پی‌های ساختمانی
پی‌های ساختمانی (شالوده یا فنداسیون) به عنوان یکی از اعضای باربر ساختمان وظیفه توزیع و انتقال وزن ساختمان به زمین را دارد. طراحی یک پی مناسب، به خصوصیات خاک زیر آن از یک طرف و مقدار وزن سازه‌ای وری آن از طرف دیگر بستگی دارد.
پی حد فاصل بین ساختمان (بنا) و زمین است. به بیانی دیگر ساختمان به وسیله پی به زمین متصل شده و بارهای قائم وارده را که شامل وزن حاصل از ستون‌ها ، دیوارها، سقف‌ها و …همچنین بارهای افقی (باد و زلزله) را دریافت کرده و به یک نسبت مشخصی پخش و به زمین منتقل می‌کند.
ساختمان‌های بدون پی به مرور زمان دچار نشست شده و در نیتجه این نشست در ساختمان ترک ایجاد میشود و مقاومت بنا در برابر بارهای وارده از بین می‌رود. ابعاد پی بستگی کامل به وزن بنا، نیروهای وارد بر آن (مرده و زنده و بارهای جانبی) ، نوع خاک و مقاومت فشاری زمین دارد.
انواع پی‌های ساختمانی از نظر مصالح مصرفی
این پی‌ها شامل پی شفته‌ای، پی آجری، پی سنگی، پی فلزی و پی بتنی هستند.
پی شفته‌ای
این نوع پی 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 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 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 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 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 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 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.
انواع پی از نظر سیستم ساخت
پی‌های ساختمانی از نظر سیسیتم ساخت به دو دسته کلی پی‌های سطحی و پی‌های غیر سطحی (عمیق) تقسیم می‌شوند.
- پی‌های سطحی شامل تکی یا منفرد، نواری، صفحه‌ای یا گسترده یا رادیه ژنرال، مشترک، باسکولی و پی کلاف شده هستند.
- پی‌های غیر مسلح شامل پی‌های نیمه عمیق یا چاهی، عمیق یا شمعی است.
پی‌های سطحی
پی تکی
پی‌هایی هستند که مساحت آنها در تراز پایه سازه افزایش ابعادی می‌یابد. این پی‌ها عموماً بار یک دیوار یا ستون را تحمل نموده و گسترش ابعادی آنها زیر دیوار یا ستون مذکور با توجه به شدت بارهای وارده صورت می‌پذیرد. معمولاً از پی‌های تکی در مواقعی استفاده میشود که بار وارده از طرف ساختمان نسبتاً کم بوده و تعدا طبقات ۳ الی ۴ طبقه باشد از طرفی احتمال نشست غیر یکنواخت زمین وجود نداشته باشد.
در ساختمان‌های اسکلت فلزی چون تمام بارها ابتدا به ستون‌ها وارد می‌شوند و ستون‌ها بار را به پی‌ها منتقل می‌نمایند لازم است پی از نوع بتن مسلح (بتن آرمه) استفاده شود. در این گونه موارد پی‌های بتن مسلح از نوع تکی اجرا میشود. سطح مقطع پی‌های تکی دارای شکل‌های مربع، مربع مستطیل، چندضلعی، دایره است که برای صرفه جویی در مصرف مصالح می‌توان آن را به صورت پلکانی یا شیبدار اجرا نمود.
پی تکی کلاف شده
هر گاه پی‌های تکی توسط شناژهایی از بتن مسلح به یکدیگر متصل و کلاف شوند، پی را کلاف شده می‌نامند. پی‌های کلاف شده بهترین نوع پی در مناطق زلزله خیز به شمار می‌رود. زیرا در هنگام زلزله شناژها از جابه‌جایی پی‌ها جلوگیری نموده و باعث می‌شوند که در فاصله پی‌ها از یکدیگر تغییری حاصل نشود. اتصال یا کلاف پی و شناژ به دو صورت انجام میشود.
- ارتفاع شناژ کمتر از ارتفاع پی باشد.
- ارتفاع شناژ و ی یکی باشد.
پی مشترک (مرکب)
هر گاه برای دو یا چند ستون یک پی ساخته شود (پی مشترک) گویند. پی مشترک وقتی مورد استفاده قرار می‌گیرد که فاصله پی‌های از یکدیگر کم بوده به طوری که حجم پی‌های یکی میشود و یکی از پی‌ها در کنار زمین همسایه قرار گرفته باشد.
وقتی که به علت طول زیاد یک بنا نیاز به ایجاد درز انبساط باشد، در این صورت باید برای ستون‌های مجاور درز انبساط نیز پی مشترک در نظر گرفته شود. لازم به توضیح است چنانچه بخواهیم برای دو پی با بارهای مختلف پی مشترک طرح نماییم پی مزبور به شکل ذوزنقه خواهد بود. که قاعده کوچک در طرف بار کمتر و قاعده بزرگ در جهت بار بیشتر قرار می‌گیرد.
پی نواری
با اتصال پی‌های یک ردیف ستون و یا پی زیر یک دیوار باربر، پی نواری ایجاد میشود که نسبت طول به عرض آن بسیار زیاد است. معمولاً پی‌هایی که در آنها نسبت طول به عرض آن بزرگتر از ۴ تا ۵ باشد به عنوان پی نواری در نظر گرفته می‌شوند.
در زمین‌هایی که خطر رانش به وسیله خاک وجود داشته باشد از این گونه پی‌ها استفاده میشود. این پی‌های بار وارده را در جهت طول پخش کرده و به خاک منتقل می‌کند و بنا را در مقابل لرزش‌ها و رانش‌های زمین مقاوم می‌نماید.
پی‌های نواری در موارد زیر قابل اجرا هستند.
- زیر یک ردیف ستون در ساختمان‌های اسکلت فلزی یا بتن مسلح.
- در زیر دیوار باربر در ساختمان‌های آجری
- زیر ستون و دیوار تواماً.
- چنانچه این پی‌های در هر دو امتداد عمود بر هم قرار گیرند، پی نواری شبکه‌ای ایجاد میشود.
پی صفحه‌ای (گسترده یا رادیه ژنرال)
شامل یک دال ضخیم بتن مسلح بوده که تمام مساحت مورد نظر را می‌پوشاند. از این گونه پی‌ها در مواردی استفاد میشود که بارهای وارده از ساختمان بسیار زیاد بوده (مثل آسمان خراش‌ها) یا مقاومت فشاری زمین (خاک) به قدری کم باشد که جهت انتقال بار به زمین زیر پی به تمام سطح زیرین ساختمان نیاز باشد.
رادیه ژنرال به صورت یکپارچه و از بتن مسلح در سرتاسر زیر ساختمان ساخته میشود و تمامی ستون‌ها و دیوارها بر روی آن قرار می‌گیرد. در بعضی مواقع که بار بسیار زیاد باشد سطح پی را بزرگتر از سطح ساختمان روی آن می‌سازند تا پخش فشار در سطح بزرگتری انجام پذیرد. پی‌های گسترده به صورت‌های مختلف ساخته میشود که به شرح زیر است.
- پی صفحه‌ای با دیوار محیطی
- پی صفحه‌ای ساده
- پی صفحه‌ای با شناژ
- پی صفحه‌ای با دیوار بتنی در یک جهت
- پی صفحه‌ای با دیوار بتنی در دو جهت
روش ساخت پی گسترده
- تمام سطح مورد نظر به علاوه یک عرض ۳۰ سانتی متری اضافه تر از هر طرف حفاری میشود.
- بستر مورد نظر کوبیده و آب پاشی میشود.
- سپس لایه‌ای از بتن کم عیار به عنوان پوشش تحتانی با ضخامت مورد نظر روی بستر مذکور ریخته میشود.
- در مرحله بعدی آرماتور بندی با قطر و فواصل مشخص شده در نقشه‌های طراحی روی بتن مگر قرار می‌گیرد.
- سپس بتن اصلی – همراه با عملیات ویبره کردن – به ضخامت مورد نظر ریخته میشود.
- بتن پی به شکل مناسبی با توجه به شرایط پروژه عمل آوری میشود.
- در شرایطی که بارهای وارده خیلی زیاد باشند می‌توان شبکه‌ای از تیرهای بتنی ضخیم که در زیر ستون‌ها قرار می‌گیرند را نیز به پی مورد نظر افزود.
پی باسکولی
چنانچه ستونی در گوشه یا میان سطح پی منفرد قرار داشته باشد نیروی وارده از ستون بر گوشه پی وارد میشود. این گونه پی‌ها تحت بار خارج از مرکز قرار گرفته و باعث چرخش و واژگونی آن میشود. بنابراین جهت جلوگیری از واژگونی پی مذکور آن را با یک تیر رابط (شناژ) به پی منفرد داخلی متصل می‌کنند. بدین ترتیب (پی باسکولی) نوعی پی مرکب است که متشکل از دو پی منفرد و یک تیر رابط است. این کار ممکن است برای جلوگیری از نشیت نامساوی ستون‌ها مورد توجه قرار گیرد.
تیر رابط برای انتقال لنگر ناشی از خروج از مرکز ستون خارجی به پی ستون داخلی به کار می‌رود. به طوری که در زیر هر دو پی تنش یکنواخت ایجاد شود. تیر رابط نباید با زمین در تماس باشد تا فشاری از خاک بر آن وارد نیاید و توزیع نیرو را در پی‌ها تغییر ندهد.
پی‌های غیر سطحی
پی نیمه عمیق (چاهی)
چنان چه خاک زیر بنا جهت ساختمان سازی مناسب نباشد مخزن‌هایی به شمل چاه به عمق تا۱۰ متر ایجاد نموده سپس قسمتی از آن را با مصالح مناسب پر نمایند. و پی مورد نظر را بر روی آن قرار می‌دهند.
پی عمیق (شمعی)
پی‌هایی هستند که توسط تمهیدات خاصی مانند چاهک یا شمع پایین‌تر از تراز زمین ساخته می‌شوند. اگر پی‌کنی و پی‌سازی در عمق۱۰ متر یا بیشتر باشد به دلیل سستی خاک (زمین)، پی‌سازی به روش‌های معمولی امکان پذیر نیست. باید از پی‌های شمعی استفاده کرد. معمولاً این شمع‌ها از جنس چوب به قطر ۲۰ تا ۲۵ سانتیتر و به ارتفاع ۸ تا ۱۰ متر بیشتر از ۱۰ متر از جداره فلزی به قطر ۲۰ تا ۳۰ سانتیمتر ساخته شده و مورد استفاده قرار گیرد. چون چوب و فلز به کار رفته پس از گذشت زمانی می‌پوسند لذا لازم است از قطعات پیش ساخته بتنی یا بتن درجا که به صورت استوانه‌ای به قطر ۲۵ تا ۴۰ سانتمتر و ارتفاع ۱۰ تا ۳۰ متر استفاده شود، سپس پی مورد نظر را بر روی شمع‌ها قرار می‌دهند. طبقه بندی این نوع پی بصورت زیر انجام میشود.
- پی متکی به شمع
- پی عمیق چاهی
- پی صندوقه‌ای
پی متکی بر شمع
نوعی از پی بوده (منفرد یا شبکه‌ای) که توان عمده باربری آن متکی بر شمع‌ها باشد. این نوع از پی عموماً در تراز پایه دارای نوعی از پی منفرد یا شبکه‌ای که بر روی مجموعه‌ای از شمع‌ها قرار می‌گیرند. شمع‌ها با استفاده از نیروی اصطکاکی ایجاد شده بین جدار خود با خاک یا ترکیبی از نیروی اصطکاکی و توان باربری انتهایی خود بار سازه را به خاک منتقل می‌کنند. این نوع از پی معمولاً تحت شرایط زیر استفاده میشود.
- زمانی که خاک بسیار سست بوده و لایه‌ای با باربری مناسب در اعماق متداول پی‌های سطحی برای کاهش تنش‌ها به محدوده مورد نظر وجود نداشته باشد.
- زمانی که استفاده از پی شبکه‌ای یا گسترده از لحاظ اقتصادی مقرون به صرفه نباشد.
- وقتی ساختمان شامل بارهای متمرکز بسیار سنگین باشد.
- وقتی که احداث ساختمانی در کنار ساحل دریا و یا بستر رودخانه اجتناب پذیر باشد.
پی‌کنی و خاکبرداری
به منظور دسترسی به بستری مناسب جهت انتقال وزن ساختمان به زمین پی‌کنی صورت می‌گیرد. پی‌کنی در زمین‌هایی که از نظر جنس و مقاومت زمین و وجود آب‌های سطحی و عمقی با هم تفاوت دارند فرق می‌کند. به طور خلاصه پی‌کنی به دلایل زیر انجام میشود.
- دسترسی به زمین سخت و مقاوم
- محافظت پی ساختمان از اثرات جوی مانند یخ زدگی و عوامل محیطی مانند ضربات ناشی از حمل و نقل ماشین آلات سنگین مخصوصاً در ساختمان‌های صنعتی
- جلوگیری از لغزش ساختمان در اثر نیروهای جانبی
ابعاد پی‌کنی
ابعاد و عمق پی‌کنی به ابعاد و ارتفاع پی و شرایط اقلیمی بستگی دارد. یعنی در مناطقی که در زمستان آب و هوای خیلی سرد دارند یا میزان بارندگی زیاد است و خطر یخ زدگی برای پی وجود دارد عمق پی را بیشتر از مناطق معتدل و گرمسیر در نظر می‌گیرند.
به هر حال در هر نوع آب و هوایی عمق پی‌کنی نباید کمتر از ۵۰ سانتیمتر باشد. طول و عرض پی‌کنی نیز با توجه به نوع قالب بندی حدوداً ۱۰ الی ۱۵ سانتیمتر بزرگتر ار ابعاد پی در نظر گرفته می‌شوند.
گود برداری
بعد از پیاده کردن نقشه و کنترل آن چنان چه یک یا چند طبقه از بنا پایین‌تر از سطح طبیعی زمین قرار داشته باشد باید گودبرداری انجام شود. گاهی ممکن است عمق گودبرداری به چندین متر برسد. متناسب با عمق گودبرداری و موقعیت زمین گودبرداری ممکن است معمولاً با وسایلی مانند بیل مکانیکی یا لودر و در صورت محدودیت زمین و عدم دسترسی به ماشین آلات از وسایل دستی مانند بیل و کلنگ و فرغون و در عمق زیاد یا منطقه وسیع مثل پارکینگ‌های زیرزمینی، انبارهای بزرگ زیرزمینی و غیره با کمک سایر ماشین آلات ساختمانی انجام میشود.
گود برداری در زمین‌های نامحدود
منظور از زمین‌های نامحدود، زمین نسبتاً وسیعی است که اطراف آن هیچ گونه ساختمانی نباشد. برای گودبرداری این گونه زمین‌ها از ماشین آلاتی مانند بیل مکانیکی، لودرو …استفاده شده، سپس خاک با شیب متناسب برداشته میشود و خاک‌های حاصل از گودبرداری با کامیون به خارج از محوطه حمل میشود.
برای جلوگیری از ریزش دیواره‌ها، گودبرداری با شیب ملایمی انجام میشود که این مقدار شیب به جنس زمین بستگی دارد. هر چه قدر خاک گود سست و ریزشی باشد مقدار زوایه شیب نیز بیشتر خواهد بود.
گودبرداری در زمین‌های محدود
گودبرداری در چنین زمین‌هایی به مراتب از گودبرداری در زمین‌های نامحدود مشکل‌تر است. زیرا اولاً در بیشتر مواقع فضای کافی جهت حرکت ماشین آلات خاک برداری وجود ندارد. ثانیاً چنانچه گودبرداری از سطح پی ساختمان‌های مجاور پایین‌تر باشد رعایت مسایل ایمنی جهت جلوگیری از ریزش زمین و تخریب ساختمان مجاور ضروری است.
برای ایجاد امنیت در چنین مواقعی باید گودبرداری را با رعایت فاصله‌ای مناسب از دیوار مجاور و مهار کردن دیوارهای ساختمان مجاور با شمع‌های چوبی یا فلزی اجرا نمود.
عوامل موثر در انتخاب نوع پی
از جمله عوامل قابل توجه، آگاهی یافتن از شرایط اقلیمی و آب و هوایی، موقعیت جغرافیای و اطلاع از وضعیت اقتصادی و فرهنگی مردم آن منطقه است که به کمک آن می‌توان دریافت که کدام مکان با چه نوع کاربری و با چه میزان سرمایه گذاری، دارای قابلیت ساخت و ساز است.
علاوه بر توجه به مسایل فنی مانند نوع خاک و مقاومت آن، میزان بار وارده از ساختمان به زمین که همگی تعیین کننده نوع پی و اندازه آن است. بر این اساس شرایط ساخت بنا برای هر مکان با توجه به قرار گیری آن در شهر یا روستا در کویر یا کوهستان در جلگه یا سواحل دریا در منطقه جنوب یا در شمال و مناطق زلزله خیز نیز متفاوت بوده و توجه به آن از نکات حایز اهمیت است.
