فونداسیون
فونداسیون (Foundation) که در زبان فارسی با نام «پی» نیز شناخته می‌شود، پایین‌ترین بخش هر سازه ساختمانی است که مستقیماً با زمین در تماس بوده و وظیفه اصلی آن، تحمل و انتقال بارهای ناشی از وزن ساختمان، بارهای بهره‌برداری (مانند وزن افراد و اثاثیه)، بارهای ناشی از عوامل محیطی (مانند باد و زلزله) و سایر نیروهای وارده به لایه‌های زیرین خاک با ایمنی و اطمینان کامل است. در این نوشتار، درباره فونداسیون و انواع آن صحبت خواهیم کرد.
فونداسیون چیست؟
فونداسیون (Foundation)بخش زیرین سازه است که بار تحمیلی ساختمان را به زمین منتقل می‌کند. به عبارت دیگر، فونداسیون به عنوان یک واسطه، نیروهای متمرکز و خطی وارد شده از ستون‌ها، دیوارها و سایر اجزای سازه فوقانی را به صورت توزیع شده به خاک منتقل می‌کند تا از ایجاد تنش‌های بیش از حد مجاز در خاک و در نتیجه نشست‌های نامتقارن و خطرناک برای سازه جلوگیری نماید.
فونداسیون نه تنها وظیفه باربری سازه را بر عهده دارد، بلکه نقش مهمی در پایداری کلی ساختمان در برابر نیروهای جانبی و واژگونی ایفا می‌کند. طراحی صحیح فونداسیون مستلزم شناخت دقیق مشخصات مکانیکی و رفتاری خاک محل احداث، میزان و نوع بارهای وارده از سازه، شرایط آب و هوایی منطقه و رعایت استانداردهای مهندسی و مقررات ملی ساختمان است.
فونداسیون ساختمان
فونداسیون ساختمان، به عنوان شالوده و زیربنای هر سازه، نقش حیاتی در استحکام، پایداری و طول عمر آن ایفا می‌کند. این بخش از ساختمان که معمولاً در زیر سطح زمین قرار می‌گیرد، وظیفه دارد تا تمامی بارهای وارده از طبقات فوقانی، دیوارها، سقف و بارهای بهره‌برداری را به طور یکنواخت و ایمن به زمین منتقل نماید.
عملکرد صحیح فونداسیون از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است؛ زیرا هرگونه ضعف یا نقص در طراحی و اجرای آن می‌تواند منجر به نشست‌های نامتقارن، ترک خوردگی دیوارها، تغییر شکل سازه و در نهایت، ناپایداری و تخریب ساختمان گردد.
انتخاب نوع مناسب فونداسیون برای یک ساختمان، فرآیندی مهندسی و تخصصی است که نیازمند بررسی دقیق عوامل متعددی مانند نوع خاک محل احداث، میزان مقاومت و ظرفیت باربری آن، وزن و نوع کاربری ساختمان، عمق یخبندان منطقه، سطح آب زیرزمینی و ملاحظات اقتصادی است.
مهندسان طراح با انجام مطالعات ژئوتکنیک و تحلیل‌های دقیق بارگذاری، مناسب‌ترین نوع فونداسیون را برای هر پروژه تعیین می‌کنند. اجرای دقیق و مطابق با نقشه‌های مصوب نیز از اهمیت بالایی برخوردار است تا اطمینان حاصل شود که فونداسیون قادر به تحمل بارهای طراحی شده و حفظ پایداری ساختمان در طول عمر مفید آن خواهد بود.
همبندی فونداسیون
همبندی فونداسیون، فرآیندی حیاتی در اجرای سازه‌های بتنی (حتی برای سازه‌هایی با اسکلت فلزی) به شمار می‌رود که به منظور یکپارچه‌سازی اجزای مختلف فونداسیون و توزیع یکنواخت‌تر بارها در کل سیستم پی انجام می‌گیرد. این عمل، به ویژه در فونداسیون‌های منفرد و نواری، از اهمیت بسزایی برخوردار است. همبندی معمولاً با استفاده از المان‌های افقی بتنی مسلح به نام «شناژ» یا «کلاف پی» صورت می‌پذیرد که اجزای مجزای فونداسیون را به یکدیگر متصل کرده و یک شبکه یکپارچه را تشکیل می‌دهند.
هدف اصلی از همبندی فونداسیون، مقابله با نشست‌های نامتقارن احتمالی در نقاط مختلف زمین زیر سازه است. با ایجاد اتصال بین اجزای فونداسیون، در صورت بروز نشست در یک نقطه، سایر قسمت‌ها نیز در تحمل بار و جلوگیری از ایجاد تنش‌های اضافی و ترک خوردگی در سازه مشارکت می‌کنند.
علاوه بر این، همبندی فونداسیون به افزایش مقاومت کلی سیستم پی در برابر نیروهای جانبی مانند زلزله و باد کمک کرده و از جابجایی و واژگونی پی جلوگیری می‌نماید. طراحی و اجرای صحیح شناژها با در نظر گرفتن ابعاد، آرماتورگذاری مناسب و اتصال محکم به فونداسیون‌های اصلی، نقش کلیدی در عملکرد مؤثر سیستم همبندی ایفا می‌کند و تضمین‌کننده پایداری و ایمنی بلندمدت سازه خواهد بود.
فرق شناژ با فونداسیون
در صنعت ساختمان در ایران، اصطلاحات «شناژ» و «فونداسیون» اغلب به اشتباه به جای یکدیگر به کار می‌روند، در حالی که این دو، اجزای مجزا با وظایف و عملکردهای متفاوت در سیستم پی ساختمان هستند. فونداسیون، همان‌طور که پیش‌تر گفته شد، بخش اصلی و زیرین‌ترین قسمت سازه است که مستقیماً بارهای وارده از ساختمان را به زمین منتقل می‌کند.
در مقابل، شناژ (یا کلاف پی)، یک عضو افقی بتنی مسلح است که برای اتصال فونداسیون‌های منفرد یا نواری به یکدیگر به کار می‌رود. وظیفه اصلی شناژ، ایجاد یکپارچگی و هم‌بستگی بین اجزای مختلف فونداسیون است. شناژها به توزیع یکنواخت‌تر بارها، جلوگیری از نشست‌های نامتقارن و افزایش مقاومت کل سیستم پی در برابر نیروهای جانبی کمک می‌کنند.
تفاوت پی و فوندانسیون
اصطلاحات «پی» و «فونداسیون» نیز در زبان فارسی اغلب به صورت مترادف به کار می‌روند و به بخش زیرین و اساسی ساختمان اشاره دارند که وظیفه انتقال بارها به زمین را بر عهده دارد. در واقع، از منظر عملکرد و جایگاه در ساختار ساختمان، هیچ تفاوت اساسی بین این دو واژه وجود ندارد. هر دو اصطلاح به یک مفهوم اشاره دارند: پایین‌ترین قسمت سازه که با خاک در تماس بوده و پایداری و ایمنی کل بنا را تضمین می‌کند.
با این حال، ممکن است در برخی متون تخصصی و یا در گفتار مهندسان، تمایزات ظریفی بین این دو واژه قائل شوند. به عنوان مثال، گاهی اوقات ممکن است اصطلاح «پی» به مفهوم کلی‌تر شالوده و بستر زیرین سازه اطلاق شده و «فونداسیون» به نوع خاصی از ساختار باربر زیرین (مانند فونداسیون منفرد، نواری یا گسترده) اشاره داشته باشد.
انواع فونداسیون
انتخاب نوع مناسب فونداسیون یکی از مهم‌ترین تصمیمات در طراحی هر سازه ساختمانی است که بر اساس عوامل متعددی (که در بالا به آن‌ها اشاره شد) صورت می‌گیرد. به طور کلی، فونداسیون‌ها را می‌توان بر اساس شکل هندسی و نحوه انتقال بار به زمین به انواع مختلفی تقسیم‌بندی کرد که در ادامه به بررسی سه نوع رایج آن می‌پردازیم:
فونداسیون منفرد :(Isolated Footing)
این نوع فونداسیون، که به آن فونداسیون تکی یا نقطه‌ای نیز گفته می‌شود، برای تحمل بار یک ستون یا یک بار متمرکز منفرد طراحی و اجرا می‌گردد. شکل این فونداسیون معمولاً مربع، مستطیل یا دایره بوده و ابعاد آن بر اساس میزان بار وارده از ستون و ظرفیت باربری خاک تعیین می‌شود. فونداسیون‌های منفرد به دلیل سادگی اجرا و هزینه نسبتاً پایین، در سازه‌هایی با بار کم و خاک مقاوم که ستون‌ها در فواصل نسبتاً دور از یکدیگر قرار دارند، کاربرد فراوانی دارند. برای افزایش پایداری و جلوگیری از نشست‌های نامتقارن، فونداسیون‌های منفرد معمولاً با استفاده از شناژها به یکدیگر متصل می‌شوند.
فونداسیون گسترده :(Mat or Raft Foundation)
فونداسیون گسترده، که به آن فونداسیون داله‌ای یا رادیه نیز گفته می‌شود، نوعی از فونداسیون است که کل سطح زیرین سازه را پوشش می‌دهد. این نوع فونداسیون زمانی مورد استفاده قرار می‌گیرد که ظرفیت باربری خاک بسیار پایین بوده و یا بارهای وارده از سازه بسیار زیاد باشد، به گونه‌ای که استفاده از فونداسیون‌های منفرد یا نواری به دلیل ابعاد بسیار بزرگ و یا احتمال نشست‌های زیاد، مقرون به صرفه و ایمن نباشد. فونداسیون گسترده به توزیع یکنواخت بارها بر سطح وسیعی از خاک کمک کرده و از نشست‌های موضعی جلوگیری می‌کند. اجرای این نوع فونداسیون معمولاً پیچیده‌تر و پرهزینه‌تر از سایر انواع فونداسیون است.
فونداسیون نواری (Strip Footing):
فونداسیون نواری، نوعی از فونداسیون با عرض نسبتاً کم و طول زیاد است که به صورت پیوسته در زیر دیوارها یا ردیفی از ستون‌ها اجرا می‌شود. این نوع فونداسیون برای تحمل بارهای خطی ناشی از دیوارهای باربر یا مجموعه‌ای از ستون‌های نزدیک به هم که در یک راستا قرار دارند، مناسب است. فونداسیون‌های نواری به دلیل سهولت اجرا و هزینه متوسط، در بسیاری از ساختمان‌های با سیستم باربر دیواری یا اسکلت بتنی یا فولادی با ستون‌های نزدیک به هم کاربرد دارند.
انواع فونداسیون نواری
فونداسیون‌های نواری، با توجه به مصالح، روش اجرا و کاربردهای خاص، به انواع مختلفی تقسیم می‌شوند که در ادامه به بررسی آن‌ها می‌پردازیم:
فونداسیون نواری ساده :(Plain Strip Footing)
این نوع فونداسیون نواری معمولاً از بتن غیر مسلح یا با حداقل میزان آرماتور برای کنترل ترک خوردگی ساخته می‌شود. کاربرد آن محدود به سازه‌های سبک با بارهای کم و خاک با مقاومت نسبتاً بالا است. به دلیل عدم وجود آرماتور باربر، مقاومت کششی این نوع فونداسیون پایین بوده و برای دهانه‌های بزرگ یا بارهای سنگین مناسب نیست.
فونداسیون نواری مسلح :(Reinforced Strip Footing)
این نوع فونداسیون نواری با استفاده از آرماتورهای فولادی در داخل بتن تقویت می‌شود. وجود آرماتور باعث افزایش مقاومت کششی و خمشی فونداسیون شده و امکان تحمل بارهای سنگین‌تر و دهانه‌های بزرگ‌تر را فراهم می‌آورد.
فونداسیون نواری پیش ساخته :(Precast Strip Footing)
این نوع فونداسیون نواری به صورت قطعات از پیش ساخته شده در کارخانه تولید و سپس به محل پروژه منتقل و نصب می‌گردد. استفاده از فونداسیون‌های نواری پیش ساخته می‌تواند سرعت اجرای پروژه را افزایش داده و کیفیت ساخت را به دلیل کنترل بهتر در محیط کارخانه بهبود بخشد.
فونداسیون نواری متراکم :(Compacted Strip Footing)
این اصطلاح معمولاً به روش اجرای فونداسیون نواری اشاره دارد تا نوع خاصی از آن. در زمین‌هایی با خاک سست یا با ظرفیت باربری پایین، ممکن است قبل از اجرای فونداسیون نواری، لایه‌های زیرین خاک با روش‌های مختلف مانند کوبش یا تراکم مکانیکی، متراکم شوند تا مقاومت و پایداری آن افزایش یابد.
فونداسیون نواری متحرک (Moving Strip Footing):
این نوع فونداسیون نواری کاربرد بسیار خاصی دارد و معمولاً در سازه‌های متحرک یا تجهیزاتی که نیاز به جابجایی دارند، مورد استفاده قرار می‌گیرد. طراحی این فونداسیون‌ها به گونه‌ای است که امکان حرکت یا جابجایی محدود سازه را فراهم می‌کند. این نوع فونداسیون در ساختارهای موقت، تجهیزات صنعتی قابل حمل یا سیستم‌های خاص کاربرد دارد و طراحی آن نیازمند محاسبات دقیق و در نظر گرفتن مکانیزم حرکت است.
جمع بندی:
فوندانسیون سازه با توجه به میزان اهمیتی که در حفظ و نگهداری آن ایفا می‌کند، از نخستین گام آغاز پروژه اهمیت می‌یابد. ساخت یک اسکلت استاندارد و با دوام بر روی یک فوندانسیون غیر استاندارد، کاری تقریباً غیر ممکن است. در این نوشتار که تمرکز آن بر روی آشنایی با انواع فوندانسیون ساختمان بود، سعی کردیم که اطلاعات ابتدایی و لازم برای شناخت این بخش از ساختمان را به طور مختصر و مفید، در اختیار شما قرار دهیم.