فونداسیون منفرد چیست؟ (بررسی انواع آن)

انواع مختلفی از فونداسیون در جهان وجود دارند که در هر ساختمانی برای انتقال بار از بنا به زمین ساخته می شود.

یکی از این نوع فونداسیون های محبوب و پرکاربرد فونداسیون منفرد است که در ساخت و سازها و برای پی هایی با عمق کم استفاده می شود.

در این مقاله قصد داریم به معرفی این نوع فونداسیون، انواع آن، کاربردها، طراحی و مزایا و معایب این نوع پی بپردازیم.

1# فونداسیون منفرد چیست؟

فونداسیون منفرد (Isolated Footing) که به آن ها پی یا فونداسیون مجزا و فونداسیون پد نیز می گویند؛
یکی از رایج ترین و پرکاربردترین انواع فونداسیون برای حمایت از ستون های تکی است، هنگامی که این ستون ها، در فاصله زیادی از سازه قرار گرفته باشند.

از این نوع پی، معمولاً در ساخت ساختمان ها استفاده می شود و از مواد مختلفی مانند بتن یا فولاد تشکیل می شوند.

فونداسیون منفرد به گونه ای طراحی می شود که بار سازه را به صورت مساوی در خاک زیرین خود توزیع کند و خطر نشست ساختمان را به حداقل می رساند.

این نوع پی ها، علاوه بر رفع خطرات ناشی از نشست ساخت، باید از ساختمان ها در برابر سرخوردن و واژگونی نیز محافظت کنند.

ستون های مجزا توسط فونداسیون منفرد نگه داشته می شوند.

این نوع فونداسیون ها ممکن است یک پایه صاف داشته باشند یا از بتن بیرون بزنند و زاویه ای شیب دارتر ایجاد کنند.

در اکثر مواقع بستر بتنی از هر طرف حدود 15 سانتیمتر افست (Offset یا انحراف) خواهد داشت.

ستون بناهای آجری در حدود 5 سانتیمتر افست دارند.

هنگامی که از این فونداسیون استفاده می کنید، باید مطمئن شوید که هیچ نشستی در بخش زیرین کل ساختمان رخ نداده باشد.

پایه های پهن برای تحمل بارهای گسترده مناسب نیستند؛ در این حالت از فونداسیون های نواری (پیوسته) یا از فونداسیون های گسترده استفاده می کنیم.

برای این که خواص و ویژگی های مکانیکی زمین در قسمت فونداسیون تغییر نکند، فونداسیون ها باید از نوع منفرد انتخاب شوند.

این نوع فونداسیون ها از نظر مالی یکی از بهترین انتخاب ها برای فونداسیون هستند.

فونداسیون های منفرد، پایه های مستقلی هستند که برای هر ستون به صورت مجزا ساخته می شوند.

1-1# انواع شکل فونداسیون منفرد

فونداسیون های منفرد به سه شکل ساخته می شوند که عبارت اند از:

1. مربع: از این نوع فونداسیون در خاک های پایدار استفاده می شود.
2. مستطیلی: در ستون هایی که به شکل مستطیل هستند مورد استفاده قرار می گیرد.
3. دایره ای: در ستون های دایره ای شکل، از این نوع فونداسیون منفرد استفاده می شود.

2# کاربرد فونداسیون منفرد

اگرچه استفاده از یک فونداسیون منفرد، یک گزینه اقتصادی است؛ اما تنها در موارد زیر می توانیم از این نوع فونداسیون استفاده کنیم که عبارت اند از:

• هنگامی که ظرفیت باربری ایمن خاک زیر ساختمان بسیار بالا باشد.
• زمانی که میزان بار وارده از سازه رویی کمتر باشد.
• در مکان هایی که ستون ها فاصله چندانی از یکدیگر ندارند. (در غیر این صورت، همپوشانی فونداسیون یا پایه ستون های مجاور رخ می دهد.)
• فونداسیون منفرد باید داخل خط های ویژه ای قرار گیرند که بر اساس بررسی های کاداسترال (Cadastral که مربوط به املاک مزروعی است.) تصمیم گیری می شود.

3# انواع فونداسیون منفرد

1. فونداسیون گسترده منفرد یا فونداسیون پد منفرد
2. فونداسیون شیب دار یا جداشده منفرد
3. فونداسیون پلکانی یا پله ای منفرد

که در ادامه به بررسی هر یک از آن ها خواهیم پرداخت.

1-3# فونداسیون گسترده منفرد

به این نوع، فونداسیون صاف نیز گفته می شود و توسط بتن های ساده ساخته می شود.

این نوع فونداسیون، به صورت مستقل در زیر هر ستون قرار می گیرد، ضخامت یکنواخت و ثابتی دارد و معمولاٌ به هر سه شکل مربع، مستطیل یا دایره ای ساخته می شود.

فونداسیون های صاف بسیار مقرون به صرفه هستند و نسبت به سایر فونداسیون ها، نیاز کمتری به حفاری دارند.

اندازه فونداسیون گسترده به شدت باری که روی آن قرار می گیرد، بستگی دارد و در بازوهای جانبی مقاومت کمتری دارد.

فونداسیون گسترده منفرد، برای کمک به کاهش تنش های گشتاورهای خمشی و نیروهای برشی در بخش های مهم سازه قرار داده می شود.

بتن ها همراه با آرماتور یا بدون آن، به ترتیب اضافه می شوند تا ظرفیت نهایی باربری آن را افزایش دهند.

بسته به وزنی که این نوع فونداسیون ها در پایان کار باید تحمل کنند، ممکن است از بتن های معمولی یا بتن های مسلح برای ساخت آن ها استفاده شود.

2-3# فونداسیون شیب دار منفرد

به فونداسیون های شیب دار، فونداسیون ذوزنقه ای منفرد نیز می گویند.

در این نوع پی، حفظ زاویه 45 درجه در تمامی جهات بسیار حائز اهمیت است و باید با نهایت دقت طراحی شود.

در پی های شیب دار به بتن ها و میلگردهای آرماتور کمتری نسبت به سایر فونداسیون های پد نیاز است، از این رو یکی از ستون های مقرون به صرفه در فرآیند ساخت و ساز است.

بتنی که در این فونداسیون استفاده می شود، باید درجه سفتی بالایی داشته باشد تا از تغییر شکل و انقباض چسبناک در آن ها جلوگیری شود.

3-3# فونداسیون پله ای منفرد

سال های بسیاری و قبل از پیشرفت های زیاد تکنولوژی استفاده از فونداسیون های پله ای یا پلکانی بسیار رواج داشت و بین مهندسان محبوب بود؛ اما پس از آن استفاده از این نوع فونداسیون کاهش یافت؛
از دلایل کاهش استفاده از فونداسیون های پله ای می توان به نگرانی های اقتصادی و مقرون به صرفه نبودن آن اشاره کرد.

از فونداسیون پلکانی معمولاً در پروژه های مسکونی استفاده می شود.

این نوع پی شامل ساخت یک پایه به صورت مرحله به مرحله است و تا رسیدن به عرض مورد نظر ادامه خواهد داشت.

در اغلب موارد 3 مقطع بتنی روی یکدیگر چیده می شوند تا شکل یک پله را ایجاد کنند.

4# طراحی فونداسیون منفرد

طراحی فونداسیون منفرد، در سه بخش بررسی می شود:

1. اهداف
2. الزامات
3. مراحل

که در ادامه به بررسی هر یک از آن ها خواهیم پرداخت.

1-4# اهداف طراحی فونداسیون منفرد

هدف از طراحی فونداسیون منفرد عبارت است از:

• ارزیابی و شناسایی ابعاد فونداسیون شامل طول، عرض و ضخامت
• محاسبه آرماتور مورد نیاز بر حسب مساحت فولاد (Area of Steal یا Ast)
• محاسبه میزان تنش های قابل تحمل
• اندازه گیری و محاسبه ضخامت پایه

خاک، عیار بتن و فولاد، تمامی این موارد با در نظر گرفتن بارهای وارده بر فونداسیون ها و ظرفیت باربری ایمن محاسبه می شوند.

پوشش آرماتور اصلی نباید کمتر از 50 میلمتر در سطح تماس با زمین باشد.

قطر آرماتور اصلی نیز نباید کمتر از 10 میلیمتر باشد.

2-4# الزامات طراحی فونداسیون منفرد

الزامات طراحی فونداسیون منفرد به صورت زیر است:

• ظرفیت باربری ایمن خاک زیرین ساخت
• درجه بتن به عنوان مثال M20 یا M30
• درجه فولاد به عنوان مثال Fe415 یا Fe500
• بار ستون
• اندازه ستون

3-4# مراحل طراحی فونداسیون منفرد

مراحل طراحی فونداسیون منفرد بر اساس استاندارد IS 456:2000 به صورت زیر هستند:

1. ابتدا مساحت پایه را بر اساس بار ستون فاکتور گرفته شده، محاسبه کنید.
2. در این مرحله فشار خالص خاک را محاسبه کنید و در نهایت به فشار خالص خاک فاکتور یافته دست پیدا می کنید.
3. سپس عمق مؤثر پایه را محاسبه کنید.
4. مقاطع بحرانی برای گشتاورهای خمشی و نیروهای برشی را پیدا کنید.
5. برش های یک طرفه و دو طرفه را بررسی کنید.
6. در این مرحله محاسبات لازم برای لنگر خمشی انجام شده است.
7. مساحت فولاد اعم از اصلی و توزیعی را محاسبه کنید.
8. در نهایت ارزیابی های لازم برای اعمال طول توسعه و میزان تحمل تنش های احتمالی را انجام دهید.

نشست نابرابر پایه های مختلف در یک ساختمان باعث ایجاد ترک در سازه می شود.

پایه های ذوزنقه ای باید با دقت زیادی ساخته شوند تا شیب آن حفظ شود.

کار با فونداسیون پد آسان است.

هزینه فونداسیون در مقایسه با کل سازه کمتر است و در حدود 4 تا 5 درصد هزینه کل ساختمان می شود.

4 تا 5 درصد از کل هزینه یک سازه، هزینه مقرون به صرفه ای نخواهد بود؛
با این حال فونداسیون های پد با وجود هزینه بیشتری که نسبت به سایر فونداسیون ها دارند به دلیل مزایایی که دارند بر سایر انواع فونداسیون ترجیح داده می شوند.

5# پارامترهایی برای تقویت فونداسیون منفرد

پارامترهایی که برای تقویت فونداسیون منفرد باید رعایت شوند به صورت زیر هستند:

1-5# پوشش بتنی آرماتورها

طبق استاندارد IS 456 – 2000، ضخامت آرماتور نباید از 50 میلی متر کمتر باشد، در صورتی که پایه مستقیماً با سطح زمین در ارتباط باشد، برای مسطح شدن زمین، این ضخامت باید در حدود 40 میلی متر باشد.

برای هموار کردن سطح گودبرداری در صورت وجود ناهمواری ها باید پوششی به طول 75 میلی متر استفاده شود.

2-5# حداقل آرماتور و قطر میلگرد

بر اساس HYSD (High Yield Strength Deformed یا قدرت عملکرد تغییر شکل یافته) آرماتورها نباید از %0.12 کل سطح مقطع کمتر باشند و حداقل قطر برای آمارتور اصلی در حدود 10 میلی متر است.

در مورد فولاد نرم نیز قطر آن نباید از %0.15 درصد کل سطح مقطع کمتر باشد.

3-5# توزیع آرماتور در فونداسیون

تقویت در پایه RCC یک طرفه به صورت یکنواخت در تمام عرض فونداسیون توزیع می شود.

در فونداسیون های مربعی دو طرفه، آرماتورهای امتداد یافته در هر دو جهت به صورت یکنواخت در تمام عرض پایه توزیع می شوند.

در فونداسیون های مستطیلی دو طرفه، آرماتورها در تمام عرض فونداسیون در بخش های طولانی آن توزیع می شوند.

4-5# تقویت رولپلاک

میله های رولپلاک برای بستن فونداسیون منفرد به ستون ها، انتقال بارهای وارده از ستون ها به فونداسیون ها و در نهایت به لایه خاک استفاده می شوند.

هنگامی که بتن استفاده شده به تنهایی و به اندازه کافی قوی نباشد در حدی که بتواند بارها را تحمل کند، میله های رولپلاک وارد کار می شوند.

طول توسعه آرماتور رولپلاک و طول توسعه میلگردهای رولپلاک در ستون ها و فونداسیون های جداگانه باید ارائه شوند و در نقشه های طراحی به وضوح نشان داده شوند.

5-5# لپ اسپلایس (Lap Splice)

لپ اسپلایس یا اتصالات لپ، طول اتصال رولپلاک و آرماتور ستون است که باید به صورت واضح نشان داده شوند.

لنگر هر دو طول تقویت کننده خمشی و رولپلاک باید برای جلوگیری از شکست اتصال رولپلاک ها در فونداسیون و برای جلوگیری از شکستگی اتصالات لپ بین رولپلاک ها و میله های ستون، بررسی شوند.

6# مزایا و معایب فونداسیون منفرد

مزایا و معایب استفاده از فونداسیون منفرد به صورت زیر هستند:

1-6# مزایا

• هزینه ساخت فونداسیون منفرد خیلی زیاد نیست.
• ساخت فونداسیون منفرد کار سختی نیست.
• در صورت استفاده از این نوع فونداسیون، نیازی به حفاری های زیاد در زمین نیست.
• به نیروی کار با سطح تخصص بالا نیازی ندارد.

2-6# معایب

• زمین اطراف فونداسیون منفرد ساختمان باید محکم و سفت باشد.
• برای این که بتواند وزن زیادی را تحمل کند، ممکن است به اندازه فوق العاده بزرگی از فونداسیون منفرد نیاز باشد.
• این نوع معماری با توجه به فونداسیون های مستقل، مستعد ته نشینی دیفرانسیل است که پتانسیل آسیب سازه ای به ساختمان را دارد.

سؤالات متداول

1- چه زمانی باید از فونداسیون منفرد استفاده کرد؟

هر زمانی که وجود یک سازه یا مانعی، نصب یک فونداسیون پیوسته را غیر ممکن کند، از یک فونداسیون منفرد استفاده می شود.

پشتیبانی ای که از ستون با استفاده از این نوع فونداسیون صورت می گیرد، از رسیدن آسیب های تصادفی به سازه های اطراف جلوگیری می کند.

2- چه خاکی برای فونداسیون منفرد مناسب است؟

این نوع فونداسیون ممکن بر روی خاک شنی ساخته شوند.

قابلیت های باربری، سطح آب های زیرزمینی و عمق لایه باربر مساحت و عمق این نوع پی ها را تعیین می کند.

در زیر هر ستون بالشتک های بتنی نصب شده و از طریق تیرهای اتصال به یکدیگر وصل می شوند.

3- چگونه حجم فونداسیون منفرد را تعیین می کنند؟

از ضخامت و شکل سطح مقطع برای تعیین حجم در این موارد استفاده می شود.

4- استاندارد اندازه عمق و ضخامت فونداسیون منفرد چقدر است؟

عمق این فونداسیون باید حداقل 500 میلی متر و ضخامت فونداسیون در لبه باید بیش از 150 میلی متر باشد.

5- هنگام طراحی فونداسیون منفرد چه مواردی را باید بررسی کرد؟

طبق استانداردهای IS 456:2000 در زمان طراحی این نوع فونداسیون باید موارد زیر را مورد بررسی قرار داد:

• برش یک طرفه
• برش دو طرفه یا برش پانچ
• بررسی خمش