مجله کاران پلاس

پی چیست ؟

پی یا فونداسیون، حد فاصل بین سازه و زمین است. ساختمان به وسیله فونداسیون به زمین متصل شده و بارهای قائم وارده شامل وزن ستون‌ها، دیوارها، سقف‌ها و هم‌چنین بارهای ثقلی و افقی (باد و زلزله) را به یک نسبت مشخصی پخش و به زمین منتقل می‌کند.

ساختمان‌های بدون فونداسیون به مرور زمان دچار نشست، ایجاد ترک در ساختمان و عدم مقاومت در مقابل بارهای وارده خواهند شد.‌

 

 

انواع پی از نظر مصالح

جهت اجرای پی با توجه به وزن سازه و مصالح در دسترس از انواع مختلف مصالح استفاده می‌شود.

انواع فونداسیون از نظر مصالح مصرفی به شرح زیر است:

1) پی شفته‌‌ای

2) پی آجری

3) پی سنگی

4) پی فلزی

5) پی بتنی

در مقاله “انواع پی از نظر مصالح از صفر تا صد در یک مقاله” به طور کامل در مورد نکات و مشخصات اجرای هر کدام از این پی‌ها مثل اجرای پی سنگی صحبت می‌کنیم.

 

 

 

نواع فونداسیون از نظر سیستم ساخت کدام است؟

پی‌ها براساس نحوه انتقال بار به زمین به دو دسته کلی سطحی و عمیق تقسیم می‌شوند.

 

 

 

1) پی سطحی چیست ؟

این پی‌ها معمولا در عمق کمی از زمین قرار دارند و نسبت عمق به عرض آن‌ها معمولا کوچک است. درباره این مقدار نظرات مختلفی وجود دارد.

براساس نظر ترزاقی در یک فونداسیون سطحی نسبت عمق به عرض (D/B) کمتر از یک است. آیین نامه فرانسه D.T.U.62 این نسبت را برابر با 1.5 می داند. محققین دیگری این نسبت را تا ۲ یا ۳ نیز ذکر کرده‌اند.

پی‌های سطحی بار سازه را با افزایش سطح مقطع ستون یا دیوار به زمین زیر فونداسیون انتقال می‌دهند.

 

 

از انواع پی های سطحی می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

 پی‌های منفرد یا تکی 

 پی‌های منفرد با شناژ ( پی کلاف شده یا باسکولی )

 پی‌های مرکب

 پی‌های نواری

 پی‌های گسترده یا صفحه ای یا رادیه ژنرال

 

 

• پی منفرد ( فونداسیون منفرد ) چیست ؟

پی منفرد بار یک یا دو ستون نزدیک به هم در محل درز انبساط را به زمین منتقل می‌کند. فونداسیون منفرد می‌تواند به شکل مربع، مستطیل، چند ضلعی منظم، دایره و یا هر شکل غیرمنظم دیگری باشد.

پی‌های منفردی که نزدیک به هم باشند، می‌توانند به یکدیگر پیوسته و به صورت فونداسیون مرکب کار کنند.

معمولا از فونداسیون منفرد (فونداسیون نقطه‌ای) در مواقعی استفاده می‌شود که بار وارده از طرف ساختمان نسبتا کم بوده و تعداد طبقات نهایتا 2 تا 3 طبقه باشد و از طرفی احتمال نشست غیریکنواخت زمین وجود نداشته باشد.

در ساختمان‌های اسکلت فلزی نیز چون تمام بارها ابتدا به ستون‌ها وارد می‌شود و ستون‌ها بار را به فونداسیون منتقل می‌کنند، لازم است پی بتن مسلح (بتن آرمه) استفاده شود. در این گونه موارد پی‌های بتن مسلح از نوع منفرد اجرا می‌شوند.

سطح مقطع پی‌های منفرد یا نقطه ای دارای شکل های مربع، مستطیل، چند ضلعی و دایره هستند که برای صرفه جویی در مصرف مصالح می‌توان آن را به صورت پی پلکانی یا شیبدار اجرا کرد.

 

 

 

رایج‌ترین شکل هندسی پی‌های منفرد یا پاشنه تکی، مقطع مستطیل شکل است.

پی‌‌های منفرد یک شبکه آرماتور تحتانی در تراز زیر فونداسیون دارند. میزان آرماتور موجود در مت پی‌‌های منفرد توسط مهندس محاسب مشخص و در نقشه های مصوب درج می‌شود.

پی‌های منفرد باید توسط شناژهای افقی (کلاف) به یکدیگر دوخته شوند. در صورتی که این پی‌ها توسط شناژهای رابط متصل نشوند، عملکرد خوبی در مقابله با نیروهای جانبی زلزله نخواهند داشت.

امروزه معمولا از پی منفرد فاقد شناژ استفاده نمی‌شود.

 

• پی منفرد با شناژ ( فونداسیون باسکولی یا کلاف شده )

هر گاه پی‌های منفرد توسط شناژهایی از بتن مسلح به یکدیگر متصل و کلاف شوند، فونداسیون را کلاف شده می‌نامند.

پی‌های منفرد با شناژ بهترین نوع پی‌های منفرد‌ در مناطق زلزله خیز به شمار می رود، زیرا در هنگام زلزله، شناژها از جابجایی پی‌ها جلوگیری می‌کنند و باعث می‌شوند که در فاصله پی‌ها از یکدیگر تغییری حاصل نشود.

شناژها ممکن است ارتفاعی برابر یا کمتر از پی‌ها داشته باشند. گاهی سطح فوقانی شناژ هم ردیف پی‌ها قرار ندارد و گاهی، شناژ و پی‌ها در قسمت فوقانی هم سطح هستند که در این حالت به آن شناژ باسکولی یا کلاف گویند.

شناژ که بخشی از بار یکی از فونداسیون ها را به دیگری منتقل می‌کند، نباید متکی بر خاک باشد. چنانچه این تیر رابط تحت اثر فشار خاک زیرین قرار گیرد باید طبق ضوابط مربوط به فونداسیون نواری طراحی شود.

در فونداسیون باسکولی، تیر رابط بین پی‌ها باید به اندازه کافی صلب باشد تا بتواند مانع چرخش فونداسیونی که زیر اثر بار برون محور قرار دارد، بشود.

در صورت عدم انجام تحلیل دقیق‌تر ممان اینرسی مقطع این تیر باید حداقل ممان اینرسی مقطع فونداسیون زیر اثر بار برون محور در نظر گرفته شود.

این تیر باید برای خمش و برش طراحی شود. در این حالت توزیع فشار خاک زیر پی‌ها را می‌توان یکنواخت در نظر گرفت.

شناژها برای تحمل نیروی محوری معادل ۱۰ درصد بیشترین نیروی فشاری ستون‌های طرفین، طراحی و محاسبه می‌شوند.

 

 

 

 

از مزایای دیگر شناژهای رابط، علاوه بر کلاف نمودن کل فونداسیون‌های منفرد به یکدیگر و تحمل نیروهای جانبی، می توان به جلوگیری از نشست‌های نامتقارن در فونداسیون‌های منفرد اشاره کرد.

شناژها به دو نوع ساده و باسکولی تقسیم می‌شوند.

شناژهای ساده فقط نیروهای محوری در سطح مقطع را تحمل می‌کنند. در حالی که شناژهای باسکولی علاوه بر تحمل لنگر خمشی منفی، نقش جلوگیری از فشار بلندکننده (Uplift) ستون‌ها را بر عهده دارند.

شناژ باسکولی در حقیقت یک تیر با خمش منفی بوده که لنگر طاقدیس دارد. طرح‌های باسکولی باید مطابق ضوابط طرح تیرها با لنگر منفی انجام شود.

در تصویر زیر، پی بالایی یک شناژ باسکولی و پی زیرین همراه با شناژ ساده نمایش داده شده است.

 

 

 

 

 

• پی مرکب چیست ؟

فونداسیون مرکب به مجموعه‌ای از دو فونداسیون منفرد گفته می‌شود. 

پی‌های مرکب وقتی مورد استفاده قرار می‌گیرند که:

1) فاصله پی‌ها از یکدیگر کم بوده به طوری که سطح پی‌ها یکدیگر را بپوشاند.

2) یکی از پی‌ها در کنار زمین همسایه قرار گرفته باشد.

3) وقتی که به علت طول زیاد یک بنا نیاز به ایجاد درز انبساط (ژوئن) باشد، در این صورت باید برای ستون‌های مجاور درز انبساط  نیز پی‌های مرکب در نظر گرفته می‌شود.

گاهی بارهای وارد بر یکی، دارای برون محوری زیاد نسبت به مرکز فونداسیون بوده و فونداسیون‌ها یکپارچه ساخته می‌شوند تا بار بهتر توزیع شود.

لازم به توضیح است چنان چه برای دو پی با بارهای مختلف، پی‌های مرکب طرح می‌کنیم، در این حالت پی به شکل ذوزنقه خواهد بود که قاعده کوچک در طرف بار کمتر و قاعده بزرگ آن در جهت بار بیشتر قرار می‌گیرد.

 

 

 

 

 

• انواع فونداسیون نواری چیست ؟

فونداسیون نواری به فونداسیون یکسره‌ای می‌گویند که بار دیوار و یا چند ستون را، که در یک ردیف قرار دارند، به زمین منتقل می‌کند.

مقطع فونداسیون نواری می‌تواند به شکل مربع، مستطیل، ذوزنقه یا پاشنه دار (T وارونه) باشد. در حالتی که پی‌های نواری صرفا بار دیوار را به زمین منتقل کنند، شالوده دیواری نامیده می‌شود.

معمولا پی‌هایی که در آن‌ها نسبت طول به عرض بزرگتر از ۴ تا ۵ باشند، به عنوان پی‌های نواری در نظر گرفته می‌شوند.

در زمین‌هایی که خطر رانش به وسیله خاک وجود داشته باشد از این گونه پی‌ها استفاده می‌شود. این پی‌ها بار وارده را در جهت طول پخش کرده و به خاک منتقل می‌کند و سازه را در مقابل لرزش‌ها و رانش‌های زمین مقاوم می‌کند.

انواع پی‌ های نواری قابلیت اجرا در موارد زیر را دارند:

1) زیر یک ردیف ستون، در ساختمان‌های اسکلت فلزی یا بتن مسلح 

2) زیر یک دیوار باربر در ساختمان‌های آجری 

3) زیر ستون و دیوار کنار هم

 

 

 

پی نواری یک طرفه

پی‌های نواری یک طرفه، پی زیر یک ردیف ستون یا پی زیر یک دیوار باربر را به هم متصل می‌کند که نسبت طول به عرض آن بسیار زیاد است. این پی‌ها فقط در یک ردیف قرار می‌گیرند.

 

پی شبکه ای ( پی نواری دو طرفه متعامد )

اگر پی‌های نواری در هر دو امتداد عمود بر هم قرار گیرند، پی شبکه‌ای یا دو طرفه ایجاد می‌شود. پی شبکه‌ای عملکرد بسیار خوبی در برابر نیروهای جانبی زلزله دارد. 

اکثر فونداسیون‌های رایج در ایران و سایر کشورها از نوع پی شبکه‌ای (پی نواری دو طرفه) هستند. این نوع فونداسیون از نشست‌های نامتقارن جلوگیری می‌کند.

 

 

 

• پی گسترده ( فونداسیون گسترده )  

به پی‌های گسترده، پی رادیه ژنرال یا یکپارچه نیز می‌گویند.

از این گونه پی‌ها در مواردی استفاده می‌شود که بارهای وارده از ساختمان بسیار زیاد بوده (مثل برج‌ها) یا مقاومت فشاری زمین به قدری کم باشد که جهت انتقال بار به خاک زیر فونداسیون به تمام سطح زیرین ساختمان نیاز باشد.

‌پی رادیه ژنرال به صورت یکپارچه و از بتن مسلح (آرمه) در سرتاسر زیر ساختمان ساخته می شود و کلیه ستون ها و دیوارها بر روی آن قرار می‌گیرند.

در بعضی مواقع که بار بسیار زیاد باشد سطح فونداسیون را بزرگتر از سطح ساختمان روی آن می‌سازند تا پخش فشار در سطح بزرگتری انجام گیرد.

 

 

انواع فونداسیون گسترده ( پی گسترده )

فونداسیون گسترده به شالوده‌هایی گفته می‌شود که بار چند ستون یا دیوار را که در ردیف‌ها و امتدادهای مختلف قرار دارند به زمین منتقل می‌کند.

پی‌های گسترده ممکن است به شکل دال، مجموعه تیر-دال یا صندوقه‌ای ساخته شود. در برخی شرایط نیز ممکن است شالوده ساختمان متشکل از شبکه‌ای از نوارهای متقاطع باشد.

عملکرد فونداسیون گسترده یا با شبکه نوارها می‌تواند به صورت صلب یا انعطاف‌پذیر باشد.

در حالت صفحه صلب، تحلیل شالوده با فرض جابجایی یا چرخش در یک یا دو جهت و فشار خطی خاک انجام می‌شود.

در حالت شالوده انعطاف‌پذیر با توجه به ملاحظات مبحث هفتم مقررات ملی ساختمان سیستم شالوده به صورت یک صفحه پیوسته یا ناپیوسته تحلیل و طراحی می‌شود.

در هر نوار از شبکه، مقدار فولاد طولی با توجه به ملاحظات خمشی طولی تعیین می‌شود.

در طول نوار مقدار فولاد عرضی با توجه به شرایط برشی مقطع محاسبه و تعبیه می‌شود. در محل تقاطع دو نوار، فولاد تعبیه شده مربوط به محاسبه خمش طولی نوارهای متقاطع خواهد بود.

 

 

 

از انواع پی گسترده (فونداسیون گسترده) می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

1) پی‌های صفحه‌ای با دیوار محیطی

2) پی‌های صفحه‌ای ساده

3) پی‌های صفحه‌ای با شناژ

4) پی‌های صفحه‌ای با دیوار بتنی در یک جهت

5) پی‌های صفحه‌ای با دیوار بتنی در دو جهت

 

2) پی عمیق چیست ؟

پی‌های عمیق نسبت عمق به عرض بزرگی دارند. این نسبت طبق آیین نامه D.T.U.62 باید بزرگتر از 5 باشد.

اگر چه در بعضی از مدارک فنی این نسبت تا حدود ۱۰ نیز ذکر شده است. به هر حال اگر این نسبت بزرگتر از ۶ بوده و عمق آن از ۳ متر تجاوز کند، آن پی عمیق است.

پی عمیق بار سازه فوقانی (Superstructure) را توسط اصطکاک جدار پی و هم‌چنین مقاومت نوک آن به زمین منتقل می‌کند. بنابراین مهمترین اختلاف پی‌های عمیق با پی‌های سطحی در نحوه انتقال بار به زمین است.

عموما به پی‌های عمیق ، شمع گفته می‌شود.

از انواع پی عمیق می‎‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

 پی های چاهی یا نیمه عمیق

 پی‌های عمیق یا شمعی : پی‌های شمعی خود به انواع شمع های ساده و شمع های بالشتکی تقسیم می‌شوند.

 

• پی های چاهی یا نیمه عمیق

به پی‌هایی که دارای نسبت عمق به عرض بین مقادیر ذکر شده در بالا (بین پی‌سطحی و عمیق) هستند، پی‌های چاهی یا نیمه عمیق می‌گویند.

نحوه محاسبه پی‌های چاهی مانند پی‌های سطحی است و ظرفیت باربری آن محافظه کارانه به دست می‌آید.

لازم به ذکر است که اغلب (بیش از 95 درصد) پی‌ها ، سطحی یا عمیق هستند و به ندرت از پی های چاهی استفاده می‌شود.

 

 

 

• پی‌های شمعی

شمع‌ها از اجزای فونداسیون هستند که بارهای ساختمان را به زمین منتقل می‌کنند. شمع‌ها ممکن است منفرد یا به صورت گروه شمع باشند.

شمع منفرد به شمعی می‌گویند که بار یک ستون را دریافت کرده و به زمین منتقل می‌کند.

گروه شمع‌ها به تعدادی شمع گویند که بار خود را از یک یا چند ستون از طریق صفحه سر شمعی دریافت می‌کنند.

در گروه شمع‌ها میلگردهای طولی شمع‌ها باید، با توجه به نوع اتصال انتخابی (صلب یا مفصلی)، به نحوی مناسب در سر شمع امتداد یافته و مهار شوند.

ضخامت شالوده‌ها نباید کمتر از 25 سانتی‌متر و ضخامت صفحه سر شمع مربوط به گروه شمع نباید کمتر از 40 سانتی‌متر انتخاب شود.

در مواردی که نیروهای وارده بر شالوده کششی باشند باید با پیش‌بینی تدابیر مناسب از جمله استفاده از شمع یا میل مهار مانع از بلند شدن شالوده از روی زمین شد. این تدابیر باید به نحوی باشند که ضریب ایمنی در مقابل نیروهای بلندکننده (uplift) حداقل برابر با 1.5 باشد.