طراحی پی ساختمانی :

عرض و طول و عمق پی‌ها(Foundation) کاملا بستگی به وزن ساختمان و قدرت خاک محل عمل ساختمان دارد. در ساختمان های بزرگ قبل از شروع کار به وسیله آزمایشات مکانیک خاک قدرت مجاز عملی زمین را تعیین نموده و از روی آن و مهندس محاسب از روی آن ابعاد فونداسیون ها را تعیین می کند. ولی در ساختمان های کوچک در اغلب مواقع قدرت مجاز عملی زمین با مشاهده خاک پی ساختمان و دیدن طبقات آن و طرز قرار گرفتن دانه ها بر روی همدیگر و یا ضربه زدن به وسیله کلنگ به محل پی ساختمان قابل تشخیص می باشد.‌

انواع پی ساختمان و فونداسیون ها :

پی‌ها را نسبت به نوع مصالح و عمق قرارگیری و سیستم ساخت آن می توان به ۳ گروه تقسیم کرد : گروه اول شامل انواع فونداسیون از نظر نوع مصالح آن مانند پی‌های سنگی ، آجری ، شفته ای ، بتنی ، گروه دوم شامل انواع فونداسیون از نظر سیستم ساخت آن مثل : پی‌های تکی یا منفرد ، نواری ، گسترده ، فونداسیون مشترک و شالوده های های کلاف شده می باشد .

گروه اول : تقسیم بندی براساس نوع مصالح

• پی  ساختمان سنگی :

این نوع از فنداسیون از سنگ های طبیعی و در مناطقی که سنگ ارزان در دست رس باشد ساخته می شود سنگی که در برای این گونه پی ها انتخاب می گردد باید سالم ( نپوسیده ) بوده و از انواع سنگ های لاشه شکسته باشد سنگ های قلوهای به علت صیقلی و مدور بودن آن برای بی سازی مناسب نمی باشد زیرا حالت ناپایدار به فنداسیون می دهد . سطح پی سازی با سنگ باید از دیوار هایی که روی آن قرار دارد وسیع تر و از هر طرف دیوار حداقل ۱۵ سانتیمتر عنوان ریشه گسترش داشته باشد . پی سازی با سنگ با دو نوع ملات صورت می گیرد . چناچه بار و فشار کم باشد ملات سنگ ها را از نوع گل آهک و چنانچه بار زیاد باشد ملات ماسه سیمان انتخاب می شود و استفاده از ملات ماسه سیمان ، ماسه و آهک و یا ملات باشد و از پی های سنگی فقط و ساختمانهای یک طبقه . پی دیوارهای محوطه استفاده می شود .

• پی ساختمان آجری :

از پی‌های آجری در مواقعی استفاده می کنند که ساختمان کوچک و باروارده نیز کم باشد در ضمن از پی های سنگی نیز به علت گرانی و کمیابی سنگ نتوان استفاده کرد این فونداسیون نیز مانند پی‌های سنگی بایستی دارای ریشه ای به اندازه ۱۵ تا ۲۰ سانتی متر از طرفین دیوار روی آن باشد برای این منظور است که عرض پی کنی نیز ۳۰ تا ۴۰ سانتی متر از عرض دیوار بیشتر باشد این مقدار اضافه عرض همچنین عمل آجر چینی در داخل پی ساختمان را آسان تر می نماید چون زاویه پخش بار در پی عالی آجری در حدود ۶۰ درجه می باشد برای صرفه جویی در مصرف آجر بهتر است آن را به شکل پلکانی در آورد .

• پی ساختمان شفته ای :

ساده ترین و در عین حال ابتدایی ترین پی سازی برای ساختمان کوچک ۲ یا ۳ طبقه آجری است . شفته خمیری است از مخلوط خاک ، آب ، شن و گردآهک که در هر متر مکعب خاک آن بن ۲۰۰ تا ۲۵۰ کیلو گرم آهک به کار می رود . گاهی نیز بنابر لزوم مقداری پاره سنگ به آن می افزایند . طریقه شفته ریزی بدین صورت است که شفته را در پی ریخته و پس از آنکه شفته به حدود ۲۰ یا ۳۰ سانتی متر رسید آن را در یک سطح افقی هموار می کنند و یک روز آن را به حالت خود می گذارند . تا آبش در اثر تبخیر یا جذب کاهش باید ( اصطلاحا دونم شود ) سپس آن را با وزنه ی سنگینی ( تخماق ) می کوبند تا کاملا متراکم گردد . مجددا به همان ارتفاع شفته ریزی انجام گرفته و تا پر شدن پی همچنان ادامه می یابد .

• پی بتنی :

بتن را می توان یکی از مقاومترین و مستحکم ترین سنگ های مصنوعی دانست . لذا پی هایی که با بتون ساخته می شود ، بهترین پی در کارهای ساختمان به شمار می آیند . امروزه توصیه می شود . که پی کلیه ی ساختمانها را با بتون مسلح بسازند به خصوص در مناطق زلزله خیزی نظیر شهر های جنوب خراسان ، دامنه های سلسله ی جبال البرز ، قزوین حتی برای ساختمان سبک و یک طبقه نیز پی های بتونی از نوع نواری آن بسیار مناسب خواهد بود . زاویه ی پخش بار در پی های بتنی بین ۳۰ تا ۴۵ درجه می باشد . لذا می توان این گونه پی ها را پلکانی یا به صورت هرم ناقص ( سومل ) ساخت و از مصرف اضافی بتن صرفه جویی نمود . پی سازی با بتن بدین طریق انجام می گیرد که ابتدا کف پی را به اندازه تقریبی ۱۰ سانتی متر بتن کم سیمان با نام مکر می ریزند . که سطح خاک و بتن اصلی را از هم جدا کرده و همچنین سطح پی را جهت بتن ریزی اصلی تراز نمایند . سپس روی بتن مگر داخل پی را با تخته قالب بندی می کنند و پس از آماده شدن قالب بتن ساخته شده را داخل قالب ریخته و خوب می کوبند ویبرا تور ( لرزاننده ) به آن ارزش می دهند.

تا بتون اصطلاحا جا بیفتد یعنی دانه های شن ماسه در بتون عمل جایگیری را کاملا انجام دهند و متراکم گردند . بارگذاری روی پی های بتنی بایستی حداقلهفت روز پس از پی ریزی انجام می گیرد . ضمنا باید توجه داشت ، چنانچه بتون از نوع مسلح باشد ، باید ابتدا میلگرد در قالب جاسازی شده ، سپس بتن ریزی صورت گیرد ، از این پی شفته در ساختمان های اسکلت فلزی استفاده می شود .

گروه دوم : تقسیم بندی براساس عمق قرارگیری پی

به طور کلی چنانچه لایه مقاوم درنزدیکی سطح زمین قرار گرفته باشد، فونداسیون در سطح و در غیر این صورت برای رسیدن به لایه مقاوم عمق پی افزایش می یابد.

به طور کلی پی ها به ۳ دسته تقسیم بندی می شوند :

1. پی‌های سطحیshallow foundation
2. پی‌های عمیق Deep foundation
3. پی‌های نیمه عمیق

• پی‌های سطحی

این پی‌ های ساختمانی نزدیک سطح زمین ساخته می‌شوند. اگر عمق استقرار پی را در نظر گرفته و آن را به طول پی تقسیم کنیم، در این پی‌ها باید عدد حاصل مساوی سه و یا کمتر از آن باشد.

• پی‌های عمیق :

اگر خاک زیر پی ساختمان قابلیت باربری نیروهای وارده از طرف سازه را نداشته باشد برای انتقال تنش‌ها به عمق زمین باید از شمع‌ها که ستون مانند و باریک هستند استفاده کنیم. این گونه پی‌ها برای مقابله با نشت پذیری زیاد، خاک‌های مسأله دار بستر مثل خاک‌های متورم، بالا بودن سطح آب زیر زمینی و در مجموع برای عبور از لایه‌های سطحی ضعیف استفاده می‌شود.

گروه سوم : تقسیم بندی براساس سیستم ساخت و عملکرد

• پی‌های منفرد:

  این پی‌ها برای تحمل بار محوری یک ستون طراحی می‌شوند، اما بدلیل ضعف‌های ساختاری که در این پی‌ها دیده می‌شود لازم است که چند نکته رعایت شود: ابتدا باید دانست که این پی‌ها قادر به انتقال لنگر نیستند، و لذا نباید ستون خروج از مرکزیت داشته باشند، چرا که واژگون می‌شوند. این پی‌های نیز باید برای بارهای محوری متعارف طراحی شوند، چون با بالا رفتن نیروی محوری اگر مقاومت مجاز بستر کم باشد ناچاریم که ابعاد شالوده را بزرگ طراحی کنیم. ضمننا مقدار نشست مجاز برای این پی‌ها کم تر از بقیه می‌باشد، در هنگام زلزله نیز این پی‌ها مقاومت کمی نشان داده و در اثر آن شاهد بلند شدن آن‌ها از بستر می‌شویم. همچنین این پی‌ها نباید بر روی بستر‌های مستعد تورم یا اصطلاحا متورم ساخته شوند. در اماکنی که خاک بستر متغیر می‌باشد نیز نباید از این نوع پی استفاده کرد چون موجب نشست غیر متقارن می‌شوند. از دیدگاه ضخامت یا مقطع قائم، پی های منفرد و یا تک ممکن است به صورت ثابت، پله ای و یا شیبدار باشند.

  استفاده از پی های منفرد برای ساختمان های با تعداد طبقات کم) حدود ۲ طبقه( با ستون های ترجیحا دارای فقط بار قائم و واقع در مرکز پی(بدون خروج از مرکزیت) توصیه می گردد.

  پی های منفرد به وسیله یک المان محوری به نام شناژ در ۲ امتداد طولی و عرضی به یکدیگر متصل می گردند.

  شناژ عنصری است که هیچ نقشی در تحمل بارهای وارده و انتقال آنها به زمین نداشته و نمی تواند نشست نسبی را کنترل کند.

  تنها وظیفه شناژ، به هم کلاف کردن پی و جلوگیری از حرکت افقی آنها نسبت به یکدیگر است.

   

  • پی‌های نواری :

  به پی‌هایی پی نواری گفته می‌شود که دو ستون و یا بیشتر بروی آن قرار می‌گیرد. اگر این پی‌ها به شکل فقط یک ردیف طراحی شوند به آن‌ها همان پی نواری گفته می‌شود که معمولا زیر دیوار‌های باربر قرار می‌گیرند، اما اگر در دو جهت اجرا شوند به پی‌های نواری دو طرفه معروف هستند و کاربرد فراوانی در طراحی برای انواع ساختمان را دارند. چون آرماتور‌های اصلی استفاده شده در طراحی این پی‌ها در راستای طولی استفاده می‌شود و آرماتور‌های عرضی فقط برای روبرویی با اثرات دما و نشست استفاده می‌شوند و لذا این پی‌ها نسبت به پی‌های گسترده به آرماتور کمتری نیاز دارند. مجموعه پی‌های شبکه‌ای یا نواری دو طرفه مثل دال عمل می‌کنند و توزیع تنش یکنواختی از خود نشان می‌دهند و این امر باعث نشست متقارن در این پی‌ها می‌شود.

   

  • پی‌گسترده:

  در صورت اجرای پروژه های بزرگ و سنگین بر روی زمین های با مقاومت کم و یا وجود تفاوت قابل ملاحظه بار دیوارها و ستون های مجاور ، جهت حصول عکس العمل یکنواخت و به حداقل رساندن نشست های غیر یکنواخت، هنگامی که استفاده از پی های منفرد و یا نواری میسر نبوده و یا بخش عمده زمین زیربنا توسط پی های منفرد ، نواری و یا شبکه ای اشغال شود،

  تمام محدوده زیربنا به ساخت پی ساختمان اختصاص داده شده و تمامی بارهایدیوارها و ستون ها توسط یک دال یکپارچه تحمل می شود، به این سیستم ، فنداسیون گسترده گفته می شود.

  توزیع یکنواخت تر تنش و کاهش نشست غیر یکنواخت شالوده از مزایای پی گسترده است.

   

  • پی‌های مشترک :

  هر گاه برای دو و یا چند ستون یک فونداسیون ساخته شود پی ساختمان را مشترک گویند . پی مشترک وقتی مورد استفاده قرار می گیرد که :

  ۱- فاصله پی‌ها از یکدیگر کم بوده و یا طوری باشد که سطح پی‌ها ، یکدیگر را بپوشانند .
  ۲-یکی از پی‌ها در کنار زمین همسایه قرار گرفته باشد

  ۳-وقتی که به علت طول زیاد یک بنا مجبور باشیم ساختمان را درز انبساط ( ژوئن ) بسازیم . در این صورت برای ستون های مجاور درز انبساط فنداسیون مشترک در نظر می گیرد . چنانچه در فنداسیون برای بار های مختلف خواسته باشیم پی مشترک طرح نمائیم . پی مزبور به شکل ذوزنقه ای خواهد که تا عده ی کوچک در طرف بار کمتر و قاعده بزرگ آن در جهت باریستنر باشد .

   

  • پی‌باسکولی :

  برای جلوگیری از چرخش فونداسیون و تیر و در کنار دیوار همسایه از فونداسیون باسکولی یا استواپییم استفاده می شود

   

  • پی‌های کلاف شده :

  اتصال دو فونداسیون فنرو توسط شناژ ( بتن آرمه ) را پی کلاف شده می نامند . در مناطق زلزله خیز بهترین نوع شالوده از نوع فونداسیون برای ساختمانهای مسکونی معمولی به حساب می آید . در حالتی که ضخامت شفاژ از ارتفاع پی کمتر باشد ، به دو صورت اتصال صورت می گیرد :

  • سطح بالایی شناژ و سطح بالایی پی در یک امتداد قرار می گیرد .
  • سطح زیر شناژ با سطح زیر پی در یک امتداد قرار می گیرد .

   

  • پی‌های شمعی :

  شمعها اعضایی از جنس فولاد ، بتن ، بتن مسلح ، و چوب می باشند که در صورت مناسب نبودن ظرفیت باربری زمین برای استفاده از شالوده های سطحی ، از آنها برای ساخت شالوده های عمیق ( شالوده های شمعی ) استفاده می شود . وقتی که لایه یا لایه های فوقانی خاک دارای قابلیت فشردگی زیاد و یا خیلی ضعیف باشند ، به طوری که نتوان از شالوده سطحی برای توزیع بار ساختمان استفاده کرد ، شالوده های شمعی برای انتقال بار به لایه تحتانی محکمتر و یا سنگ بستر مورد استفاده قرار می گیرند. وقتی که بستر سنگی و یا لایه محکمتر تحتانی در عمق معقولی از سطح زمین قرار نداشته باشد ، از شمع برای انتقال تدریجی بار استفاده میشود . در این حالت ، بیشتر مقاومت شمع از طریق نیروی اصطکاک بین سطح تماس شمع و خاک ( مقاومت جلدی ) تامین میشود . اگر شمع ها تحت تاثیر نیروی افقی قرار گیرند ، در حالی که هنوز قابلیت حمل بار های قایم را دارا هستند ، می توانند به وسیله خمش ، نیرو های افقی راحمل نمایند . این وضعیت اغلب در شالوده سازه های حایل خاک که وظیفه آنها مقاومت در مقابل فشار جانبی خاک است و یا ساختمان های بلند که تحت تاثیر نیروی باد یا زلزله قرار دارند ، پیش می آید .