به نظر شما مهم‌ترین بخش یک ساختمان کجاست؟ اگر بخواهیم از نظر مهندسی به این سوال پاسخ دهیم، باید بگوییم که فونداسیون و پی ساختمان بسیار مهم بوده و نحوه‌ی انتخاب انواع پی و طرز استفاده‌ی آن‌ها از اهمیت خاصی برخوردار است.
شاید برایتان جالب باشد که بدانید یک مهندس ساختمان می‌تواند بر اساس نوع زمین، معماری سازه و وزن آن از انواع فونداسیون و پی استفاده کند که هر کدام از آن‌ها دارای ویژگی‌های منحصربفردی هستند.
حال اگر شما هم می‌خواهید با پی‌های ساختمانی و نکات ضروری آن بیشتر آشنا شوید، بهتر است در ادامه‌ی مقاله همراه ما باشید…
منظور از پی و فونداسیون چیست؟
در ساختمان‌سازی دو بخش عمده وجود دارد: بخش اول شامل سازه‌ی اصلی و بخش دوم شامل سازه‌ی زیرین است. این سازه‌ی زیرین در واقع بین خاک و سازه قرار داشته و توانایی تحمل فشار و لرزش‌های شدید را دارد.
احتمالا تا اینجا فهمیده‌اید که منظور از پی و فونداسیون یک ساختمان همان سازه‌ی زیرین آن است که از جنس بتن و میلگرد ساخته می‌شود. اما آیا تا به حال به این موضوع فکر کرده‌اید که دلیل استفاده از انواع پی ساختمان در ساخت و ساز چیست؟ چه دلیلی دارد که با صرف هزینه‌های هنگفت به طراحی و ساخت فونداسیون بپردازیم؟
نتایج بررسی‌های کارشناسان نشان می‌دهد که ساخت انواع فونداسیون و پی ساختمان باعث انتقال بار از سازه‌ی اصلی به خاک می‌شود. علاوه بر آن، پی‌های ساختمانی باعث کاهش تنش‌های فشاری و کششی شده و از آسیب‌های ناشی از لرزش جلوگیری می‌کنند.
انواع پی ساختمان به چند دسته تقسیم می‌شوند؟
طراحی و ساخت انواع پی و فونداسیون نیازمند یک کار مهندسی و در نظر داشتن تمامی آیین نامه‌های استاندارد و ایمنی است. به همین دلیل، یکی از زیر مجموعه‌های ساختمان‌سازی و عمران به بخش طراحی پی ساختمان اختصاص داده شده و به آن مهندسی پی می‌گویند.
یک مهندس پی تمام تلاش خود را انجام می‌دهد تا فونداسیون ساختمان را در برابر زلزله و حوادث طبیعی مقاوم‌تر کند. این در حالی است که خاک هر منطقه و نوع سازه‌ی هر ساختمان با هم تفاوت دارد و برای رسیدن به بهترین فونداسیون باید انواع مختلف پی طراحی شود. برخی از آن‌ها در ادامه آورده شده است:
• پی عمیق
یکی از مهم‌ترین فاکتورها برای طبقه‌بندی انواع پی ساختمان این است که آن‌ها را از نظر عمق خاک مورد بررسی قرار دهیم. تجربه نشان داده است که هرچه عمق یک پی ساختمان بیشتر باشد، استحکام آن نیز بیشتر است؛ چرا که خاک‌های عمیق‌تر و مستحکم‌تر را درگیر می‌کند.
پی‌های عمیق نیز جزء آن دسته از پی‌ها هستند که برای ساختمان‌های بلندمرتبه و سنگین وزن مانند برج و مجتمع‌های تجاری مورد استفاده قرار می‌گیرند. البته لازم به ذکر است که میزان بتن مصرفی در این پی‌ها بسیار زیاد بوده و در نتیجه هزینه‌ی آن نیز بالاتر است. بنابراین برای ساختمان‌های سبک‌تر بهتر است از انواع پی نیمه عمیق یا سطحی استفاده کرد.
یکی از پرکاربردترین پی‌های عمیق، پی‌های شمعی هستند که ستون‌های بلندی از بتن با فواصل مشخص درون خاک قرار گرفته و تا عمق زیادی از آن نفوذ می‌کند.
• انواع پی نیمه عمیق
این نوع از پی‌ها و فونداسیون‌ها نه آنقدر عمیق هستند که هزینه و زمان ساخت و ساز را افزایش دهند و نه آنقدر سطحی هستند که استحکام آن‌ها کم باشد. در حقیقت، پی نیمه عمیق در مجتمع‌های مسکونی و آپارتمان‌ها بیشتر کاربرد دارد.
از جمله معروف‌ترین پی نیمه عمیق می‌توان به پی چاهی اشاره کرد. در این نوع از پی، چاه عمیقی حفر شده و سپس توسط بتن و مصالح مناسب پر می‌شد. در مرحله بعد از همین چاه‌های پر شده به عنوان فونداسیون ساختمان استفاده می‌کنند.
• پی سطحی
متداول‌ترین فونداسیون به کار رفته در ساختمان‌های شهری، فونداسیون سطحی یا پی سطحی است. در تعریف رسمی از این پی می‌توانیم بگوییم که اگر عمق پی ساختمان کمتر از چهار برابر عرض آن باشد، پی سطحی ساخته می‌شود.
لازم به ذکر است که ساخت و استفاده از انواع پی سطحی از نظر اقتصادی بسیار مقرون به صرفه بوده و پیشنهاد خوبی برای سازندگان ساختمان است. علاوه بر آن، این نوع از پی‌ها خودشان به چند زیر مجموعه تقسیم می‌شوند که شناخت ویژگی هر کدام از آن‌ها می‌تواند کمک خوبی برای انتخاب آن‌ها باشد.
آشنایی با انواع پی سطحی
همان‌طور که گفتیم، فونداسیون‌های سطحی از خاک‌های کم عمق برای کاهش فشار و تنش‌های ساختمان کمک می‌گیرند. این نوع از پی‌ها به 6 دسته‌ی مختلف تقسیم می‌شوند که عبارتند از:
• پی سطحی منفرد
ساده‌ترین و کم خرج‌ترین انواع پی ساختمان و فونداسیون، پی منفرد است که به صورت سطحی بتن‌ریزی شده و مورد استفاده قرار می‌گیرد. پی‌های سطحی منفرد فقط فشار یک ستون یا یک دیوار را تحمل می‌کنند. به بیان دیگر، اگر تنها یک ستون را روی پی ساختمان قرار گرفته باشد، به آن پی سطحی منفرد گفته می‌شود.
شاید تصور کنید که این پی، هیچ استحکام و دوامی ندارد! در صورتی که معمولا از پی‌های منفرد تنها برای ساخت بناهای سه تا چهار طبقه استفاده می‌شود و برای سایر ساختمان‌ها هیچ کاربردی ندارد.
از جمله انواع پی منفرد می‌توان به پی منفرد ساده، پی منفرد شیب دار و پی منفرد پله‌ای اشاره کرد.
• پی سطحی مرکب
پی مرکب نیز یکی دیگر از انواع پی‌های سطحی است که ساختار ساده‌ای دارد. برای طراحی این فونداسیون‌ها فقط کافیست از چندین ستون در یک پی ساختمان استفاده کنیم. طبق تعریف: اگر فشار دو یا چند ستون بر روی یک پی ساختمان باشد، فونداسیون مرکب ساخته می‌شود. تنها تفاوت پی مرکب با پی منفرد همان تعداد ستون‌ها است که منجر به افزایش استحکام سازه می‌شود.
• پی سطحی باسکولی
در طراحی ستون‌های یک ساختمان بهتر است آن‌ها را به صورت متقارن و منظم قرار دهیم؛ اما در بسیاری از مواقع این امکان وجود ندارد. به طور مثال ممکن است فضای کافی برای قرار گیری این ستون‌ها وجود نداشته باشد و یا اینکه نوع معماری ساختمان اجازه‌ی قرار دادن ستون در برخی نقاط را به ما ندهد. با این شرایط مجبور به طراحی نامتقارن ستون‌ها هستیم.
اما در این حالت نیز یک مشکل بزرگ وجود دارد و آن توزیع نامتقارن وزن ساختمان روی پی ساختمان و فونداسیون است. بنابراین مهندسان با طراحی انواع پی باسکولی این مشکل بزرگ را حل کرده‌اند. در این نوع از پی‌ها از تیرهای خمشی برای اتصال پی استفاده می‌کنند که مانع از لنگر انداختن ستون‌ها می‌شود.
• انواع پی سطحی گسترده
برخی از زمین‌های مورد استفاده برای ساختمان‌سازی ممکن است بسیار سست و کم استحکام باشد؛ این زمین‌ها به سرعت دچار نشست شده و صدمات جبران ناپذیری به بناهای بلند مرتبه وارد می‌کنند. به همین دلیل، بهتر است انواع پی گسترده را برای ساختمان انتخاب کرد تا تنش‌های ناشی از ستون‌ها به صورت یکنواخت به زمین منتقل شود.
برای ساخت پی سطحی گسترده ابتدا محل مورد نظر را آماده کرده و سپس تمامی آن نقطه را با کمک بتن‌های باکیفیت می‌پوشانند. با این کار همه‌ی سطح زمین در معرض بتن قرار گرفته و استحکام آن افزایش پیدا می‌کند.
• پی سطحی نواری
کارشناسان ساختمان به این نتیجه رسیده‌اند که امکان نشست زمین حتی در زیر ستون و فونداسیون اصلی نیز وجود دارد! بنابراین پیشنهاد داده‌اند که سطح زیرین ستون‌ها و دیوارها توسط نوارهای بتنی به هم متصل شود تا از تخریب آن‌ها جلوگیری شود. به این نوع پی‌های ساختمانی، پی سطحی نواری می‌گویند که کاربرد بسیار زیادی دارد.
انواع پی ساختمان از نظر مصالح مصرفی
این پی‌ها شامل پی شفته‌ای، پی سنگی، پی آجری، پی فلزی و پی بتنی هستند.
پی شفته‌ای
این نوع پی ساختمان ساده‌ترین و در عین حال ابتدایی‌ترین پی برای ساختمان‌های کوچک با طبقات کم آجری (مصالح بنایی) است. شفته خمیری است از مخلوط خاک، شن، گرد آهک و آب که در هر متر مکعب خاک بین ۲۰۰تا ۲۵۰ کیلوگرم گرد آهک به کار می‌رود و گاهی در صورت لزوم مقدار قلوه سنگ به آن می‌افزاید.
پی سنگی
این پی ساختمان با استفاده از سنگ‌های طبیعی در مناطقی که سنگ با قیمت ارزان در دسترس است ساخته می‌شود. سنگی که برای این گونه پی‌ها انتخاب می‌شود باید سالم بوده و از انواع سنگ‌های لاشه‌ای شکسه باشد. سنگ‌های قلوه‌ای به علت صیقلی و مدور بودن آن برای پی سازی مناسب نیست زیرا حالت ناپایداری به پی ساختمان می‌دهد. سطح پی‌های سنگی نسبت به دیوارهای روی آن وسیعتر بوده و به عنوان ریشه از هر طرف دیوار حداقل ۱۵ سانتیمتر گسترش داشته باشد. زاویه‌ی پخش بار در پی‌های سنگی ۴۵ درجه است. پی‌سازی با سنگ با دو نوع ملات صورت می‌گیرد. چنانچه فشار بار وارده کم باشد از ملات گل و آهک و اگر بار زیاد باشد از ملات ماسه سیمان استفاده می‌کنند.
پی آجری
از پی‌های آجری در مواقعی استفاده می‌شود که ساختمان کوچک و بار وراده آن نیز کم باشد. این پی نیز مانند پی‌های سنگین دارای ریشه‌ای به اندازه ۱۵ تا ۲۰ سانتیمتر از طرفین دیوار روی آن است. برای این منظور لازم است که عرض پی‌کنی آجری نیز ۳۰ تا ۴۰ سانتیمتر از عرض دیوار بیشتر باشد. این مقدار اضافه در عرض پی کنی عمل آجر چینی در داخل پی را آسان‌تر می‌کند. برای صرفه جویی در مصرف آجر بهتر است شکل پی ساختمان به صورت پلکانی اجرا شود این عمل باعث می‌شود که بار زاویه‌ی ۶۰ درجه به زمین منتقل شود.
پی فلزی
در صورتی که بارهای وارده بر ستون زیاد و مقاومت فشاری زمین (خاک)، از حد مجاز کمتر باشد گاهی برای ستون‌های فولادی از پی‌های با شبکه فولادی استفاده می‌شود اما امروزه جهت صرفه‌جویی اقتصادی امکان استفاده از پی‌های فلزی مقدور نیست. لذا پی‌های بتن مسلح جایگزین این نوع پی‌ها شده است.
پی بتنی (بتن مسلح)
بتن را می‌توان یکی از مقاوم‌ترین و مستحکم‌ترین سنگ‌های مصنوعی دانست. لذا پی‌های که با بتن ساخته می‌شوند بهترین پی ساختمان در کارهای ساختمانی به شمار می‌آیند. امروزه توصیه می‌شود که پی تمامی ساختمان‌های با بتن مسلح بسازند.
در مناطق زلزه خیزی نظیر شهرهای جنوب برای ساختمان‌های سبک و یک طبقه نیز پی‌های بار در پی‌های بتنی بین ۳۰ تا ۴۵ درجه است. لذا می‌توان این گونه پی‌ها را پلکانی یا به صورت هرم ناقص ساخت و از مصرف اضافی بتن صرفه جویی نمود.
چنانچه پی ساختمان از نوع بتن مسلح باشد ابتدا باید مطابق نقشه‌های اجرایی آرماتور در قالب پیش بینی شده قرار داده، سپس بتن ریزی صورت گیرد (از پی‌های بتن مسلح در ساختمان‌های اسکلت فلزی و اسکلت بتنی استفاده می‌شود).
پی ستون بتنی در انواع مخالف شیبدار، پلکانی و … با توجه لحاظ کردن بیرون زدگی بتن پایه ساخته می‌شوند. برای مقابله به بارهای سنگین اقدام به مسلح سازی پایه بتنی توسط میلگردهای فولادی و در هر دو جهت می‌شود. این نوع از پی‌ها همچنین برای تحمل بار مجموعه‌ای از چند ستون منفرد که بدلیل محدودیت فضایی امکان بیرون زدگی پی ساختمان برای برخی از ستون‌ها مقدور نباشد بکار می‌روند. شکل این پی‌های مرکب در مواردی که مقطع ستون‌ها یکسان بوده مستطیلی و در غیر این صورت ذوزنقه‌ای است.
نکات ضروری برای انتخاب انواع پی و فونداسیون
مهم‌ترین چیزی که در ساختمان‌سازی وجود دارد، افزایش ایمنی است. زیرا اگر مقررات استاندارد و ایمنی به درستی رعایت نشود، ممکن است جان ده‌ها نفر به خطر افتاده و زیان‌های جبران ناپذیری به افراد وارد شود.
بنابراین برای انتخاب انواع پی ساختمان و به کار بردن آن‌ها باید به مبحث ایمنی توجه بیشتری داشته باشیم. حتی اگر این کار منجر به افزایش هزینه‌های ساخت و ساز و بالا رفتن زمان ساختمان‌سازی شود.
برای ساختمان‌های بلند و گسترده بهتر است از انواع پی عمیق مانند پی شمعی استفاده شود تا خیالمان از استحکام بنا در برابر زلزله راحت باشد. همچنین بناهای سبک‌تر را می‌توان با فونداسیون‌های سطحی مستحکم کرد.
جمع‌بندی و حرف آخر…
در این مقاله به تعریف پی و فونداسیون در یک ساختمان پرداختیم و سپس انواع آن را به شما معرفی کرده و با نکات ضروری آن آشنا شدیم. این پی‌های ساختمانی با تحمل وزن سازه باعث جلوگیری از تخریب آن در مواقع بحرانی می‌شوند؛ به همین دلیل در ساخت و طراحی آن‌ها باید نهایت دقت را داشته باشیم.
