فونداسیون یا پی ساختمان چیست؟ معرفی، مقایسه و کاربرد انواع پی

فونداسیون یا پی ساختمان یکی از حیاتی‌ترین اجزای هر سازه محسوب می‌شود. وظیفه اصلی فونداسیون، انتقال بار ساختمان به زمین و ایجاد پایداری برای کل سازه است. به‌بیان ساده، فونداسیون همان پایه‌ای است که تمام وزن ساختمان روی آن قرار می‌گیرد. در این مقاله از وب‌سایت داکیا، به‌صورت جامع و کاربردی به این پرسش که فونداسیون چیست؟ پاسخ می‌دهیم و به معرفی و بررسی انواع فونداسیون یا پی ساختمان، کاربردهای آن‌ها، مزایا و معایب هر نوع فونداسیون، تفاوت بین فونداسیون، پی و شالوده، معرفی پی های سطحی و عمیق و تفاوت آن ها خواهیم پرداخت.

فونداسیون یا پی ساختمان چیست؟

فونداسیون یا پی ساختمان (به انگلیسی: Foundation و به فرانسوی: Fondation) عبارت است از سازه زیرین و بخشی از خاک مجاور آن که بار اعمال شده روی سازه و همچنین وزن خود سازه را به یک منطقه گسترده‌تر از خاک و زمین منتقل‌ می‌کند. بدین طریق پی ساختمان (فونداسیون) از افزایش بیش از اندازه بار و گذر از ظرفیت تحمل نهایی سازه و خاک جلوگیری‌ می‌کند و در نتیجه کل سازه در یک بازه قابل تحمل از بار قرار‌ می‌گیرد. مهم‌ترین نقش فونداسیون تحمل وزن ساختمان و جلوگیری از ریزش ساختمان است. برای هر سازه از انواع پی متناسب باشرایط پروژه استفاده می گردد.

كلیه سازه هایی كه بر روی زمین بنا می شوند از جمله ساختمان ها، پل ها، خاكریز ها از دو بخش تشكیل می شوند.

1. سازه فوقانی (superstructure): بخش نمایان سازه
2. سازه زیرین (substructure): بخش مدفون سازه

همانطور که گفته شد پی ساختمان یا فونداسیون بخش زیرین سازه میباشد.

تاریخچه و معنی فونداسیون چیست؟

كلمه فونداسيون از واژه فرانسوی Fondation (با تلفظ فونداسيون) به معنی اساس و بنياد اقتباس شده است. در زبان انگليسی نیز به پی ساختمان Foundation گفته می‌شود كه به همان معنی بنیاد، اساس و پایه است. با توجه به اینکه مهندسین فرانسوی در قرن بیستم در ساخت و ساز های زیربنایی فعالیت های گسترده ای داشتند، بسیاری از واژه های مهندسی همچون شناژ، پوتر و … از واژه های فرانسوی اقتباس شده اند و حتی در زمان حال از آن ها استفاده می شود. معنی و معادل فارسی واژه فونداسیون، “پی” می باشد. اما به اشتباه در بعضی از کتاب ها و متن های فنی از واژه شالوده به عنوان معنی و معادل فارسی فونداسیون استفاده می شود. در ادامه تفاوت پی یا فونداسیون با شالوده ساختمان پرداخته می شود.

تفاوت فونداسیون با شالوده چیست؟

همانطور که گفته شد یکی از اشتباهات رایج بین مهندسین یکی دانستن پی با شالوده است. اما فونداسیون یا پی ساختمان از دو عنصر سازه‌ای (بتن و میلگردها) و غیر سازه‌ای (خاک زیر پی) تشکیل‌شده است که تنها به این المان‌های سازه‌ای، شالوده گفته می شود. در واقع فونداسیون به ترکیب قسمت سازه‌ای و غیر سازه‌ای گفته می شود اما شالوده فقط قسمت سازه‌ای است. با این حال به صورت عامیانه منظور از پی، فونداسیون و شالوده یک چیز است.

وظیفه فونداسیون یا پی در ساختمان چیست؟

به طور خلاصه نقش و وظیفه پی ساختمان شامل موارد زیر است.

• توزیع بار سازه در یک منطقه وسیع از خاک
• جلوگیری از نشست نامتعادل و نامتقارن سازه
• جلوگیری از حرکات جانبی سازه
• افزایش ثبات و پایداری سازه

چرا از انواع گوناگون فونداسیون در ساختمان های گوناگون استفاده می کنند؟

انواع گوناگونی از خاک ها با ویژگی‌ های فیزیکی و ساختاری متفاوت وجود دارد که هر یک از آن‌ ها دارای ظرفیت تحمل منحصر به فرد هستند. از این رو بسته به نوع خاک، اندازه و نوع سازه و بار ناشی از سازه، از انواع پی مختلف، متناسب با شرایط هر پروژه استفاده می شود.

عوامل موثر در انتخاب انواع پی و فونداسیون ساختمان

علاوه بر توجه به مسائل فنی مانند نوع خاک و مقاومت آن و میزان بار وارده از ساختمان به زمین‌ که همگی تعیین کننده نوع پی و اندازه آن است از جمله عوامل قابل توجه‌ آگاهی یافتن از شرایط اقلیمی و آب و هوایی‌، موقعیت جغرافیایی و اطلاع از وضعیت اقتصادی و فرهنگی مردم آن منطقه است که به کمک آن می‌توان دریافت که کدام مکان با چه نوع کاربری و با چه میزان سرمایه گذاری‌ دارای قابلیت ساخت و ساز است.

بر این اساس شرایط ساخت سازه برای هر مکان با توجه به شرایط ژئوتکنیکی و قرار گیری آن پروژه در شهر یا روستا، کویر یا کوهستان، جلگه یا سواحل دریا‌ و مناطق زلزله خیز نیز متفاوت بوده و توجه به این نکات مهم می باشد.

فونداسیون ساختمان های بلند و برج ها

معمولا طراحی و ساخت فونداسیون در ساختمان‌های نه‌چندان‌بلند، امکان‌پذیر است و نیاز به تحلیل‌های خیلی پیچیده‌ ندارد. در این نوع پروژه‌ها، لایه‌های خاک معمولا قادر به تحمل بارهای نسبتا کم ساختمان هستند و انتخاب نوع پی معمولا ساده‌تر می‌شود. در نقطه مقابل، در برج‌ها و ساختمان‌های بلند، شرایط پیچیده‌تری وجود دارد. در این نوع پروژه‌ها، بارهای وارد بر پی بسیار بیشتر است و نیاز به تحلیل دقیق‌تر و شبیه‌سازی‌های پیچیده‌تری برای انتخاب نوع پی دارند. فونداسیون ساختمان های بلند و برج ها نیاز به آزمایش‌های میدانی و آزمایشگاهی پیشرفته‌تر، تحلیل‌های دینامیکی و شبیه‌سازی‌های سه‌بعدی برای پیش‌بینی رفتار سازه و خاک در برابر بارهای سنگین و شرایط محیطی دارند.

انواع پی یا فونداسیون ساختمان

پی‌ ها را نسبت به نوع مصالح و عمق قرارگیری آن می توان به 2 گروه تقسیم کرد.

گروه اول: تقسیم بندی براساس نوع مصالح

پی سنگی:

این نوع از پی ها از سنگ های طبیعی و در مناطقی که سنگ، ارزان و در دسترس باشد ساخته می شود سنگی که برای این گونه پی ها انتخاب می گردد باید سالم بوده و از انواع سنگ های لاشه شکسته باشد.

پی آجری:

از پی‌ های آجری در مواقعی استفاده می کنند که ساختمان کوچک و بار وارده نیز کم باشد این فونداسیون نیز مانند پی‌های سنگی بایستی دارای ریشه ای به اندازه ۱۵ تا ۲۰ سانتی متر از طرفین دیوار روی آن باشد.

پی 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 گرد آهک که در هر متر مکعب خاک آن بین ۲۰۰ تا ۲۵۰ کیلو گرم آهک به کار می رود. گاهی نیز بسته به شرایط مقداری پاره سنگ به آن می افزایند .

پی بتنی:

بتن را می توان یکی از مقاومترین و مستحکم ترین سنگ های مصنوعی دانست. لذا پی هایی که با بتن ساخته می شود، بهترین پی در کارهای ساختمان به شمار می آیند. امروزه توصیه می شود که پی کلیه ساختمانها به خصوص در مناطق زلزله خیز را با بتن مسلح بسازند. حتی برای ساختمان های سبک و یک طبقه نیز پی های بتنی از نوع نواری آن بسیار مناسب است.

گروه دوم: تقسیم بندی انواع پی براساس عمق قرارگیری فونداسیون

به طور کلی پی ها را از نظر عمق قرارگیری در سه دسته پی عمیق و پی سطحی یا کم عمق قرار‌ می‌دهند. اصطلاح پی سطحی و پی عمیق اشاره به مقدار عمق خاک دارد که پی در آن قرار گرفته است. به طور کلی اگر پهنای پی از عمق آن بیشتر باشد به آن پی سطحی یا کم عمق می گویند و اگر پهنای پی کوچک‌تر از عمق آن باشد، آن را به‌عنوان یک پی عمیق در نظر‌ می‌گیرند. با این وجود، پی‌های سطحی و عمیق هر یک به انواع مختلفی دسته بندی می شوند که در زیر ارائه می گردد:

انواع پی یا فونداسیون بر اساس عمق

به طور کلی پی ییا فونداسیونرا به چهار گروه عمده می توان تقسیم نمود:

1. پی های سطحی (shallow foundation) ( D/B < 3)
2. پی های نیمه عمیق (shallow foundation) (3 < D/B < 10)
3. پی های عمیق (deep foundation)  (D/B > 3)
4. پی های ویژه (special foundation)

تقسیم بندی انواع فونداسیون در فوق بر اساس عمق شالوده به عرض شالوده (D/B) صورت گرفته است که در ادامه به معرفی و بررسی آن ها پرداخته می شود.

1- پی های سطحی (Shallow foundation)

پی سطحی بار سازه را به خاک نزدیک سطح زمین (و نه به لایه های عمیق خاک) منتقل می کند. پی های سطحی عموما برای سازه های سبک و سازه هایی ک از خاک با مقاومت مناسب برخوردارند به کار می روند. در فونداسیون سطحی نسبت عمق به عرض بین 3 و کمتر از 3 متر می باشد. (D/B < 3)

انواع فونداسیون یا پی سطحی (غیر عمیق)

• پی‌ منفرد یا پی تکی (Isolated footing)
• پی مرکب (Combined footing)
• پی کلاف دار یا باسکولی (Strap footing)
• پی نواری (Strip footing)
• پی شبکه ای (Grid footing)
• پی گسترده (Mat footing)

در ادامه مقاله به معرفی و بررسی انواع پی سطحی پرداخته می شود.

1- پی‌ منفرد (Isolated Footing)

پی های منفرد معمول ترین و ساده‌ترین نوع پی هستند و معمولا زمانی مورد استفاده قرار می گیرند که تعداد طبقات ساختمان کم (حدود 2 طبقه) باشد و ستون ها دارای بار قائم و واقع در مرکز پی (بدون خروج از مرکزیت) باشند. پی های منفرد به وسیله یک المان محوری به نام شناژ در 2 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 می باشد.

انواع پی منفرد

پی ساده:

در این حالت ستون‌ها به ساده‌ترین شکل ممکن بر روی پی‌های منفرد قرار می‌گیرند و از هرگونه تغییر در مساحت با توجه به بالا رفتن ارتفاع فونداسیون‌ها جلوگیری می گردد. معمولاً ساده‌ترین نوع طراحی و اجرای پی‌های تکی همین مورد می‌باشد زیرا با توجه به روند طراحی هیچ‌گونه مشکل در انتقال نیروهای برشی و خمشی و سایر نیروهای تأثیرگذار در طراحی وجود ندارد.

پی پله‌ای:

در این پی با توجه به بالا رفتن ارتفاع شالوده مساحت قسمتی که ستون بر روی آن قرارگرفته است کمتر و کمتر می گردد.

در بسیاری از مواقع در هنگام طراحی احساس می گردد که ستون به ‌عنوان یک تکیه‌گاه دارای نیروی برشی بسیار زیاد می‌باشد و ستون و فونداسیون در انتقال برش با مشکل روبه‌رو می‌شوند. در این حالت می‌توان از پی‌های پله‌ای استفاده گردد.

پی‌ های شیب‌دار:

دقیقاً همانند پی‌های پله‌ای زمانی که در انتقال نیروهای مورد نظر طراحی مخصوصاً نیروی برشی مشکل وجود داشته باشد، می‌توان از پی‌های شیب‌دار استفاده گردد. تفاوت پی‌های شیب‌دار و پی‌های پله‌ای به صورت عمده این است که پی‌های شیب‌دار به صورت غیرمتمرکز مساحت آنها افزایش می‌یابد اما در پی‌های پله‌ای با بالا رفتن و پایین آمدن ارتفاع یک مساحت جدید مشاهده می گردد و در واقع مساحت پی‌های شیب‌دار با ارتفاع رابطه خطی دارد. طبیعی است که اجرای پی‌های شیب‌دار مقداری دشوارتر از پی‌های پله‌ای می‌باشد.

پی های وزنی:

پی‌های وزنی دسته چهارم انواع پی‌های منفرد می‌باشند. پی‌های وزنی مانند وزنه‌ای عمل می کنند که به پای ستون‌ها بسته شده اند. این وزنه سنگین موجب می‌شود که نیروهای جانبی زیاد بر روی ستون عملاً کاری را از پیش نبرد. هنگامی که نیروهای جانبی بسیار خطرناک هستند از پی‌های وزنی بیشتر استفاده می شود.

کاربرد فونداسیون منفرد

پی‌های منفرد با اینکه از ساده‌ترین و کم‌توان‌ترین نوع پی ها‌ هستند، به طور عمده در چند حالت خاص استفاده می گردند:

1- معمولاً در بسیاری از سازه‌های صنعتی استفاده از پی‌های منفرد بسیار رایج می‌باشد. به عنوان ‌مثال در سوله که می‌تواند مصارف صنعتی و یا انبار داشته باشد. در این ساختمان‌های صنعتی با توجه به فاصله زیاد بین ستون‌ها و همین‌طور وزن کم سازه سوله می‌توان از پی‌های منفرد یا پی‌های تکی استفاده کرد. توجه داشته باشید که امر طراحی انتخاب بین خوب و خوب‌تر می‌باشد. شاید با انتخاب پی‌های نواری و پی‌های باسکولی جواب مناسب از سازه گرفته شود. اما زمانی که بحث اقتصادی بودن پروژه مطرح می‌شود بهترین انتخاب پی‌ منفرد یا سطحی می‌باشد.

2- در ساختمان‌های کوتاه مرتبه به دلیل اینکه بارهای مرده ساختمان بسیار کمتر از سایر ساختمان‌ها می‌باشد و سازه طراحی شده وزن کمی دارد یا بار کمی به فونداسیون منتقل می‌شود می‌توان از پی‌های منفرد استفاده کرد.

3- در مواقعی که سازه بسیار سبک می‌باشد می‌توان از پی‌های منفرد استفاده کرد. به‌طورکلی هرجایی که حجم بار وارد بر شالوده در قیاس با مقاومت مجاز خاک آن قدر زیاد نباشد که منجر به ابعاد بزرگ و غیرمتعارف شالوده باشد می‌توان از پی‌های منفرد یا تکی استفاده کرد.

4- در مواقعی که ستون روی شالوده خروج از مرکزیت ایجاد نکرده باشد و به عبارتی ستون در مرکز شالوده یا حدوداً در مرکز پی منفرد قرار گرفته باشد می توان از پی منفرد استفاده کرد.

معایب فونداسیون یا پی‌ منفرد

1) نشست نامتقارن:

بسیاری از مواقع در طراحی پی‌های منفرد ممکن است که ستونی بیشتر از سایر ستون‌های موجود در قاب خمشی نیرو را منتقل کند و در نتیجه نشست نامتقارن در قاب به وجود بیاید. یکی از ضعف‌های بزرگ پی‌های منفرد، نشست‌های نامتقارن می‌باشد که معمولاً برای حل این مشکل، پی به گونه ای طراحی می شود که ستون‌های موجود در یک قاب به طور مساوی نیرو را منتقل بکنند و یا از کلاف‌ها یا شناژ هایی برای اتصال این پی‌های منفرد به یکدیگر استفاده می شود.

2) کج شدن فونداسیون:

در بسیاری از فونداسیون های منفرد، کج شدن پی مشاهده می شود. در پی‌های منفرد در صورت وجود برون محوریت، فشار در یک‌طرف فونداسیون بزرگ‌تر از طرف دیگر می‌شود که این اختلاف فشار باعث نشست نامساوی در ۲ طرف و در نتیجه کج شدن فونداسیون می‌شود.

نشست نامتقارن و کج شدن فونداسیون در پی منفرد

2- پی مرکب (Combined Footing)

در مواردی ممکن است فاصله بین دو ستون مجاور آن قدر به هم نزدیک باشد و یا بارهای وارد بر دو ستون مجاور آن قدر زیاد باشد که پی های منفرد طراحی شده برای هر یک از دو ستون در یکدیگر تداخل کنند. در این شرایط باید برای انتقال بار از یک فونداسیون واحد برای دو ستون استفاده کرد. این فونداسیون، فونداسیون مرکب یا دو ستونی نامیده می شود. پی مرکب بار بیش از یک ستون را تحمل می کند و با افزایش تعداد ستون های متکی بر پی، به پی های مرکب دو ستونی، سه ستونی و در نهایت به پی های نواری منجر می شود که طول آنها چندین برابر می باشد.

دلیل دیگر استفاده از فونداسیون مرکب این است که اگر ستون کناری یک ساختمان در کنار حریم زمین واقع شده باشد و امکان قرار دادن قسمتی از پی منفرد در زمین مجاور فراهم نباشد، استفاده از پی منفرد که ستون در لبه آن واقع شده باشد سبب ایجاد خروج از مرکزیت زیاد در بارها شده و توزیع تنش در زیر فونداسیون را به شدت تحت تاثیر قرار می دهد. در این موارد باید از یک فونداسیون مرکب برای انتقال بارهای ستون کناری و ستون میانی مجاور استفاده نمود تا توزیع تنش زیر فونداسیون فراهم شود. فونداسیون های مرکب معمولا به دو صورت مستطیلی و ذوزنقه ای یا در مواردی Tشکل اجرا می شوند.

3- پی کلاف دار یا باسکولی (Strap footing)

پی کلاف دار یا باسکولی که به نام تسمه ای نیز خوانده می شود، در حقیقت یک نوع فونداسیون مرکب است که بار دو ستون مجاور را به زمین منتقل می کند؛ با این تفاوت که زیر هر ستون، یک فونداسیون جداگانه قرار گرفته است و عملکرد این دو فونداسیون به وسیله یک تیر رابط قوی که هم چون یک تسمه مستحکم به آن دو متصل است همساز شده و باعث توزیع تنش یکنواخت در زیر آنها می شود.

 دلیل اصلی استفاده از فونداسیون باسکولی به جای انواع متداول فونداسیون های مرکب با پلان مستطیلی، ذوزنقه ای و یا T شکل، معمولا فاصله زیاد دو ستون مجاور از هم و صرفه جویی در مصرف بتن و میلگرد می باشد. معمولا در اجرای فونداسیون باسکولی سعی می شود که تنش قابل ملاحظه ای در تیر رابط ایجاد نشود؛ این امر با بالاتر اجرا کردن تیر رابط نسبت به تراز کف فونداسیون و با قرار دادن مصالح نرم و انعطاف پذیر در زیر تیر رابط امکان پذیر است. در صورتی که تیر رابط با عرض متغیر اجرا شود می تواند چرخش ستونی که بار بیشتری را منتقل می کند بهتر کنترل نماید.

4- پی نواری (Strip Footing)

با اتصال پی‌های یک ردیف ستون و یا پی زیر یک دیوار باربر، پی نواری ایجاد می‌شود که نسبت طول به عرض آن بسیار زیاد است. معمولاً پی‌هایی که در آن‌ها نسبت طول به عرض آن بزرگتر از ۴ تا ۵ باشد به عنوان پی نواری در نظر گرفته می‌شوند. در زمین‌هایی که خطر رانش به وسیله خاک وجود داشته باشد از این گونه پی‌ها استفاده می‌شود. این نوع پی، بار وارده را در جهت طول پخش کرده و به خاک منتقل می‌کند و سازه را در مقابل لرزش‌ها و رانش‌های زمین مقاوم می‌نماید. معمولا در موارد زیر از پی نواری استفاده می شود.

• زیر یک ردیف ستون در ساختمان‌های اسکلت فلزی یا بتن مسلح
• زیر دیوار باربر در ساختمان‌های آجری
• زیر ستون و دیوار تواماً

 پی نواری به همراه شناژ رابط

طراحی پی نواری در نرم افزار اجزای محدود Safe

5- پی شبکه ای (Grid footing)

اگر چند پی نواری در دو امتداد عمود بر هم قرار بگیرند، پی بدست آمده را پی شبکه ای می گویند. از نظر اقتصادی گاهی مقرون به صرفه است که شالوده های یک ردیف در هم ادغام و شالوده به صورت نواری اجرا گردد چنانچه این نوارها در هر دو امتداد عمود بر هم قرار گیرند شالوده شبکه ای به وجود می آید. عملکرد این شالوده ها مرکب بوده و متفاوت از عملکرد شالوده های منفرد که توسط کلاف به یکدیگر متصل می شوند، می باشد.

6- پی گسترده (Mat or Raft Foundations)

پی گسترده دال بزرگی است که بار تعداد زیادی ستون یا یک دیوار را در زیر کل سازه یا بخش بزرگی از آن را انتقال می دهد. پی گسترده زمانی مورد نیاز است که بار وارده از طرف سازه زیاد است و شرایط خاک بستر ضعیف است به طوری که فشار مجاز خاک کم است و در صورت استفاده از پی تکی، پی ها بیش از حد  به هم نزدیک شوند و یا سطح پوشیده شده از طرف پی های منفرد بیش از نصف سطح زیر بنا گردد، در این صورت اقتصادی است که از پی گسترده استفاده شود. پی های گسترده از یک لایه بتن مسلح در زیر تمام ساختمان تشکیل می شود که کلیه بار های سازه ناشی از ستون ها و دیوارها را حمل می کند. این پی باعث توزیع نسبتا یکنواخت تنش و جلوگیری از تمرکز آن در زیر بارهای سنگین و موضعی می گردد و در نتیجه در کاهش نشست نامساوی بسیار موثر است.

2- پی های نیمه عمیق یا چاهی (Pier foundations)

چنان چه خاک زیر بنا مناسب نباشد مخزن‌هایی به شکل چاه تا عمق 10 متری درون زمین حفر می کنند، سپس قسمتی از آن با مصالح مناسب پر می شود و پی مورد نظر بر روی آن قرار می گیرد. در این پی ها نسبت عمق به عرض بین 3 تا 10 متر می باشد. (10 > D/B > 3)

3- پی های عمیق یا شمعی (Deep foundations)

مطابق مبحث هفتم مقرارت ملی ساختمان، هرگاه عرض فونداسیون کمتر از یک ششم ارتفاع آن بوده و عمق آن نیز از سه متر بیشتر باشد فونداسیون عمیق تلقی می شود. یکی از انواع متداول پی های عمیق، شمع­ها هستند. شمع ها اجزاء ستون مانندی هستند که عمدتاً از جنس بتن، فولاد و چوب هستند که برای انتقال بار به لایه هـــای عمیق زمین مورد اســتفاده قــرار می گیرند و چون چوب و فلز به کار رفته پس از گذشت زمان دچار پوسیدگی می شوند، الزامیست که از قطعات پیش ساخته بتنی و یا بتن درجا به صورت استوانه ای با قطر25 تا40 سانتی متر و ارتفاع 10 تا 30 متر استفاده گردد. شمع ها معمولا به وسیله یک عنصر سازه ای واسط، موسوم به سر شمع یا کلاهک (Cap) بار سازه فوقانی را به زمین منتقل می نمایند. در مقررات ملی ساختمان سر شمع به عنوان پی سطحی نامگذاری شده است. در این پی ها نسبت عمق به عرض از 10 متر بیشتر می باشد. (10 < D/B)

پی های عمیق به سه دسته زیر تقسیم می شوند:

1. فونداسیون با پایه های لاغر
2. فونداسیون با پایه های قطور
3. فونداسیون با المان ستونی

1- فونداسیون یا پی عمیق با پایه های لاغر (شمع):

 شمع یا پایل عضوی لاغر و در واقع ستونی است که بارها را به لایه های زیرین عمیق و محکمتر زمین انتقال می دهد. شمع ها از نظر جنس و عملکرد و نحوه اجرا به سه دسته تقسیم بندی می شوند.

دسته بندی شمع ها از نظر جنس:

شمع ها از نظر جنس به چهار دسته فولادی، بتنی، چوبی و ترکیبی تقسیم می شوند.

 شمع های فولادی:

 این شمع ها از جنس فولاد بوده و به دو شکل مقطع دایره سر باز یا سر بسته و مقطع H یا I هستند که در صورت نیاز به طول بیشتر از شاخه 12 متری امکان جوش یا پرچ قطعات میسر است. ضعف این نوع شمع خوردگی آن در خاک به خصوص در زمین های خورنده می باشد که با افزایش ضخامت اجزای شمع و استفاده از ضد زنگ ها می توان این نقطه ضعف را جبران کرد.

 شمع های بتنی:

 این شمع ها به صورت درجا یا پیش ساخته امکان اجرا دارند و در وضعیت درجا می توانند سطح مقطع دایره، مربع یا چند ضلعی داشته باشند.

 شمع های چوبی:

 این شمع ها با سطح مقطع دایره و مربع به صورت پیش ساخته در سایزهای مختلف می باشند که از چوب درخت کاج و بلوط فرآوری شده اند تا در برابر خوردگی خاک یا حشرات مقاوم گردند. این روش در کشورهای اروپایی بسیار مرسوم و پر طرفدار است ولی در ایران شناخته شده نمی باشد. 

شمع های ترکیبی:

این شمع ها کاربرد اندکی داشته و در زمانی که طول شمع مورد نیاز از طول شمع هر یک از موارد فوق بلندتر باشد، استفاده می شود. به طور مثال زمانی که سر شمع فلزی در بستر آب زیر زمینی مستقر شود از شمع ترکیبی چوبی و فلزی استفاده می شود.

دسته بندی شمع از نظر عملکرد:

شمع ها از نظر عملکرد به 4 دسته نوک باربر، اصطکاکی، مایل، نوک و جداره باربر تقسیم می شوند.

 شمع نوک باربر:

این شمع ها در زمین هایی که مقاومت خاک زیرین فونداسیون مناسب بوده، جهت عبور از لایه خاکهای کم مقاومت بالایی از شمع مذکور استفاده می شود. این شمع با واکنش خاک به نوک شمع عمل می کند.

 شمع اصطکاکی:

در زمین هایی که مقاومت خاک کم بوده و لایه خاک مناسب نیز بسیار عمیق باشد از این شمع استفاده می شود که علاوه بر واکنش خاک ناشی از فشار نوک شمع، با اصطکاک جانبی دیواره شمع و خاک نیز انتقال نیرو و ایجاد مقاومت لازم انجام می گردد.

شمع مایل:

این شمع کوبشی بوده و به صورت مایل وارد خاک می شود تا مقاومت لازم در برابر بارهای جانبی را ایجاد کند.

شمع نوک و جداره باربر:

این شمع  بار را از طریق نوک و دیواره منتقل می کند.

دسته بندی شمع از نظر اجرا

شمع ها از نظر اجرا به دو دسته درجا و کوبشی تقسیم می شوند.

شمع درجا:

این شمع ها در محل مورد نظر پس از حفاری اجرا می شوند و بیشترین کاربرد این شمع ها در خشکی است.

 شمع کوبشی:

 این شمع ها عمدتا به صورت پیش ساخته و با طول ۱۸ متر بوده که توسط ضربه یا ویبره (لرزش) وارد زمین می شوند و بیشترین کاربرد را در دریا دارند.

 ۲- فونداسیون یا پی عمیق با پایه قطور:

 این پایه ها به شکل های استوانه یا مکعب یا مکعب مستطیل هستند و به گونه ای طراحی می شوند که مانند شمع درجا بتنی یا فولادی عمل کنند و همچنین امکان بازدید یا استقرار دستگاه یا ابزار در آن میسر باشد.

فونداسیون سکوهای نفتی بزرگ عمدتا از این نوع است. به پایه هایی که به شکل مکعب یا مکعب مستطیل هستند کیسون نیز می گویند.

3- فونداسیون یا پی عمیق با المان ستونی:

در این روش با حداقل تغییر در خاک نرم و استفاده از المان های عمودی کوتاه و شبکه بندی نسبت به افزایش مقاومت اقدام می گردد.

4- پی های ویژه (special foundation)  

شامل هرگونه پی که جزء دسته بندی های بالا نباشد مانند پی های صندوقچه ای، مهارها، ستون های شنی و سنگی و …

ابعاد فونداسیون ساختمان ۴ طبقه چقدر باید باشد؟

ابعاد فونداسیون برای یک ساختمان ۴ طبقه، به عوامل مختلفی مانند نوع خاک، نوع سازه، بار وارده، شرایط اقلیمی و نوع فونداسیون بستگی دارد. اما به‌طور کلی، برای ساختمان‌های چهار طبقه با اسکلت بتنی یا فلزی، عمق فونداسیون معمولاً بین ۱ تا ۲ متر و عرض آن بین ۸۰ سانتی‌متر تا ۱.۵ متر در نظر گرفته می‌شود.

در شرایط عادی (بدون خاک سست یا آب‌های زیرزمینی بالا)، اگر از فونداسیون نواری استفاده شود، عرض پی حدود ۱ متر و عمق آن حدود ۱.۲ متر می‌تواند مناسب باشد. اما اگر بار سازه زیاد باشد یا خاک مقاومت کافی نداشته باشد، ممکن است نیاز به افزایش ابعاد یا استفاده از فونداسیون‌های گسترده‌تر یا حتی فونداسیون شمعی باشد.

نکته مهم: برای تعیین دقیق ابعاد فونداسیون ۴ طبقه، باید از طریق مطالعات ژئوتکنیک و گزارش مکانیک خاک تصمیم‌گیری شود، چون حتی در فاصله چند کیلومتری ممکن است شرایط خاک کاملاً متفاوت باشد.

جدول تقریبی ابعاد فونداسیون برای ساختمان ۴ طبقه:

استفاده از ابعاد مناسب فونداسیون نقش بسیار کلیدی در پایداری سازه و پیشگیری از نشست و ترک‌خوردگی دارد. بنابراین انتخاب فونداسیون مناسب برای ساختمان‌های چند طبقه، نه‌تنها به ابعاد، بلکه به نوع و کیفیت طراحی مهندسی نیز وابسته است.

ابعاد فونداسیون ساختمان ۳ طبقه چقدر باید باشد؟

برای ساختمان‌های ۳ طبقه، فونداسیون باید به گونه‌ای طراحی شود که بتواند بار سازه و نیروهای جانبی مانند باد و زلزله را به خوبی به زمین منتقل کند. در حالت استاندارد، عمق فونداسیون برای یک ساختمان سه طبقه معمولاً بین ۸۰ سانتی‌متر تا ۱.۲ متر و عرض آن بین ۷۰ سانتی‌متر تا ۱ متر متغیر است.

در صورتی که ساختمان دارای اسکلت فلزی یا بتنی باشد و زمین از نظر مقاومت وضعیت متوسطی داشته باشد، می‌توان از فونداسیون نواری با عمق ۱ متر و عرض ۹۰ سانتی‌متر استفاده کرد. برای زمین‌های نرم‌تر یا مناطق با خطر لرزه‌ای بالا، ممکن است نیاز به افزایش این ابعاد یا استفاده از نوع دیگری از فونداسیون مانند فونداسیون رادیه یا ترکیبی باشد.

جدول تقریبی ابعاد فونداسیون برای ساختمان ۳ طبقه:

نکته: حتی برای ساختمان‌های با تعداد طبقات کمتر، بررسی دقیق خاک و شرایط پروژه از طریق آزمایش‌های ژئوتکنیک ضروری است.

مطالب مرتبط:

• Types of Foundations in Building Construction
• Foundation in construction