مبحث مربوط به پی و فونداسیون مبحث هفت مقررات ملی ساختمان می‌باشد در این کتاب تعریف پی اینگونه بیان‌شده است: “به مجموعه بخش‌هایی از سازه و خاک در تماس با یکدیگر اطلاق می‌شود که انتقال بار بین سازه و زمین از طریق آن صورت میگیرد.”
یعنی این موضوع را باید در نظر داشته باشیم که انواع پی و سازه تنها در نقش یک رابط بین انتقال بارها از سازه به فونداسیون می‌باشد. در ساخت سازه ها باید تمام تلاش خود را به کارگیریم تا فونداسیون سازه را در برابر زلزله و حوادث طبیعی مقاوم‌تر کنیم. 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.
دسته بندی پی ها از چند حیث انجام میگیرد:
از لحاظ مصالح به کاررفته:
این پی‌ها شامل پی شفته‌ای، پی سنگی، پی آجری، 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) ،چینه ای ،خشتی و موارد دیگری از اجراهای سنتی مورد استفاده می باشد است. در این پی سازی، ابعاد پی در شرایط تجربی محاسبه و پی کنی با رعایت ارتفاع یخ زدگی حفر می شود. شفته خمیری است از مخلوط خاک، شن، گرد آهک و آب که در هر متر مکعب خاک بین ۲۰۰ تا ۲۵۰ کیلوگرم گرد آهک به کار می‌رود و گاهی در صورت لزوم مقدار قلوه سنگ به آن می‌افزاید.
نکات مهم پی شفته ای:
- اگر خاک برداشت شده از پی، نباتی یا هموسی و غیر مرغوب باشد، باید همه ی آن از محل دور شود و اگر خاک پی کنی از نوع خاک رس باشد،باید حدود 30 درصد آن را نگه داشته و بقیه را از محل دور ساخت.
- شن و ماسه به اندازه 45 تا 55 درصد با خاک رس چرب مخلوط می شود، سپس آخوره آب گرفته شده ،مخلوط ورز داده شده تا به حالت خمیر تقریبا سفتی در آمده و به درون پی ریخته شود. ارتفاع شفته ریزی به شکل مرحله ای در 2 یا 3 مرحله ریخته می شود،تا لایه زیرین حدودا خشک گردد؛این عملیات تا سطح زمین ادامه میابد.
- در بسیاری موارد ،درون شفته از پاره سنگ های موجود و آجرهای جوش شده از کوره آجر پزی ریخته می شودتا پی سازی را بسیار مقاوم و باربر کند.
- معمولا در پی سازی سنتی، روی کرسی چینی ازاره چینی وجود دارد. در سطح فوقانی پی شفته ای، سنگ های عمیقی و ریشه ای به طور عمودی در شفته گذارده می شود تا 1.2 آن در ارتفاعی از شفته ریزی قرار گیرد و نشست کند. سپس ادامه شفته ریزی تا سطح پی انجام می شود. 1.2 ارتفاع سنگ ریشه ای در خارج از پی سبب اتصال کرسی یا ازاره با پی خواهد شد (این کار در حرکات زمین لرزه و زلزله،باعث عدم سر خوردن دیوار از سطح پی سازی می شود.)
- در پی سازی شفته ای، باید توجه نمود که هر چه میزان رس در خاک مصرفی برای شفته بیشتر باشد میزان آهک مصرفی نیز باید بالاتر رود.
پی سنگی
این پی با استفاده از سنگ‌های طبیعی در مناطقی که سنگ با قیمت ارزان فراوان است ساخته می‌شود. سنگی که برای این گونه پی‌ها انتخاب می‌شود باید سالم بوده و از انواع سنگ‌های لاشه‌ای شکسته 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.
نکات مهم پی سنگی:
- 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 سنگی می تواند مانند پی آجری ،با کرسی چینی و ازاره سنگ تا شروع دیوار سازی همراه باشد.
- چنانچه از سنگ های لایه ای استفاده می شود، رگ سنگ باید در جهت خواب افقی سنگ به کار رود.
- پی سنگی در سازه‌های یک طبقه و پی دیوارهای محوطه مورد استفاده قرار میگیرد.
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.
نکات مهم پی آجری:
- پی سازی با آجر از سطح زمین «مرغوب » (زمین کاملا سفت و با دانه بندی متراکم )با ابعاد متناسب ،بنا به نسبت بارهای وارده بر سطح روی پی و زیر پی مشخص می شود. این پی سازی با پیوند قطعات آجر وملات مرغوب به صورت مرحله ای و گاهی با گستردگی پی آجر و پس نشین به شکل لاریز (یعنی پله ،پله سازی رج ها) اجرا می شود.از کف پی به سطح روی پی که در چندین مرحله است،به کرسی چینی رسیده، پس از کرسی چینی به ازاره سازی رسیده و در مجموع تا شروع دیوار ادامه پیدا می کند.به علت یکپارچه بودن دیوار با پی سازی،مقاومت سازه آجری در مقابل تحرکات و زمین لرزه زیاد است.
- این پی سازی می تواند از ملات ماسه آهک یا ملات باتارد (ملاتی که از مخلوط ماسه وسیمان حدود 150 کیلوگرم وآهک حدود 100کیلوگرم برای متر مکعب به دست می آید )و یا ملات ماسه وسیمان استفاده 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.
برای ساخت پی توسط شبکه‌ای از فولاد، یک ترانشه با عرض مورد نظر و عمق ۹۰ تا ۱/۵۰ متری حفر شده، سپس کف آن رگلاژ می‌شود. بعد از آن بتن نظافتی با ضخامت ۳۰ سانتی متر بر روی ترانشه ریخته و متراکم می گردد. علاوه بر آن یک لایه ۱۵ سانتی متری بتن عیار پایین بر روی بتن قبلی قرار میگیرد. سپس تیرهای فولادی با فاصله های مشخص روی این لایه بتنی گذاشته و فاصله بین آنها با بتن پر می‌شود. بر روی ردیف اول تیرهای فولادی در مواقع لزوم می توان یک ردیف دیگر نیز قرار داد. در نهایت تمام قسمت‌ها با بتن پر می شوند و سازه بر روی این پی قرار میگیرد.
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 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 .
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 مدل های پی از نظر اجرا :
- پی تکی یا منفرد
- پی نواری
- پی های گسترده
- پی شمع
انواع پی از لحاظ هندسه پی:
تقسیم بندی پی بر اساس عمق شالوده به عرض شالوده (D/B) به چهار گروه عمده می توان تقسیم نمود
1.پی های سطحی(shallow foundation) ( D/B < 3)
- پی های منفرد (تکی، پله ای، شیبدار، دوستونی،دیواری)
- پی های پیوسته و نواری
- پی های مرکب
- پی های باسکولی یا کلاف دار
- پی صندوقچه ای
- پی های شبکه ای
- پی های گسترده یا صفحه ای
- پی های با قوس معکوس
برای مشاهده اطلاعات تکمیلی در خصوص پی های سطحی به این لینک مراجعه نمایید.
2. پی های نیمه عمیق(Pier foundations) (3 < D/B < 10)
پی چاهی
برای مشاهده اطلاعات تکمیلی در خصوص پی های نیمه عمیق به این لینک مراجعه نمایید.
3. پی های عمیق(deep foundation) (D/B > 10)
۱ – فونداسیون با پایه های لاغر یا شمع
-دسته بندی شمع ها از نظر جنس مصالح:
- شمع هاي بتني (بتن پيش ساخته و يا بتن درجا)
- شمع هاي فولادي
- شمع هاي چوبي (چوب فرآوري شده)
- شمع هاي با مصالح تركيبي
-دسته بندی شمع از نظر عملکرد:
- شمع نوک باربر
- شمع اصطکاکی
- شمع مایل
- شمع نوک و جداره باربر
-دسته بندی شمع از نظر نحوه اجرا:
- درجا
- کوبشی
-دسته بندی شمع از نظر میزان تغییرمکان
- شمع های با تغییر مکان بزرگ
- شمع های با جابجایی کم
- شمع های بدون جابجایی یا شمع های جایگزینی
۲ – فونداسیون با پایه های قطور (شامل پايه هاي عميق و كيسون ها)
- کیسون هاي صندوقه اي (جعبه اي)
- کیسون هاي شناور (روباز و ته بسته)
- پي صندوقه اي باز (روباز و ته باز)
- پي صندوقه اي هوای فشرده (رو بسته، ته باز و پر شده با هواي متراكم جهت جلوگيري از ورود آب به داخل فضاي داخلي)
- کیسون‌های حفاری شده
- کیسون‌های پنوماتیک
- کیسون‌های یکپارچه
۳ – فونداسیون با المان ستونی
برای مشاهده اطلاعات تکمیلی در خصوص پی های عمیق به این لینک مراجعه نمایید.
4. پی های ویژه(special foundation)
- پی های شناور
- پی های پوسته ای
- پی های جعبه ای
- پی های فولادی
- پی های منفرد چسبان
- تلفیق پی گسترده و عمیق
برای مشاهده اطلاعات تکمیلی در خصوص پی های ویژه به این لینک مراجعه نمایید.