پی و فنداسیون ساختمان

سهیلا خالقی 1399/10/25 47

پی و فنداسیون ساختمان

پی ساختمان یا فنداسیون قسمتی از ساختمان است که وظیفه انتقال نیرو از ستونها به زمین و خاک اطرافش را بر عهده دارد اما میتوان وظیفه ی پی را در 4 مورد بیان کرد:

1-ساختمان بیش از حد نشست نکند

2-مقادیر نشست در نقاط مختلف ساختمان متفاوت نباشد

3-بر اثر بار وارد شده از سمت ساختمان در خاک زیر ساختمان شکست ایجاد نشود

4-از واژگونی ساختمان در برابر نیروهای جانبی جلوگیری نماید

بر اساس نوع ساختمان و کاربری آن و میزان نیروهای وارده، بافت لایه هاو نوع خاک زمین و شرایط آب و هوایی منطقه :میتوان تیپ و ابعاد شالوده را انتخاب و مشخص نمود.عمق ، طول و عرض پی‌ها به وزن ساختمان، تعداد طبقات و نوع خاک محل بستگی دارد.

طراحی پی ساختمانی :

عرض و طول و عمق پی‌ها(Foundation) کاملا بستگی به وزن ساختمان و قدرت خاک محل عمل ساختمان دارد. در ساختمان های بزرگ قبل از شروع کار به وسیله آزمایشات مکانیک خاک قدرت مجاز عملی زمین را تعیین نموده و از روی آن و مهندس محاسب از روی آن ابعاد فونداسیون ها را تعیین می کند. ولی در ساختمان های کوچک در اغلب مواقع قدرت مجاز عملی زمین با مشاهده خاک پی ساختمان و دیدن طبقات آن و طرز قرار گرفتن دانه ها بر روی همدیگر و یا ضربه زدن به وسیله کلنگ به محل پی ساختمان قابل تشخیص می باشد.

انواع پی ساختمان و فونداسیون ها :

پی‌ها را نسبت به نوع مصالح و عمق قرارگیری و سیستم ساخت آن می توان به ۳ گروه تقسیم کرد : گروه اول شامل انواع فونداسیون از نظر نوع مصالح آن مانند پی‌های سنگی ، آجری ، شفته ای ، بتنی ، گروه دوم شامل انواع فونداسیون از نظر سیستم ساخت آن مثل : پی‌های تکی یا منفرد ، نواری ، گسترده ، فونداسیون مشترک و شالوده های های کلاف شده می باشد .

گروه اول : تقسیم بندی براساس نوع مصالح

  • پی  ساختمان سنگی :

این نوع از فنداسیون از سنگ های طبیعی و در مناطقی که سنگ ارزان در دست رس باشد ساخته می شود سنگی که در برای این گونه پی ها انتخاب می گردد باید سالم ( نپوسیده ) بوده و از انواع سنگ های لاشه شکسته باشد سنگ های قلوهای به علت صیقلی و مدور بودن آن برای بی سازی مناسب نمی باشد زیرا حالت ناپایدار به فنداسیون می دهد . سطح پی سازی با سنگ باید از دیوار هایی که روی آن قرار دارد وسیع تر و از هر طرف دیوار حداقل ۱۵ سانتیمتر عنوان ریشه گسترش داشته باشد . پی سازی با سنگ با دو نوع ملات صورت می گیرد . چناچه بار و فشار کم باشد ملات سنگ ها را از نوع گل آهک و چنانچه بار زیاد باشد ملات ماسه سیمان انتخاب می شود و استفاده از ملات ماسه سیمان ، ماسه و آهک و یا ملات باشد و از پی های سنگی فقط و ساختمانهای یک طبقه . پی دیوارهای محوطه استفاده می شود .

 

  • پی ساختمان آجری :

از پی‌های آجری در مواقعی استفاده می کنند که ساختمان کوچک و باروارده نیز کم باشد در ضمن از پی های سنگی نیز به علت گرانی و کمیابی سنگ نتوان استفاده کرد این فونداسیون نیز مانند پی‌های سنگی بایستی دارای ریشه ای به اندازه ۱۵ تا ۲۰ سانتی متر از طرفین دیوار روی آن باشد برای این منظور است که عرض پی کنی نیز ۳۰ تا ۴۰ سانتی متر از عرض دیوار بیشتر باشد این مقدار اضافه عرض همچنین عمل آجر چینی در داخل پی ساختمان را آسان تر می نماید چون زاویه پخش بار در پی عالی آجری در حدود ۶۰ درجه می باشد برای صرفه جویی در مصرف آجر بهتر است آن را به شکل پلکانی در آورد .

 

  • پی ساختمان شفته ای :

ساده ترین و در عین حال ابتدایی ترین پی سازی برای ساختمان کوچک ۲ یا ۳ طبقه آجری است . شفته خمیری است از مخلوط خاک ، آب ، شن و گردآهک که در هر متر مکعب خاک آن بن ۲۰۰ تا ۲۵۰ کیلو گرم آهک به کار می رود . گاهی نیز بنابر لزوم مقداری پاره سنگ به آن می افزایند . طریقه شفته ریزی بدین صورت است که شفته را در پی ریخته و پس از آنکه شفته به حدود ۲۰ یا ۳۰ سانتی متر رسید آن را در یک سطح افقی هموار می کنند و یک روز آن را به حالت خود می گذارند . تا آبش در اثر تبخیر یا جذب کاهش باید ( اصطلاحا دونم شود ) سپس آن را با وزنه ی سنگینی ( تخماق ) می کوبند تا کاملا متراکم گردد . مجددا به همان ارتفاع شفته ریزی انجام گرفته و تا پر شدن پی همچنان ادامه می یابد .

 

  • پی بتنی :

بتن را می توان یکی از مقاومترین و مستحکم ترین سنگ های مصنوعی دانست . لذا پی هایی که با بتون ساخته می شود ، بهترین پی در کارهای ساختمان به شمار می آیند . امروزه توصیه می شود . که پی کلیه ی ساختمانها را با بتون مسلح بسازند به خصوص در مناطق زلزله خیزی نظیر شهر های جنوب خراسان ، دامنه های سلسله ی جبال البرز ، قزوین حتی برای ساختمان سبک و یک طبقه نیز پی های بتونی از نوع نواری آن بسیار مناسب خواهد بود . زاویه ی پخش بار در پی های بتنی بین ۳۰ تا ۴۵ درجه می باشد . لذا می توان این گونه پی ها را پلکانی یا به صورت هرم ناقص ( سومل ) ساخت و از مصرف اضافی بتن صرفه جویی نمود . پی سازی با بتن بدین طریق انجام می گیرد که ابتدا کف پی را به اندازه تقریبی ۱۰ سانتی متر بتن کم سیمان با نام مکر می ریزند . که سطح خاک و بتن اصلی را از هم جدا کرده و همچنین سطح پی را جهت بتن ریزی اصلی تراز نمایند . سپس روی بتن مگر داخل پی را با تخته قالب بندی می کنند و پس از آماده شدن قالب بتن ساخته شده را داخل قالب ریخته و خوب می کوبند ویبرا تور ( لرزاننده ) به آن ارزش می دهند.

تا بتون اصطلاحا جا بیفتد یعنی دانه های شن ماسه در بتون عمل جایگیری را کاملا انجام دهند و متراکم گردند . بارگذاری روی پی های بتنی بایستی حداقلهفت روز پس از پی ریزی انجام می گیرد . ضمنا باید توجه داشت ، چنانچه بتون از نوع مسلح باشد ، باید ابتدا میلگرد در قالب جاسازی شده ، سپس بتن ریزی صورت گیرد ، از این پی شفته در ساختمان های اسکلت فلزی استفاده می شود.

گروه دوم : تقسیم بندی براساس عمق قرارگیری پی

به طور کلی چنانچه لایه مقاوم درنزدیکی سطح زمین قرار گرفته باشد، فونداسیون در سطح و در غیر این صورت برای رسیدن به لایه مقاوم عمق پی افزایش می یابد.

به طور کلی پی ها به ۳ دسته تقسیم بندی می شوند :

1-پی های سطحی

2-پی های عمیق

3-پی های نیمه عمق

گروه سوم : تقسیم بندی براساس سیستم ساخت و عملکرد

  • پی‌های منفرد:
  • انواع پی های منفرد
  • این پی‌ها برای تحمل بار محوری یک ستون طراحی می‌شوند، اما بدلیل ضعف‌های ساختاری که در این پی‌ها دیده می‌شود لازم است که چند نکته رعایت شود: ابتدا باید دانست که این پی‌ها قادر به انتقال لنگر نیستند، و لذا نباید ستون خروج از مرکزیت داشته باشند، چرا که واژگون می‌شوند. این پی‌های نیز باید برای بارهای محوری متعارف طراحی شوند، چون با بالا رفتن نیروی محوری اگر مقاومت مجاز بستر کم باشد ناچاریم که ابعاد شالوده را بزرگ طراحی کنیم. ضمننا مقدار نشست مجاز برای این پی‌ها کم تر از بقیه می‌باشد، در هنگام زلزله نیز این پی‌ها مقاومت کمی نشان داده و در اثر آن شاهد بلند شدن آن‌ها از بستر می‌شویم. همچنین این پی‌ها نباید بر روی بستر‌های مستعد تورم یا اصطلاحا متورم ساخته شوند. در اماکنی که خاک بستر متغیر می‌باشد نیز نباید از این نوع پی استفاده کرد چون موجب نشست غیر متقارن می‌شوند. از دیدگاه ضخامت یا مقطع قائم، پی های منفرد و یا تک ممکن است به صورت ثابت، پله ای و یا شیبدار باشند.
  • استفاده از پی های منفرد برای ساختمان های با تعداد طبقات کم) حدود ۲ طبقه( با ستون های ترجیحا دارای فقط بار قائم و واقع در مرکز پی(بدون خروج از مرکزیت) توصیه می گردد.
  • پی های منفرد به وسیله یک المان محوری به نام شناژ در ۲ امتداد طولی و عرضی به یکدیگر متصل می گردند.
  • شناژ عنصری است که هیچ نقشی در تحمل بارهای وارده و انتقال آنها به زمین نداشته و نمی تواند نشست نسبی را کنترل کند.
  • تنها وظیفه شناژ، به هم کلاف کردن پی و جلوگیری از حرکت افقی آنها نسبت به یکدیگر است.

پی های نواری:

به پی‌هایی پی نواری گفته می‌شود که دو ستون و یا بیشتر بروی آن قرار می‌گیرد. اگر این پی‌ها به شکل فقط یک ردیف طراحی شوند به آن‌ها همان پی نواری گفته می‌شود که معمولا زیر دیوار‌های باربر قرار می‌گیرند، اما اگر در دو جهت اجرا شوند به پی‌های نواری دو طرفه معروف هستند و کاربرد فراوانی در طراحی برای انواع ساختمان را دارند. چون آرماتور‌های اصلی استفاده شده در طراحی این پی‌ها در راستای طولی استفاده می‌شود و آرماتور‌های عرضی فقط برای روبرویی با اثرات دما و نشست استفاده می‌شوند و لذا این پی‌ها نسبت به پی‌های گسترده به آرماتور کمتری نیاز دارند. مجموعه پی‌های شبکه‌ای یا نواری دو طرفه مثل دال عمل می‌کنند و توزیع تنش یکنواختی از خود نشان می‌دهند و این امر باعث نشست متقارن در این پی‌ها می‌شود.

پی گسترده:

در صورت اجرای پروژه های بزرگ و سنگین بر روی زمین های با مقاومت کم و یا وجود تفاوت قابل ملاحظه بار دیوارها و ستون های مجاور ، جهت حصول عکس العمل یکنواخت و به حداقل رساندن نشست های غیر یکنواخت، هنگامی که استفاده از پی های منفرد و یا نواری میسر نبوده و یا بخش عمده زمین زیربنا توسط پی های منفرد ، نواری و یا شبکه ای اشغال شود،

تمام محدوده زیربنا به ساخت پی ساختمان اختصاص داده شده و تمامی بارهایدیوارها و ستون ها توسط یک دال یکپارچه تحمل می شود، به این سیستم ، فنداسیون گسترده گفته می شود.

توزیع یکنواخت تر تنش و کاهش نشست غیر یکنواخت شالوده از مزایای پی گسترده است.

  • پی‌های مشترک :

هر گاه برای دو و یا چند ستون یک فونداسیون ساخته شود پی ساختمان را مشترک گویند . پی مشترک وقتی مورد استفاده قرار می گیرد که :

۱- فاصله پی‌ها از یکدیگر کم بوده و یا طوری باشد که سطح پی‌ها ، یکدیگر را بپوشانند .
۲-یکی از پی‌ها در کنار زمین همسایه قرار گرفته باشد

۳-وقتی که به علت طول زیاد یک بنا مجبور باشیم ساختمان را درز انبساط ( ژوئن ) بسازیم . در این صورت برای ستون های مجاور درز انبساط فنداسیون مشترک در نظر می گیرد . چنانچه در فنداسیون برای بار های مختلف خواسته باشیم پی مشترک طرح نمائیم . پی مزبور به شکل ذوزنقه ای خواهد که تا عده ی کوچک در طرف بار کمتر و قاعده بزرگ آن در جهت باریستنر باشد .

  • پی‌باسکولی :

برای جلوگیری از چرخش فونداسیون و تیر و در کنار دیوار همسایه از فونداسیون باسکولی یا استواپییم استفاده می شود

 

  • پی‌های کلاف شده :

اتصال دو فونداسیون فنرو توسط شناژ ( بتن آرمه ) را پی کلاف شده می نامند . در مناطق زلزله خیز بهترین نوع شالوده از نوع فونداسیون برای ساختمانهای مسکونی معمولی به حساب می آید . در حالتی که ضخامت شفاژ از ارتفاع پی کمتر باشد ، به دو صورت اتصال صورت می گیرد :

  • سطح بالایی شناژ و سطح بالایی پی در یک امتداد قرار می گیرد .
  • سطح زیر شناژ با سطح زیر پی در یک امتداد قرار می گیرد .

 

  • پی‌های شمعی :

شمعها اعضایی از جنس فولاد ، بتن ، بتن مسلح ، و چوب می باشند که در صورت مناسب نبودن ظرفیت باربری زمین برای استفاده از شالوده های سطحی ، از آنها برای ساخت شالوده های عمیق ( شالوده های شمعی ) استفاده می شود . وقتی که لایه یا لایه های فوقانی خاک دارای قابلیت فشردگی زیاد و یا خیلی ضعیف باشند ، به طوری که نتوان از شالوده سطحی برای توزیع بار ساختمان استفاده کرد ، شالوده های شمعی برای انتقال بار به لایه تحتانی محکمتر و یا سنگ بستر مورد استفاده قرار می گیرند. وقتی که بستر سنگی و یا لایه محکمتر تحتانی در عمق معقولی از سطح زمین قرار نداشته باشد ، از شمع برای انتقال تدریجی بار استفاده میشود . در این حالت ، بیشتر مقاومت شمع از طریق نیروی اصطکاک بین سطح تماس شمع و خاک ( مقاومت جلدی ) تامین میشود . اگر شمع ها تحت تاثیر نیروی افقی قرار گیرند ، در حالی که هنوز قابلیت حمل بار های قایم را دارا هستند ، می توانند به وسیله خمش ، نیرو های افقی راحمل نمایند . این وضعیت اغلب در شالوده سازه های حایل خاک که وظیفه آنها مقاومت در مقابل فشار جانبی خاک است و یا ساختمان های بلند که تحت تاثیر نیروی باد یا زلزله قرار دارند ، پیش می آید .

مراحل پی و فونداسیون سازی ساختمان :

پی‌سازی چند مرحله دارد :

  1. آزمایش زمین از لحاظ مقاومت
  2. پی کنی
  3. پی سازی

پی سازی :

بعد از اینکه عمل پی کنی ساختمان به پایان رسید را باید با مصالح مناسب بسازند تا به سطح زمین رسیده و قابل قبول برای هر گونه بنا باشد مصالحی که در پی بکار میرود باید قابلیت تحمل فشار مصالح بعدی را داشته باشد و ضمناً چسبندگی مصالح نسبت به یکدیگر به اندازه ای باشد که بتوانند در مقابل بارهای بعدی تحمل کند و فشار را یکنواخت به تمام پی ها انتقال دهد چون هرچه ساختمان بزرگتر باشد فشارهای وارده زیادتر بوده و مصالحی که در پی بکار می رود باید متناسب با مصالح بعدی باشد .
پی سازی را با چند نوع مصالح انجام می دهند مصالحی که در پی بکار می رود عبارتند از شفته آهکی ، پی سازی با سنگ ، پی سازی با بتن ، پی سازی با بتن مسلح .

  • پی سازی با سنگ :

پس از اینکه عمل پی کنی به پایان رسید پی سازی با سنگ باید از دیوارهایی که روی آن بنا میگردد وسیع تر بوده و از هر طرف دیوار حداقل ۱۵ سانتیمتر گسترش داشته باشد یعنی از دو طرف دیوار ۳۰ سانتیمتر پهن تر می باشد که دیواری را رد وسط آن بنا می کنند ، پی سازی با سنگ با دو نوع ملات انجام می شود چنانچه بار و فشار بعدی زیاد نباشد ملات سنگها را از ملات گل و آهک چنانچه فشار و بار زیاد باشد ملات سنگ را از ملات ماسه و سیمان استفاده می کنند اول کف پی را ملات ریزی نموده و سنگها را پهلوی یکدیگر قرار میدهند و لابِلای سنگ را با ملات ماسه و سیمان پر میکنند (غوطه ای) به طوری که هیچ منفذ و سوراخی در داخل پی وجود نداشته باشد و عمل پهن کردن ملات و سنگ چینی تا خاتمه دیوار سازی ادامه پیدا می کند .

  • پی سازی ساختمان با بتن :

پس از اینکه کار پی کنی به پایان رسید کف پی را به اندازه تقریبی ۱۰ سانتیمتر بتن کم سیمان بنام بتن مِگر می ریزند که سطح خاک و بتن اصلی را از هم جدا کند روی بتن مگر قالب بندی داخل پی را با تخته انجام میدهند همانطور که در بالا گفته شد عمل قالب بندی وسیع تر از سطح زیر دیوار نقشه انجام میگیرد تمام قالب ها که آماده شد بتن ساخته شده را داخل قالب نموده و خوب می کوبند و یا با ویبراتور به آن لرزش وارد آورده تا خلل و فرج آن پر شود و چنانچه بتن مسلح باشد ، داخل قالب را با میله های گرد آرماتور بندی و بعد از آهن بندی داخل قالب را با بتن پر میکنند .
بتن ریزی در پی و آرماتور داخل آن به نسبت وسعت پی برای ساختمان های بزرگ قابلیت تحمل فشار هر گونه را میتواند داشته باشد و بصورت کلافی بهم پیوسته فشار ساختمان را به

تمام نقاط زمین منتقل می کند و از شکست و ترک های احتمالی جلو گیری بعمل می آورد .

 

▪ انجام عملیات در زمین های خاک دستی و سست :

پس از پیاده کردن اصل نقشه روی زمین محل پی‌های اصلی و یا در تقاطع پی ها که فشار پایه ها روی آن می باشد چاه هائی حفر میشود ، عمق این چاهها به قدری می باشد تا به زمین سفت و سخت برسد بعداً محل چاه ها را با شفته آهکی پر کرده و پس از پر کردن چاه ها و خودگیری شفته ، پی ها را به طریقه معمول روی شفته چاه ها شفته ریزی میکنند ، شفته ها به صورت کلافی می باشند که زیر آنها را تعدادی از ستون های شفته ای نگهداری میکند و از فرو ریختن آن جلوگیری می نمایند البته باید سعی کرد که فاصله ستون های شفته ای نباید بیش از سه متر طول باشد .
خاصیت چاه ها بدین طریق می باشد که شفته پس از خودگیری مانند ستونهایی است که زیر زمین بنا شده است و شفته روی آن مانند کلافی پایه را به یکدیگر متصل می کنند برای مقاومت بیشتر در ساختمان پس از اینکه آجر کاری پایه ها را شروع نمودیم ما بین پایه ها را مطابق شکل با قوسهایی به یکدیگر متصل میکنند تا پایه ها عمل فشار به اطراف خود را خنثی نموده و فشار خود را در محل اصلی خود یعنی در محلی که شفته ریزی آن به زمین بِکر رسیده متصل میکند .
گاهی اتفاق می افتد که در ساختمان در محل بنای یکی از پایه ها چاه های قدیمی وجود دارد و بقیه زمین سخت بوده و مقاومت به حد کافی برای ساختن ساختمان روی آنرا دارد برای اینکه براحتی بتوان پایه را در محل خود ساخت و محل آن را تغییر نداد چاه را پس از لای روبی (پاک کردن ) با شفته آهک پر مینماییم موقعیکه شفته خودگیری خود را انجام داد روی آنرا یک قوس آجری ساخته و در محل انتهای کمان پایه را بنا میکنیم که فشار دیوار با اطراف چاه منتقل گردد .
در بعضی مواقع چاه کنی در این گونه زمین ها خطرناک می باشد . زیرا زمین ریزش دارد و به کارگر صدمه وارد میاورد و در موقع کار ممکن است او را خفه کند برای جلوگیری از ریزش زمین باید از پلاکهای بتنی یا سفالی که در اصطلاح به آنها گَوَل (در شهرستانها گوم و غیره ) مینامند استفاده شود گَوَل های بتنی یک تکه و دو تکه ای و گول های سفالی یک تکه میباشد . گول های بتنی را بوسیله قالب می سازند و گول های سفالی بوسیله دست و گل رس ساخته شده و در کوره های آجری آن را می پزند تا بشکل سفالی در آید از این گول ها در قنات ها نیز استفاده میشود .

▪ طریقه عمل :

مقداری از زمین که بصورت چاه کنده شده گول را بشکل استوانه ای ساخته میباشد داخل محل کنده شده نصب و عمل کندن را ادامه میدهند در این موقع دو حالت وجود دارد یا اینکه گول اولی که زیر آن در اثر کندن خالی شده براحتی پایین رفته گول دوم را نصب میکنیم یا اینکه گول اول در محل خود با فشار خاک که به اطراف آن آمده تنگ می افتد و نمی تواند محل خود را تغییر و یا پایین تر برود در این موقع از گول های دو تکه ای استفاده مینماییم نیمی را در محل خود نصب و جای آنرا محکم نموده و نصفه دوم را پس از کندن محل آن نصب می نماییم و عمل پی کنی را بدین طریق ادامه میدهیم .
پی کنی در زمین های سست مانند خندق هائی که خاک دستی در آنها ریخته شده است و مرور زمان هم اثری برای محکم شدن آن ندارد و یا زمین های باتلاقی و غیره ضروری می باشد .
زمین هائی که قسمت خاک ریزی شده در آنها به ارتفاع کم می باشد و یا باتلاقی بودن آن به عمق زیادی نرسد میتوان در این قبیل زمین ها پی کنی عمقی انجام داد و برای جلوگیری از ریزش خاک آنرا با تخته و چوب قالب بندی نموده تا به زمین سخت برسد .
البته قالب بندی در اینگونه زمین ها خالی از اشکال نمی باشد باید با منتهای دقت انجام گیرد پس از انجام کار قالب بندی شفته ریزی شروع میشود و چون تخته های قالب در طول قرار دارد میتوان پس از شفته ریزی تخته دوم را شروع کرد به همین منوال تمام پی ساختمان ها را میتوان شفته ریزی کرد بدون اینکه تکه ای و یا تخته ای از قالب زیر شفته بماند .

 

دیدگاه ها (0)

شما هم دیدگاه خود را با ما در میان بگذارید :

نام :

ایمیل :

دیدگاه شما :