انواع فونداسیون و کاربرد آن‌ها

فونداسیون یا شالوده، مهم‌ترین بخش سازه است که بار کل ساختمان را به زمین منتقل می‌کند و از نشست، واژگونی و آسیب‌های لرزه‌ای جلوگیری می‌نماید. انتخاب نادرست فونداسیون می‌تواند کل سرمایه‌گذاری پروژه را به خطر بیندازد. در این مقاله جامع، علاوه بر معرفی انواع پی‌ها، به تحلیل فنی، معیارهای تصمیم‌گیری مهندسی و ملاحظات اقتصادی نیز می‌پردازیم تا بتوانید بهترین گزینه را برای پروژه خود انتخاب کنید.

۱. تعریف فونداسیون، پی و شالوده

فونداسیون (Foundation): کل سیستم انتقال بار سازه به زمین شامل پی، شناژ، شمع، سرشمع و …
پی: فقط بخش گسترده‌شونده در پایین ستون یا دیوار که مستقیماً با خاک در تماس است.
شالوده: اصطلاح عام‌تر که گاهی به کل فونداسیون اطلاق می‌شود.

تفاوت مهم: در بسیاری از متون و گفتار عامیانه، «پی» و «فونداسیون» به‌جای یکدیگر به‌کار می‌روند، اما از نظر فنی، پی تنها یک جزء از فونداسیون است.

۲. وظایف اصلی فونداسیون

✓ انتقال و توزیع یکنواخت بارهای ثقلی و جانبی به زمین
✓ کنترل نشست کلی و نشست نامتقارن (Differential Settlement ≤ ۱/۵۰۰)
✓ افزایش پایداری در برابر واژگونی و لغزش
✓ مقاومت در برابر نیروهای زلزله، باد و فشار جانبی خاک

۳. انواع بارهای وارد بر فونداسیون

✓ بار مرده (Dead Load)
✓ بار زنده (Live Load)
✓ بار باد و زلزله
✓ فشار جانبی خاک و فشار آب زیرزمینی (هیدرواستاتیک)

۴. اجزای تشکیل‌دهنده فونداسیون

✓ پی، شناژ (تیر پی و کلاف)، شمع، سرشمع، آرماتور طولی و عرضی، خاموت و بتن مسلح (معمولاً C25 تا C35)

دسته‌بندی کلی فونداسیون‌ها بر اساس عمق و عملکرد

بر اساس مصالح

✓ بتنی مسلح (رایج‌ترین و اقتصادی‌ترین)
✓ شفته آهکی (ساختمان‌های بنایی سبک تا ۲ طبقه)
✓ سنگی/آجری (تقریباً منسوخ)
✓ فلزی (سازه‌های صنعتی سنگین)

انواع فونداسیون‌های سطحی و کاربرد عملی

۱. پی منفرد (Isolated Footing)

✓ مناسب برای ستون‌های جدا از هم
✓ ساختمان‌های ۱ تا ۴ طبقه اسکلت فلزی یا بتنی
✓ شکل رایج: مربع یا مستطیل
✓ حداقل ضخامت ۴۰–۵۰ سانتی‌متر + بتن مگر ۱۰ سانتی

۲. پی منفرد با شناژ (کلاف‌شده)

✓ در مناطق زلزله‌خیز (تیپ ۱ و ۲) الزامی است
✓ شناژ افقی از نشست نامتقارن و حرکت جانبی پی‌ها جلوگیری می‌کند
✓ میلگرد شناژ معمولاً ۴ϕ۱۶ یا ۴ϕ۱۸ + خاموت ϕ۱۰ هر ۱۵ سانتی‌متر

۳. پی مرکب (Combined Footing)

✓ وقتی فاصله ستون‌ها کم است و پی‌ها همپوشانی می‌کنند
✓ یا وقتی ستون نزدیک مرز زمین همسایه است
✓ شکل ذوزنقه‌ای در صورت تفاوت زیاد بار ستون‌ها

۴. پی نواری (Strip Footing)

✓ زیر دیوارهای باربر یا ردیف ستون‌ها
✓ در خاک‌های با خطر رانش یا خاکبرداری‌های طولی
✓ عرض معمول ۶۰ تا ۱۲۰ سانتی‌متر

۵. پی گسترده (Raft / Mat Foundation)

✓ وقتی ظرفیت باربری خاک کمتر از ۱۰–۱۲ تن بر مترمربع باشد
✓ ساختمان‌های بیش از ۸–۱۰ طبقه یا برج‌ها
✓ ضخامت ۸۰ تا ۲۵۰ سانتی‌متر
✓ بهترین عملکرد در کنترل نشست نامتقارن

انواع فونداسیون‌های عمیق

۱. شمع (Pile Foundation)

وظیفه اصلی انتقال بار به لایه سخت در عمق ۵ تا ۵۰+ متر

انواع:
✓ اتکایی (End-bearing): بار به سنگ یا لایه سخت منتقل می‌شود
✓ اصطکاکی (Friction): بار از طریق اصطکاک جدار شمع

شمع بتنی درجا (CFA، بورپایل) اقتصادی‌ترین گزینه حال حاضر

۲. کیسون (Caisson)

برای ظرفیت‌های بسیار بالا (بیش از ۱۰۰۰ تن) مناسب است.
✓ عمق ۱۰ تا ۱۰۰ متر
✓ محدودیت: خاک رس نرم و آبدار مناسب نیست

۳. پایه یا Pier

مناسب وقتی لایه سخت در عمق کمتر از ۵–۶ متر باشد
✓ قطر ۸۰ تا ۲۰۰ سانتی‌متر

فاکتورهای جامع انتخاب فونداسیون (راهنمای تصمیم‌گیری)

✨نکته طلایی اقتصادی: هزینه فونداسیون معمولاً ۷ تا ۱۵ درصد کل هزینه ساخت است. کاهش هزینه با انتخاب پی ارزان‌تر در خاک ضعیف، معمولاً منجر به افزایش هزینه‌های تعمیر نشست در آینده می‌شود.

انتخاب فونداسیون صرفاً مسئله هزینه نیست؛ ترکیبی از ایمنی، دوام و اقتصاد بلندمدت است. در اکثر پروژه‌های شهری ایران با خاک متوسط تا ضعیف، ترکیب «پی منفرد + شناژ» یا «پی گسترده» بهترین عملکرد لرزه‌ای و اقتصادی را ارائه می‌دهد.