ساختمان ساختهشده است تا تعادل برقرار شود.
انواع فونداسیون بر اساس مصالح
جنس فونداسیونها نیز در نحوه عملکرد و دامنه کاربرد آنها مؤثر است. متداولترین انواع آن عبارتاند از:
- پی بتنی مسلح: رایجترین نوع در ساختمانهای چندطبقه، مقاوم در برابر نیروهای کششی.
- پی بتنی غیرمسلح: برای سازههای سبک و کمارتفاع.
- پی فولادی: مناسب سازههای سنگین و مرتفع.
- پی شفته آهکی: مورد استفاده در خانههای روستایی و ساختمانهای کوچک.
- پی سنگی و آجری: برای بناهای ساده با بار کم کاربرد دارند.
عوامل مؤثر در انتخاب نوع فونداسیون
طراحی فونداسیون باید بر اساس مجموعهای از عوامل صورت گیرد که شامل موارد زیر است:
- طرح معماری و ابعاد پایه ستونها
- مقاومت و نوع خاک
- عمق یخبندان منطقه
- نوع بارگذاری و وزن کل سازه
تغییر هر یک از این پارامترها میتواند نحوه طراحی و عمق فونداسیون را تحت تأثیر قرار دهد.
مراحل اجرایی فوندانسیون در ساختمان
فرآیند اجرای فوندانسیون معمولاً در چند مرحله متوالی انجام میشود:
- گودبرداری و آمادهسازی زمین: خاکهای سطحی برداشتشده و تا رسیدن به لایه مقاوم ادامه مییابد.
- بتن مگر (بتن نظافت): لایهای به ضخامت حدود 10 سانتیمتر در کف پی ریخته میشود تا از تماس مستقیم بتن اصلی با خاک جلوگیری کند.
- آرماتوربندی فوندانسیون: قفس میلگردها براساس نقشه سازهای بسته میشود تا نیروهای کششی کنترل شده و مقاومت پی افزایش یابد.
- بتنریزی فوندانسیون: بتنریزی با کیفیت مناسب و رعایت عملآوری صحیح انجام میشود تا سازه به مقاومت نهایی خود برسد.
نقش خاموت در تقویت فوندانسیون
خاموتها، میلگردهای بستهای هستند که در ستونها و شناژها برای مقابله با نیروهای برشی و جلوگیری از شکست مورب استفاده میشوند. وجود خاموت موجب توزیع یکنواخت تنش، افزایش مقاومت برشی و جلوگیری از ترکخوردگی ناگهانی ستونهای بتنی میشود.
شناژبندی؛ اتصال و یکپارچگی فوندانسیون
شناژ، همان کلاف فولادی میان فونداسیونها است که وظیفه ایجاد پیوستگی بین شالودهها را برعهده دارد. اجرای اصولی شناژ مانع از جابجایی یا ترک در پایههای ساختمان میشود.
نکات مهم در طراحی و اجرای شناژ:
- ارتفاع کلاف حداقل 30 سانتیمتر در نظر گرفته شود.
- شناژها نباید از یکدیگر عبور کنند.
- حداقل چهار میلگرد طولی با قطر 12 میلیمتر مورد نیاز است.
- فاصله خاموتها معمولاً بین 20 تا 30 سانتیمتر انتخاب میشود.
شناژها میتوانند بهصورت افقی یا مورب بین شالودهها اجرا شوند؛ که انتخاب روش مناسب به اختلاف ارتفاع پیها و نوع خاک بستگی دارد.
اهمیت فونداسیون در دوام و ایمنی ساختمان
فوندانسیون پایه اصلی پایداری سازه است. هرگونه ضعف در طراحی یا اجرا میتواند پیامدهای مقیاسی چون نشست سازه، ترک در دیوارها و حتی فروریزش کلی بنا داشته باشد. به همین دلیل رعایت دقیق اصول فنی، استفاده از مصالح استاندارد و نظارت متخصصان در این مرحله از پروژه ضروری است.
آشنایی با فوندانسیون و شناخت انواع مختلف آن، به مهندسان و سازندگان کمک میکند ضمن کاهش هزینههای ساخت، ایمنی و طول عمر بنا را افزایش دهند.