فونداسیون چیست؟ | نکات کلیدی برای استحکام و ایمنی

فونداسیون ساختمان (شالوده) از مهم‌ترین اجزای سازه محسوب می‌شود که نقش بسیار مهمی در استحکام و مقاومت آن ایفا می‌کند. Foundation در واقع پایه‌ای است که ساختمان روی آن بنا می‌شود. طراحی و اجرای غیر اصولی شالوده به دوام کوتاه‌تر سازه و کاهش ایمنی ساختمان و ساکنان آن منجر خواهد شد. در این مطلب به طور کامل توضیح می‌دهیم که شالوده چیست و چه انواعی دارد.

فونداسیون چیست؟

فونداسیون‌ها که به عنوان شالوده نیز شناخته می‌شوند، مهم‌ترین جزء سازه‌ای در هر ساختمان به شمار می‌روند. وظیفه اصلی Foundation آن است که کل بار سازه (شامل وزن دیوارها، سقف، کف‌ها، تأسیسات و ساکنان) را دریافت کند و آن را به صورت ایمن و یکنواخت به زمین زیرین منتقل نماید.

این جزء زیرین با توزیع صحیح بارهای ساختاری در خاک، به عنوان پایه‌ای برای پشتیبانی از کل وزن ساختمان عمل می‌کند تا ثبات کلی سازه تأمین شده و از وقوع نشست نامتوازن در طول زمان جلوگیری شود؛ زیرا نشست نامتوازن می‌تواند به ترک‌های عمده و آسیب‌های جدی به ساختمان منجر گردد. در نهایت، یک شالوده با طراحی و اجرای مناسب، خانه را پایدار، امن و عاری از هرگونه مشکل نشست نگه می‌دارد.

کاربرد فونداسیون

شالوده به عنوان حیاتی‌ترین بخش سازه، چند نقش اساسی به عهده دارد که عبارت‌اند از:

• توزیع یکنواخت بار، بر روی زمین: دریافت کل بارهای وارده از سازه اصلی و توزیع یکنواخت آن در یک سطح وسیع‌تر به صورت ایمن
• افزایش مقاومت و پایداری سازه: ایجاد یک تکیه‌ گاه محکم برای افزایش مقاومت و پایداری کلی ساختمان در برابر تنش‌ها و تغییرات خاک در طول زمان
• جلوگیری از نشست نامتوازن: پیشگیری از وقوع نشست نامتوازن ناشی از توزیع نادرست بارها و در نتیجه جلوگیری از ایجاد ترک و آسیب جدی به سازه
• محافظت در برابر نیروهای جانبی: مقاوم‌ سازی ساختمان در برابر نیروهایی مانند بادهای شدید و زلزله و جلوگیری از حرکت سازه (لغزش یا واژگونی)

اجزای فونداسیون

اجزای تشکیل‌ دهنده Foundation با توجه به نوع ساختمان و سیستم سازه متغیر است؛ اما به طور کلی شامل موارد زیر هستند:

• پی اصلی
• میلگرد گذاری فونداسیون
• شناژ
• شناژ رابط
• ستون‌ها
• میلگرد گذاری ستون‌ها (ریشه‌ها)
• تیر
• دال
• دیوار

انواع فونداسیون

انواع مختلفی از شالوده وجود دارند که با توجه به نوع سازه، میزان بار وارده، شرایط خاک و ملاحظات اقتصادی و اجرایی برای هر پروژه انتخاب می‌شوند. انواع فونداسیون ساختمان بر اساس شکل و مصالح مورد استفاده شامل موارد زیر هستند:

سطحی: شالوده‌هایی که عمق‌شان کمتر از عرض بوده و برای سازه‌های سبک در خاک با مقاومت کافی مناسب‌اند.

عمیق: این نوع، بار سازه را از لایه‌های ضعیف بالایی عبور داده و به لایه‌های مستحکم‌تر در اعماق زمین منتقل می‌کند (مانند شمع و کیسون).

شمعی: این Foundation از عناصر باریک و ستونی شکل (فولاد، بتن یا چوب) تشکیل شده که برای سازه‌های بزرگ یا بارهای آبی به عمق زمین کوبیده می‌شوند.

گسترده/مت: نوعی فونداسیون سطحی است که بار کل ساختمان را مانند یک صفحه یکپارچه بزرگ در کل سطح زیرین توزیع می‌کند.

نواری : شالوده سطحی مستطیل شکلی است که در زیر یک خط بار (مثل یک دیوار باربر) امتداد می‌یابد.

منفرد/بالشتکی: شالوده سطحی مربع یا مستطیل کوچکی است که زیر یک نقطه بار مشخص (مانند ستون) قرار می‌گیرد.

گریلاژ:  نوعی شالوده سطحی که از یک یا چند لایه تیر (معمولاً فولادی) عمود بر هم برای توزیع بارهای سنگین در خاک نرم تشکیل شده است.

مشترک:  فونداسیون سطحی واحدی است که دو یا چند ستون نزدیک به هم یا مجاور مرز ملک را پشتیبانی می‌کند.

شناور: در خاک‌های ضعیف استفاده می‌شود. در این نوع Foundation، وزن سازه با وزن خاک جابجا شده برابر است تا نشست به حداقل برسد.

اجرای فونداسیون

اجرای Foundation پس از تأیید نقشه‌های سازه و تکمیل آزمایش خاک با تسطیح زمین آغاز می‌شود. گام بعدی پیاده ‌سازی نقشه توسط علامت ‌گذاری دقیق محدوده شالوده بر روی زمین است. در ادامه، مرحله گودبرداری و پی‌کنی تا رسیدن به تراز مورد نیاز یا خاک بکر و مقاوم انجام می‌گیرد. سپس به منظور جلوگیری از تماس بتن اصلی با خاک و تسطیح کف پی، یک لایه نازک بتن مگر ریخته می‌شود.

حیاتی‌ترین مرحله یعنی آرماتوربندی شامل برش، خم و بستن دقیق میلگردهای طولی و عرضی طبق نقشه است. آنگاه با استفاده از قالب‌های فلزی یا آجری، قالب‌بندی انجام می‌شود تا شکل نهایی فونداسیون حفظ شود و در نهایت نوبت به بتن‌ریزی می‌رسد که در آن بتن با عیار مشخص ریخته شده و توسط ویبراتور متراکم می‌شود. در پایان پس از عمل ‌آوری اولیه بتن، قالب‌ها برداشته می‌شوند.

تقویت فونداسیون

مقاوم‌سازی فونداسیون شامل مجموعه‌ای از روش‌های مهندسی است که برای افزایش ظرفیت باربری، بهبود عملکرد لرزه‌ای یا اصلاح نشست‌های نامطلوب در سازه‌های موجود به کار می‌رود. تقویت شالوده به دلایل متعددی از جمله تغییر کاربری ساختمان (افزایش وزن)، ضعف در طراحی اولیه، فرسودگی مصالح یا لزوم مقابله با نیروهای جدید مانند زلزله انجام می‌پذیرد. این عملیات با هدف افزایش پایداری و ایمنی بلند مدت سازه صورت گرفته و به دو دسته اصلی تقسیم می‌شود: تقویت سازه‌ای و تقویت ژئوتکنیکی.

برای مقاوم‌سازی شالوده از روش‌های مختلفی استفاده می‌شود؛ از جمله افزایش ابعاد فونداسیون Foundation (ژاکت‌بندی)، استفاده از شمع‌ها یا ریزشمع‌های جدید (پایلینگ/میکروپایل)، افزودن شناژ (اتصال پی‌ها به یکدیگر)، تقویت با الیاف پلیمری (FRP)، تزریق گروت یا رزین برای تحکیم خاک، استفاده از کابل‌های پیش‌تنیده و جایگزینی بخشی از خاک زیرین.

آرماتوربندی فونداسیون

آرماتور بندی Foundation یک فرایند فنی و بسیار حساس است که پس از طراحی نقشه سازه و تهیه میلگرد مناسب توسط تیم متخصص اجرا می‌شود و مستقیماً بر پایداری کل ساختمان تأثیر می‌گذارد. این مرحله شامل برش و خمکاری میلگردها و سپس بستن آنها در محل فونداسیون است. آرماتوربندی با اجرای شبکه زیرین آغاز شده و با استفاده از قطعات نگهدارنده‌ای مانند اسپیسرها (برای پوشش بتنی مناسب) و خرک‌ها (برای ایجاد ارتفاع شبکه بالایی) تکمیل می‌شود.

اجرای صحیح آرماتوربندی به دقت فنی بسیار بالایی نیاز دارد؛ زیرا در این مرحله، جایگاه دقیق آرماتورهای انتظار ستون‌ها و صفحه ستون‌های فلزی مشخص می‌شود و هرگونه بی‌دقتی می‌تواند در مراحل بعدی به ناترازی ستون‌ها و اتصالات کل سازه منجر شود. پس از اتمام آرماتوربندی و تأیید مهندس ناظر، اطراف آن قالب‌بندی شده و در نهایت، عملیات بتن‌ریزی فونداسیون اجرا می‌گردد.

بتن‌ریزی فونداسیون

بتن‌ریزی فونداسیون که پس از پایان آرماتوربندی و قالب‌بندی اجرا می‌شود، از مراحل بسیار حساس ساخت ‌و ساز است؛ زیرا بتن به عنوان اصلی‌ترین ماده، وظیفه تحمل و انتقال بارهای ساختمان را بر عهده دارد و کیفیت این مرحله مستقیماً بر دوام، پایداری و ایمنی کل سازه تأثیر می‌گذارد. انتخاب روش بتن‌ریزی به حجم پروژه و نوع شالوده بستگی دارد. برای پروژه‌های کوچک از بتن‌ریزی یک مرحله‌ای (یکجا) برای حفظ یکپارچگی استفاده می‌شود؛ اما در فونداسیون‌های بزرگ و گسترده، بتن‌ریزی چند مرحله‌ای ضروری است که نیازمند اجرای تمهیدات فنی (مانند درز اجرایی استاندارد) برای جلوگیری از درز سرد است.

همچنین شما می‌توانید از بتن آماده (که کیفیت مخلوط بالاتر و یکنواخت‌تری دارد) یا بچینگ سیار (برای پروژه‌هایی که دسترسی محدودی به کارخانه بتن دارند) استفاده کنید که هر کدام مزایای خاص خود را ارائه می‌دهند.

تفاوت پی و فونداسیون چیست؟

در حالی که واژه‌های پی و فونداسیون (شالوده) در زبان عمومی و محاوره‌ای اغلب به جای یکدیگر به کار می‌روند، اما از نظر فنی در مهندسی عمران دارای تفاوت‌های دقیق و مهمی هستند. فونداسیون به عنوان یک مفهوم جامع، به کل ساختار زیرین سازه اطلاق می‌شود که پایین‌ترین بخش سازه است. Foundation وظیفه دارد تمامی بارهای وارده از ستون‌ها و دیوارها را دریافت کرده و به طور ایمن به زمین منتقل کند. در مقابل، پی (Footing) در حقیقت بخشی از فونداسیون است که وظیفه انتقال مستقیم بار از یک ستون یا یک دیوار مشخص به خاک را بر عهده دارد و معمولاً به عنوان عنصری که مستقیماً با زمین در تماس است، تعریف می‌شود.

به بیان ساده‌تر، فونداسیون مجموعه‌ای از پی‌ها (منفرد، نواری یا شمع) به همراه تمام اجزای رابط مانند شناژها (Tie Beams) و سرشمع‌های بتنی است که یک سیستم یکپارچه برای توزیع بار ایجاد می‌کنند. در واقع پی، شامل قسمت‌هایی از سازه و زمین زیر آن است. در حالی ‌که فونداسیون کل ساختار بتنی یا مصالحی است که در پایین‌ترین سطح قرار گرفته و نیرو را از روسازه به این مجموعه انتقال می‌دهد.

حرف آخر

در بخش‌های بالا توضیح دادیم که فونداسیون ساختمان چیست و چه کاری انجام می‌دهد. همانطور که مشاهده کردید، شالوده، عنصر کلیدی هر سازه است که با توزیع یکنواخت بار از نشست نامتوازن جلوگیری می‌کند. انواع مختلفی از Foundation وجود دارد که با توجه به شرایط خاک و میزان بار سازه برای هر پروژه انتخاب می‌شود. از آنجایی که فونداسیون وظیفه محافظت از ساختمان در برابر نیروهای جانبی (مثل زلزله و باد) و تأمین مقاومت نهایی سازه را بر عهده دارد، کیفیت اجرای آن از اهمیت بالایی برخوردار است. بنابراین رعایت اصول فنی در آرماتوربندی، قالب‌بندی و بتن‌ریزی برای دستیابی به یک سازه پایدار، امری ضروری است.

منبع 

https://www.ultratechcement.com/for-homebuilders/home-building-explained-single/descriptive-articles/building-foundations-for-a-house

https://www.britannica.com/technology/foundation-construction

https://www.heidelbergmaterials.co.uk/en/ready-mixed-concrete/technical-information/building-foundation-guide