فوندانسیون ساختمان چیست؟

فونداسیون ساختمان (Foundation) که به آن شالوده یا پی نیز گفته می‌شود، پایین‌ترین بخش یک سازه است که معمولاً زیر تراز سطح زمین قرار می‌گیرد.

وظیفه اصلی فونداسیون این است که تمام بارهای وارد بر سازه (شامل بارهای مرده مانند وزن خود ساختمان و بارهای زنده مانند وزن انسان‌ها، اثاثیه، و نیروهای جانبی مانند باد و زلزله) را تحمل کرده و به طور یکنواخت به لایه‌های زمین (خاک یا سنگ) منتقل کند.

وظایف اصلی فونداسیون

فونداسیون نقشی حیاتی در پایداری، دوام و ایمنی ساختمان ایفا می‌کند و وظایف مهمی دارد:

• انتقال بار: مهم‌ترین وظیفه، انتقال ایمن و یکنواخت بار از ستون‌ها و دیوارها به زمین زیرین است.

• توزیع یکنواخت بار: توزیع وزن سازه در سطح وسیع‌ تری از زمین برای جلوگیری از افزایش بیش از حد فشار در یک نقطه.

• جلوگیری از نشست نامتقارن: با توزیع متوازن بار، از نشست بیش از حد یا نامساوی بخش‌های مختلف ساختمان که منجر به ترک خوردگی و آسیب‌های جدی می‌شود، جلوگیری می‌کند.

• افزایش پایداری جانبی: مقاومت در برابر نیروهای جانبی مانند زلزله و باد که می‌توانند باعث واژگونی یا حرکت جانبی سازه شوند.

انواع اصلی فونداسیون

انتخاب نوع فونداسیون به عواملی مانند نوع خاک، میزان بار سازه، و شرایط محیطی (مانند سطح آب زیرزمینی) بستگی دارد و به طور کلی به دو دسته تقسیم می‌شود:

۱. فونداسیون‌ های سطحی یا کم‌ عمق (Shallow Foundations)

این نوع فونداسیون‌ها در عمق کمی از زمین ساخته می‌شوند و معمولاً برای سازه‌های سبک‌ تر یا در زمین‌هایی با مقاومت خوب، مناسب هستند.

عمق آن‌ها معمولاً کمتر از عرضشان است.

• پی منفرد (Isolated/Pad Footing): برای تحمل بار یک ستون یا یک دیوار به صورت مجزا استفاده می‌شود.

• پی مرکب (Combined Footing): زمانی که دو یا چند ستون به یکدیگر نزدیک باشند و پی‌های منفرد آن‌ها همپوشانی پیدا کنند، از این نوع استفاده می‌شود.

• پی نواری (Strip/Wall Footing): یک نوار پیوسته از فونداسیون در زیر دیوارها یا در امتداد یک ردیف ستون‌ها.

• پی گسترده یا رادیه ژنرال (Mat/Raft Foundation): یک دال بزرگ بتنی است که کل زیربنای ساختمان را می‌پوشاند. زمانی استفاده می‌شود که مقاومت خاک کم باشد یا بارهای وارده بسیار زیاد باشد.

2.فونداسیون‌های عمیق (Deep Foundations)

این فونداسیون‌ها بارهای ساختمان را به لایه‌های سخت‌تر خاک یا سنگ بستر در عمق زیاد منتقل می‌کنند. زمانی به کار می‌روند که لایه‌های سطحی خاک مقاومت کافی برای تحمل بار را نداشته باشند.

• پی شمعی (Pile Foundation): شامل ستون‌های بلندی (شمع) است که در زمین فرو برده یا حفاری می‌شوند تا بار را به لایه‌های عمیق و سخت منتقل کنند.

پی شمعی

• پی کیسونی یا پایه‌ دار (Caisson/Drilled Pier Foundation): پایه‌های قطور و عمیقی هستند که بارهای بسیار سنگین را به لایه‌های مقاوم زمین می‌رسانند.

اجرای فوندانسیون در کدام مرحله از ساخت قرار میگیرد؟

اجرای فونداسیون (پی‌سازی) یکی از اولین و اساسی‌ترین مراحل فیزیکی ساخت ساختمان است.

به طور دقیق‌تر، عملیات فونداسیون بلافاصله پس از مراحل اولیه آماده‌ سازی زمین و گودبرداری آغاز شده و پیش از شروع ساخت سازه اصلی (اسکلت یا سفت‌کاری) انجام می‌گیرد.

ترتیب مراحل ساختمانی

عملیات فونداسیون در چرخه کلی ساخت و ساز، بعد از مراحل مقدماتی و قبل از مراحل اصلی سازه قرار می‌گیرد:

۱. 🚧 مراحل مقدماتی (آماده‌ سازی)

این مراحل شامل اخذ مجوزهای قبل از ساخت، نقشه‌برداری و آماده‌سازی فیزیکی زمین است:

• کسب مجوزها و پروانه ساخت

• مطالعات مکانیک خاک و طراحی نهایی فونداسیون

• آماده‌سازی و تسطیح سایت: پاکسازی زمین از گیاهان، نخاله‌ها و سازه‌های قدیمی.

• پیاده‌سازی نقشه: علامت‌گذاری دقیق محل پی‌ها و ستون‌ها روی زمین.

• خاکبرداری و گودبرداری: حفاری تا عمق مورد نیاز برای رسیدن به خاک مقاوم یا اجرای فونداسیون طبق نقشه.

• اجرای سازه نگهبان: (در صورت نیاز به گودبرداری عمیق) برای پایداری دیواره‌های گود.

همچنین اجرای فوندانسیون در دفترچه فنی ساختمان هم جزء گزینه هاییست که وجود دارد.

۲. 🏗️ مرحله فونداسیون (شالوده‌ ریزی)

این مرحله به عنوان اولین گام سازه‌ای است که شامل ساخت پی اصلی ساختمان است:

• بتن مگر (بتن نظافت): ریختن یک لایه بتن با عیار کم در کف محل پی‌ها برای ایجاد سطح صاف و جلوگیری از جذب آب بتن اصلی توسط خاک.

• آرماتور بندی: قرار دادن شبکه‌های میلگرد مطابق با نقشه‌های سازه.

• قالب‌ بندی: ایجاد قالب برای شکل‌دهی به بتن فونداسیون.

• نصب صفحه ستون (بیس پلیت) و آرماتورهای انتظار: (برای اسکلت فلزی و بتنی) قرار دادن المان‌های اتصال سازه اصلی به فونداسیون.

• بتن‌ ریزی فونداسیون: ریختن و متراکم کردن بتن اصلی فونداسیون.

• عمل‌آوری و برچیدن قالب‌ها: محافظت از بتن در حین گیرش و سفت شدن.

۳. 🧱 مراحل ساخت سازه اصلی (سفت‌کاری)

پس از سفت شدن فونداسیون، ساخت روبنای ساختمان آغاز می‌شود:

• اجرای اسکلت ساختمان: ساخت ستون‌ها، تیرها و دال‌های سقف طبقات (برای ساختمان‌های فلزی یا بتنی).

• دیوار چینی: ساخت دیوارهای جداکننده داخلی و خارجی.

• اجرای سقف‌ ها: تکمیل ساختار سقف‌ها.

• اجرای تأسیسات زیربنایی: (لوله‌کشی‌های اصلی و کانال‌کشی‌ها).

به طور خلاصه، فونداسیون مستقیماً پس از حفاری و آماده‌سازی زمین و قبل از بالا بردن اسکلت سازه قرار می‌گیرد و نقش پی و زیربنای مستحکم را ایفا می‌کند.

مصالح رایج در اجرای فوندانسیون چیست؟

مصالح رایج در اجرای فونداسیون (شالوده) ساختمان، به ویژه در پروژه‌های مدرن با بارهای بالا، در درجه اول شامل بتن مسلح است.

اما بسته به نوع فونداسیون، بارهای وارده و شرایط محلی، ممکن است از مصالح دیگری مانند سنگ، آجر، یا شفته آهکی نیز استفاده شود.

مصالح اصلی و پرکاربرد (بتن مسلح)

در ساختمان‌های امروزی، به ویژه سازه‌های بلند و با اهمیت، فونداسیون بتن مسلح رایج‌ ترین و مقاوم‌ ترین نوع است.

مصالح اصلی در این نوع فونداسیون عبارتند از:

• ۱. بتن (Concrete):

  • بتن، که مخلوطی از سیمان پرتلند، شن، ماسه و آب است، اصلی‌ ترین ماده تشکیل‌ دهنده فونداسیون است.

  • بتن مقاومت فشاری بسیار بالایی دارد و می‌تواند وزن سنگین ساختمان را تحمل کند.

  • بتن مگر (بتن نظافت): یک لایه بتن با عیار سیمان کم (حدود ۱۰۰ تا ۱۵۰ کیلوگرم سیمان در متر مکعب) است که پیش از آرماتوربندی برای ایجاد سطحی تمیز، صاف و جلوگیری از جذب آب بتن اصلی توسط خاک، ریخته می‌شود.

• ۲. میلگرد فولادی (Reinforcing Steel Bars – Rebars):

  • بتن در برابر کشش ضعیف است. برای افزایش مقاومت کششی و خمشی فونداسیون در برابر لنگرها و نیروهای جانبی، از میلگردهای آجدار فولادی (آرماتور) استفاده می‌شود که به بتن خاصیت مسلح می‌دهد.

  • میلگردها شامل میلگردهای طولی (در راستای طول فونداسیون) و میلگردهای عرضی (مانند خاموت‌ها) هستند.

• ۳. مصالح جانبی (برای قالب‌بندی):

  • برای شکل‌دهی به بتن فونداسیون پیش از گیرش، نیاز به قالب‌بندی است. مصالح رایج برای این کار عبارتند از:

    • قالب‌های فلزی: برای پروژه‌های بزرگ و تکراری به دلیل دوام و دقت بالا.

    • قالب‌های چوبی: برای پروژه‌های کوچک‌تر یا بخش‌هایی با شکل‌های پیچیده.

    • آجر یا بلوک: در برخی فونداسیون‌های نواری برای قالب‌بندی کناره‌ها استفاده می‌شود که پس از بتن‌ ریزی در جای خود باقی می‌مانند.

بیشتر بخوانید : 15 اشتباه رایج در خرید مصالح ساختمانی

مصالح سنتی و کم‌ کاربرد

در گذشته، یا برای سازه‌های سبک و کوچک، از انواع دیگری از فونداسیون‌ها استفاده می‌شد که مصالح متفاوتی دارند:

• پی‌ های سنگی:

  • از سنگ لاشه یا سنگ‌های طبیعی شکسته با ملات ماسه سیمان یا ملات آهکی برای اتصال سنگ‌ها به یکدیگر ساخته می‌شوند. معمولاً برای ساختمان‌های یک طبقه یا دیوارهای محوطه کاربرد دارند.

• پی‌های شفته آهکی:

  • شفته خمیری است از مخلوط خاک، آب، شن و گرد آهک. شفته آهکی به عنوان جایگزینی برای لایه‌های ضعیف زیرین یا پر کردن پی‌ها استفاده می‌شد و مقاومت نسبتاً بالایی ایجاد می‌کرد. امروزه کمتر رایج است.

• پی‌های آجری:

  • از آجر و ملات برای ساخت فونداسیون پلکانی استفاده می‌شد. این نوع پی‌ها معمولاً برای ساختمان‌های بسیار کوچک و با بارهای کم مناسب بودند.

• پی‌ های فلزی:

  • به ندرت به تنهایی و غالباً به صورت ترکیبی (مانند ستون‌ها و شمع‌های فولادی) برای سازه‌های بزرگ استفاده می‌شدند، اما به دلایل اقتصادی و مقاومت کمتر در برابر خوردگی، در اکثر موارد با بتن جایگزین شده‌اند.

انتخاب نهایی مصالح و ابعاد فونداسیون بر اساس طراحی مهندس سازه، نتایج آزمایش مکانیک خاک و بار مورد انتظار سازه تعیین می‌شود.

مرحله بعد از فوندانسیون ساختمان چیست؟

مرحله بلافاصله بعد از اتمام اجرای فونداسیون (پی)، اجرای سازه اصلی (اسکلت) ساختمان است.

پس از گیرش و عمل‌آوری مناسب بتن فونداسیون، کار ساخت روبنا یا همان اسکلت ساختمان آغاز می‌شود.

مراحل بعد از اتمام فونداسیون

به طور کلی، مراحل اجرایی پس از اطمینان از استحکام فونداسیون به دو دسته اصلی تقسیم می‌شوند، که بسته به نوع سازه (بتنی یا فولادی) کمی متفاوت هستند:

۱. 🔨 اجرای ستون‌ها و دیوارهای برشی

این مرحله شامل برپا کردن اولین عناصر عمودی سازه است:

• در سازه‌های بتنی:

  • آرماتوربندی ستون‌ ها: میلگردهای طولی ستون‌ها به میلگردهای انتظار (ریشه‌ها) که از فونداسیون بیرون آمده‌اند، بافته می‌شوند.

  • قالب‌ بندی ستون‌ ها و سپس بتن‌ ریزی ستون‌های طبقه همکف یا زیرزمین.

  • همچنین در صورت وجود، دیوارهای برشی (Shear Walls) که مقاومت سازه در برابر زلزله را افزایش می‌دهند، در این مرحله اجرا می‌شوند.

• در سازه‌های فلزی:

  • نصب صفحه ستون (Base Plate): اگرچه صفحه ستون‌ها معمولاً در زمان بتن‌ ریزی فونداسیون جاگذاری و محکم می‌شوند، در این مرحله وصله ستون‌های فلزی به این صفحات انجام شده و ستون‌ها شاقول (تراز عمودی) می‌شوند.

۲. 🧱 اجرای سقف طبقه اول

پس از برپا شدن ستون‌ها، ساخت سقف طبقه همکف یا زیرزمین آغاز می‌شود:

• نصب تیرها: اجرای تیرها (چه بتنی و چه فولادی) برای انتقال بار سقف به ستون‌ها.

• اجرای قالب‌بندی سقف: شامل شمع‌بندی، زیرسازی، و قرار دادن قالب‌ها (تیرچه بلوک، دال، عرشه فولادی و غیره).

• آرماتوربندی سقف و سپس بتن‌ ریزی.

این مراحل به ترتیب در طبقات بالاتر تکرار می‌شوند تا اسکلت کامل ساختمان به صورت عمودی بالا برود.

نکته مهم: قبل از شروع هر مرحله‌ای از اجرای سازه، به‌ویژه در روزهای اولیه پس از بتن‌ریزی فونداسیون، باید از مقاومت کافی بتن اطمینان حاصل شود. اگرچه مقاومت نهایی بتن بعد از ۲۸ روز حاصل می‌شود، اما معمولاً ۷ روز بعد از بتن‌ریزی (با کنترل مهندس ناظر و تست‌های مقاومت)، می‌توان کارهای بعدی مانند برپا کردن اسکلت را آغاز کرد.

آیا فوندانسیون اسکلت بتنی و فلزی با هم فرق دارند؟

بله، فونداسیون‌های مورد استفاده برای اسکلت بتنی و اسکلت فلزی معمولاً از نظر طراحی، ابعاد و جزئیات اجرایی در محل اتصال به ستون‌ها با یکدیگر تفاوت‌های مهمی دارند.

تفاوت فوندانسیون اسکلت بتنی و فلزی

اگرچه هر دو نوع فونداسیون عمدتاً از بتن مسلح (بتن و میلگرد) ساخته می‌شوند، اما وزن و نحوه انتقال بار در سازه اصلی، شکل پی را تحت تأثیر قرار می‌دهد.

جزئیات تفاوت

۱. بار مرده و ابعاد فونداسیون

اسکلت بتنی:

• از آنجا که اعضای بتنی (تیرها و ستون‌ها) دارای سطح مقطع بزرگ‌تر و تراکم بیشتری نسبت به فولاد هستند، وزن مرده (Dead Load) سازه بتنی بسیار بیشتر است.

• برای توزیع این وزن سنگین‌تر به زمین، فونداسیون بتنی اغلب باید ابعاد بزرگ‌تری داشته باشد.

اسکلت فلزی:

• فولاد دارای مقاومت به وزن بالاتر است و سطح مقطع ستون‌ها و تیرهای آن کوچک‌تر است، بنابراین وزن مرده کل سازه کمتر است.

• این سبکی معمولاً منجر به طراحی فونداسیونی با ابعاد کوچک‌تر و اقتصادی‌تر می‌شود.

۲. اتصال ستون به فونداسیون

این مهم‌ترین تفاوت اجرایی در محل اتصال است:

• در فونداسیون اسکلت بتنی:

  • در زمان بتن‌ریزی فونداسیون، تعدادی از میلگردهای ستون به نام میلگردهای انتظار یا ریشه ستون بیرون گذاشته می‌شوند.

  • پس از اتمام فونداسیون، آرماتوربندی ستون‌های طبقه اول مستقیماً به این میلگردهای انتظار بافته می‌شود.

• در فونداسیون اسکلت فلزی:

  • در زمان بتن‌ریزی، صفحات فلزی (Base Plate) به همراه بولت‌های مهاری (Anchor Bolts) در بالای فونداسیون کار گذاشته می‌شوند و بتن‌ریزی اطراف آن‌ها انجام می‌شود.

  • ستون فلزی پس از بتن‌ریزی فونداسیون، به وسیله پیچ و مهره یا جوشکاری بر روی این صفحه ستون (بیس پلیت) نصب و محکم می‌شود.

به طور خلاصه، نوع فونداسیون هر دو اسکلت اصول کلی یکسانی (مانند بتن مسلح بودن) دارند، اما نحوه اتصال و ابعاد طراحی‌شده متناسب با وزن و رفتار سازه اصلی (بتنی یا فلزی) متفاوت است.

بیشتر بخوانید : هزینه های بیمه ساختمان و هر چیزی که باید بدانید.