فونداسیون اسکلت فلزی پایه‌ای است که تمام وزن و پایداری سازه بر آن تکیه دارد. در پروژه‌های مختلف، انتخاب نوع مناسب اسکلت فلزی تأثیر مستقیمی بر عملکرد فونداسیون دارد. اجرای اصولی آن، از بررسی خاک و انتخاب نوع مناسب پی گرفته تا نصب دقیق صفحه‌ستون و بتن‌ریزی استاندارد، تضمین‌کننده دوام و ایمنی ساختمان است. کوچک‌ترین خطا در این بخش می‌تواند به نشست، ترک یا حتی تخریب سازه منجر شود. شناخت مراحل اجرا، عوامل مؤثر بر طراحی و پرهیز از اشتباهات متداول، کلید ساخت فونداسیونی است که سال‌ها بدون مشکل کار کند و بار سازه را با اطمینان به زمین منتقل نماید.
جهت دریافت مشاوره همین حالا با ما تماس بگیرید
مشاوره و استعلام قیمت
سازه‌های فلزی، اسکلت فلزی، ساخت سوله
مشاوره تخصصی
مراحل ساخت سازه‌های فلزی
معرفی فونداسیون اسکلت فلزی و اهمیت آن در سازه‌های فولادی
فونداسیون یا پی، عضوی است که وظیفه انتقال ایمن بارهای قائم و جانبی ساختمان به زمین را بر عهده دارد. سایت معتبر buildingsguide می‌نویسد:
“پی‌ها برای عملکرد ساختمان بسیار مهم هستند. یک پی ضعیف می‌تواند منجر به از جا درآمدن دیوارها، نشست کف و آسیب در زلزله و باد شود. این مسائل به نوبه خود می‌توانند منجر به مشکلات ایمنی، تعمیرات بسیار پرهزینه یا کاهش طول عمر ساختمان نسبت به آنچه می‌توانست داشته باشد، شوند. گاهی اوقات، تخریب ساختمان و شروع از ابتدا، ارزان‌تر از تلاش برای اصلاح پی‌های ضعیف طراحی و ساخته شده است.”
برخلاف فونداسیون‌های سازه بتنی که خود بخشی از اسکلت محسوب می‌شوند، در سازه فلزی فونداسیون تنها پایه‌ای برای انتقال نیرو است و همان‌طور که در مراحل ساخت اسکلت فلزی مشاهده می‌شود، دقت در جانمایی پی و بولت‌ها اهمیت حیاتی دارد، بنابراین طراحی دقیق ابعاد، آرماتورگذاری و محل بولت‌ها از اهمیت بالایی برخوردار است.
بررسی عوامل مؤثر در طراحی فونداسیون اسکلت فلزی
پی باید به‌گونه‌ای طراحی شود که علاوه بر تحمل بارهای قائم و جانبی، تغییرشکل‌های خاک زیرین را نیز کنترل کند. سه عامل اصلی بیشترین تأثیر را بر طراحی فونداسیون دارند:
۱. نوع خاک و ظرفیت باربری
خاک به‌عنوان بستر اصلی سازه، نقش تعیین‌کننده‌ای در انتخاب نوع و ابعاد فونداسیون دارد. خاک‌های ریزدانه مثل رُس (Clay) معمولاً ظرفیت باربری پایین‌تری دارند و در مقابل، ماسه‌ای یا شنی (Sandy / Gravelly) گزینه‌های بهتری برای پی‌های سطحی هستند.
در پروژه‌های صنعتی، معمولاً قبل از طراحی فونداسیون آزمایش‌های برش مستقیم، نفوذ استاندارد (SPT) و بارگذاری صفحه‌ای (Plate Load Test) انجام می‌شود تا ظرفیت مجاز خاک مشخص گردد.
۲. وزن سازه و تعداد طبقات
هر چه وزن سازه و تعداد طبقات بیشتر باشد، فشار وارده به پی افزایش می‌یابد. در اسکلت‌های فلزی با بیش از ۵ طبقه، استفاده از پی‌های عمیق‌تر یا ترکیبی از رادیه و شمع پیشنهاد می‌شود. به‌طور میانگین، هر ستون فولادی در ساختمان‌های مسکونی ۳ تا ۵ طبقه حدود ۴۰ تا ۷۰ تن بار را به فونداسیون منتقل می‌کند، در حالی‌که در سازه‌های صنعتی سنگین (مثل سالن‌های تولید یا انبارها) این مقدار ممکن است به بیش از ۱۰۰ تن در هر ستون برسد.
۳. شرایط اقلیمی و سطح آب زیرزمینی
اقلیم و رطوبت زمین، بر دوام بتن و احتمال خوردگی میلگردها تأثیر مستقیم دارد. در مناطق شمالی کشور با سطح آب زیرزمینی بالا، توصیه می‌شود از بتن با نسبت آب به سیمان پایین (حداکثر ۰٫۴۵) و افزودنی‌های ضدنفوذ استفاده شود.
در مناطق خشک و گرم نیز مراقبت از بتن پس از اجرا (عمل‌آوری) ضروری است تا از ترک‌های حرارتی جلوگیری شود.
انواع فونداسیون مناسب برای اسکلت فلزی
نوع فونداسیون باید با توجه به ظرفیت باربری خاک، تعداد طبقات، نوع سازه و سطح آب زیرزمینی تعیین شود. در پروژه‌های اسکلت فلزی معمولاً از چهار نوع فونداسیون اصلی استفاده می‌شود که در ادامه، ویژگی‌ها، کاربرد و مزایا و معایب هر یک را بررسی می‌کنیم.
فونداسیون منفرد (Isolated Footing)
فونداسیون منفرد رایج‌ترین نوع پی در سازه‌های فلزی کم‌طبقه است. در این روش، زیر هر ستون فولادی یک پی مستقل ساخته می‌شود که بار را مستقیماً به زمین منتقل می‌کند. در این حالت، اجرای فونداسیون برای شرکت اسکلت فلزی ساده‌تر و مقرون‌به‌صرفه‌تر است این نوع پی زمانی انتخاب می‌شود که:
- فاصله ستون‌ها زیاد نباشد،
- بار هر ستون مستقل از دیگری باشد،
- و خاک زیرین دارای مقاومت کافی باشد.
در عمل، معمولاً ابعاد فونداسیون‌های منفرد برای سازه‌های فولادی بین ۱٫۲ تا ۲٫۵ متر مربع است.
فونداسیون نواری (Strip Footing)
فونداسیون نواری زمانی استفاده می‌شود که چند ستون در یک راستا قرار دارند یا دیوار باربر نیز بخشی از سازه است. این نوع پی، بار چند ستون را به‌صورت پیوسته منتقل می‌کند و در خاک‌های با مقاومت متوسط عملکرد خوبی دارد.
در سازه‌های فلزی صنعتی با دهانه‌های بزرگ، فونداسیون نواری به دلیل پیوستگی بار و سهولت اجرا گزینه‌ای اقتصادی است. عرض معمول فونداسیون نواری بین ۶۰ تا ۱۰۰ سانتی‌متر و عمق آن بر اساس ظرفیت خاک تعیین می‌شود.
فونداسیون رادیه (Mat Foundation)
فونداسیون رادیه یا گسترده، صفحه‌ای بتنی با آرماتورگذاری سنگین است که زیر کل ساختمان اجرا می‌شود. این نوع فونداسیون زمانی مناسب است که:
- خاک دارای ظرفیت باربری پایین باشد،
- یا اختلاف بار بین ستون‌ها زیاد باشد.
رادیه فونداسیونی ایده‌آل برای سازه‌های فلزی سنگین (کارخانه‌ها، سوله‌ها، انبارها) محسوب می‌شود.
در طراحی این نوع پی، ضخامت معمول بین ۴۰ تا ۸۰ سانتی‌متر و میلگردها در دو جهت به‌صورت شبکه‌ای اجرا می‌شوند.
فونداسیون شمعی (Pile Foundation)
وقتی زمین دارای خاک دستی، رُس اشباع یا سطح آب زیرزمینی بالا باشد، از فونداسیون شمعی استفاده می‌شود. در این سیستم، بار از طریق شمع‌ها به لایه‌های مقاوم‌تر زمین منتقل می‌شود.
در اسکلت فلزی، معمولاً از شمع‌های بتنی پیش‌ساخته یا درجا (Bored Piles) استفاده می‌شود که قطر آنها بین ۴۰ تا ۶۰ سانتی‌متر و عمقشان بسته به نوع خاک بین ۶ تا ۲۰ متر است.
مراحل اجرایی فونداسیون اسکلت فلزی
اجرای صحیح فونداسیون اسکلت فلزی نیازمند دقت، برنامه‌ریزی و نظارت دقیق مهندسی است. هر مرحله از این فرآیند، از آماده‌سازی خاک تا نصب صفحه‌ستون‌ها، مستقیماً بر عملکرد نهایی سازه اثر می‌گذارد. در ادامه، تمام مراحل اجرایی به ترتیب آورده شده است:
۱. آزمایش و بررسی خاک (مطالعات ژئوتکنیک)
پیش از هرگونه عملیات اجرایی، انجام آزمایش مکانیک خاک الزامی است. نمونه‌برداری از لایه‌های مختلف زمین تا عمقی معادل ۱٫۵ تا ۲ برابر عرض فونداسیون انجام می‌شود. نتایج این آزمایش مشخص می‌کند:
- نوع خاک (رسی، شنی، ماسه‌ای، دستی و…)
- ظرفیت باربری مجاز (kN/m²)
- عمق لایه مقاوم برای استقرار پی
۲. خاک‌برداری و تسطیح زمین
پس از مشخص شدن تراز فونداسیون، عملیات خاک‌برداری آغاز می‌شود. عمق گود معمولاً بر اساس نقشه‌های سازه‌ای بین ۸۰ تا ۱۵۰ سانتی‌متر است. در خاک‌های سست یا دارای رطوبت زیاد، باید دیواره گود با شمع یا دیوار حائل موقت تثبیت شود. پس از اتمام خاک‌برداری، کف زمین کاملاً تسطیح و کوبیده می‌شود تا از نشست ناهمگون جلوگیری گردد.
۳. بتن مگر (Lean Concrete)
بتن مگر یا بتن نظافتی، لایه‌ای است به ضخامت ۵ تا ۱۰ سانتی‌متر که مستقیماً روی خاک فشرده اجرا می‌شود تا سطحی یکنواخت و تمیز برای آرماتوربندی فراهم کند. نسبت معمول این بتن:
۱ پیمانه سیمان + ۴ پیمانه ماسه + ۸ پیمانه شن
۴. قالب‌بندی فونداسیون
قالب‌ها معمولاً از تخته، پلاستیک فشرده یا ورق فلزی ساخته می‌شوند. قالب‌بندی باید دقیق، بدون درز و مطابق ابعاد نقشه سازه باشد. در این مرحله کنترل زاویه قائم و تراز کف قالب اهمیت زیادی دارد. برای جلوگیری از نشت دوغاب، درزهای قالب با نوار پلاستیکی یا چسب‌های مخصوص پوشانده می‌شود.
۵. آرماتوربندی (Rebar Placement)
در این مرحله، میلگردهای اصلی، تقویتی و سنجاقی طبق نقشه اجرا می‌شوند. در فونداسیون اسکلت فلزی معمولاً از میلگردهای قطر ۱۸ تا ۲۵ میلی‌متر استفاده می‌شود. پوشش بتنی (کاور) میلگرد باید بین ۵ تا ۷ سانتی‌متر باشد تا از خوردگی جلوگیری کند.
| نوع میلگرد | محل استفاده | فاصله مجاز |
| میلگرد طولی اصلی | کف فونداسیون | ۱۵ تا ۲۰ سانتی‌متر |
| میلگرد عرضی | بالای شبکه کف | ۲۰ تا ۲۵ سانتی‌متر |
| میلگرد تقویتی | زیر صفحه ستون | طبق محاسبات سازه |
۶. نصب صفحه ستون (Base Plate) و انکربولت‌ها
صفحه ستون (Base Plate) رابط بین ستون فولادی و بتن فونداسیون است. در این مرحله، با استفاده از نقشه محورهای سازه، محل دقیق هر صفحه ستون روی قالب مشخص می‌شود. سپس انکربولت‌ها (Anchor Bolts) مطابق قطر و طول مشخص‌شده در نقشه، در محل خود نصب و مهار می‌شوند. برای جلوگیری از جابه‌جایی، معمولاً از قالب فلزی موقت برای تثبیت انکربولت‌ها استفاده می‌شود.
۷. بتن‌ریزی نهایی و کنترل تراز
پس از اطمینان از صحت آرماتوربندی و محل بولت‌ها، بتن‌ریزی اصلی انجام می‌شود. معمولاً از بتن با مقاومت C25 تا C30 (معادل ۲۵۰ تا ۳۰۰ کیلوگرم بر سانتی‌متر مربع) استفاده می‌شود. برای همگن‌سازی، از ویبراتور داخلی استفاده می‌شود تا حباب‌های هوا خارج شوند.
بعد از بتن‌ریزی، سطح بتن تراز و پرداخت می‌شود و با گونی مرطوب یا مواد عمل‌آوری (Curing Compound) تا ۷ روز مرطوب نگه داشته می‌شود.
کنترل کیفیت، نظارت و تست‌های پس از اجرای فونداسیون اسکلت فلزی
هرگونه نقص در بتن، آرماتور یا محل بولت‌ها می‌تواند عملکرد سازه را در برابر بارهای استاتیکی و دینامیکی مختل کند. به همین دلیل، نظارت مستمر و کنترل کیفیت در سه مرحله‌ی اصلی انجام می‌شود:
۱. کنترل پیش از بتن‌ریزی
پیش از شروع بتن‌ریزی، مهندس ناظر باید کلیه نقشه‌های سازه‌ای و ژئوتکنیک را با شرایط واقعی محل مطابقت دهد. اقدامات کلیدی در این مرحله شامل موارد زیر است:
- بررسی ابعاد قالب و تراز کف فونداسیون بر اساس نقشه اجرایی؛
- کنترل موقعیت میلگردهای اصلی و تقویتی، و فاصله کاور بتن (حداقل ۵ سانتی‌متر)؛
- اطمینان از تمیزی سطح بتن مگر و خشک بودن آن؛
- بررسی محل دقیق انکربولت‌ها با استفاده از تئودولیت یا شابلون فلزی؛
- اطمینان از بسته بودن کامل اتصالات میلگرد و عدم جابه‌جایی شبکه فولادی.
۲. کنترل حین اجرا
در حین اجرای بتن‌ریزی، دو عامل تراکم بتن و همگنی مخلوط حیاتی هستند. ویبره داخلی باید با عمق مناسب انجام گیرد و در هر نقطه، بیش از ۱۰ ثانیه ادامه نیابد تا از جداشدگی سنگدانه‌ها جلوگیری شود.
ناظر باید موارد زیر را بررسی کند:
- استفاده از ویبراتور سالم و متناوب؛
- هم‌پوشانی کامل لایه‌های بتن در زمان ریختن؛
- عدم وجود دوغاب اضافی در سطح قالب‌ها؛
- نمونه‌گیری از بتن تازه جهت انجام آزمایش مقاومت فشاری.
۳. کنترل پس از اجرا
پس از پایان بتن‌ریزی و بازکردن قالب‌ها، بازدید نهایی انجام می‌شود تا مطمئن شویم فونداسیون مطابق مشخصات فنی اجرا شده است. در این مرحله کنترل‌های زیر الزامی است:
- اندازه‌گیری تراز نهایی سطح بتن با لیزر یا نیوو؛
- بررسی دقیق محل بولت‌ها و فاصله محوری بین آنها؛
- کنترل سطح بتن از نظر ترک‌های اولیه (Hair Cracks)؛
- آزمایش چکش اشمیت (Schmidt Hammer Test) برای ارزیابی سریع مقاومت بتن؛
- ثبت گزارش تصویری و مکتوب از فونداسیون جهت بایگانی پروژه.
در پروژه‌های بزرگ صنعتی، معمولاً از اسکنر میلگرد (Rebar Locator) نیز برای بررسی موقعیت دقیق شبکه فولادی پس از بتن‌ریزی استفاده می‌شود تا احتمال خطا در جانمایی کاهش یابد.
هزینه اجرای فونداسیون اسکلت فلزی
به‌طور میانگین در سال ۱۴۰۴، هزینه اجرای هر مترمربع فونداسیون بین ۳ تا ۶ میلیون تومان متغیر است. عوامل مؤثر بر هزینه:
- نوع فونداسیون:
- منفرد: ساده و اقتصادی، مناسب سازه‌های سبک.
- نواری: پیوسته برای ستون‌های نزدیک یا دیوار باربر.
- رادیه: مقاوم و گسترده برای خاک ضعیف و سازه‌های سنگین.
- شمعی: برای زمین‌های سست یا دارای آب زیرزمینی بالا.
- کیفیت خاک: هرچه خاک ضعیف‌تر، فونداسیون عمیق‌تر و هزینه بیشتر.
- نوع بتن و میلگرد: مقاومت بالاتر = مصالح گران‌تر اما دوام بیشتر.
- تعداد ستون و وزن سازه: افزایش بار، ابعاد و حجم فونداسیون را بالا می‌برد.
- شرایط اقلیمی و اجرا: مناطق مرطوب یا گرم به بتن و افزودنی‌های خاص نیاز دارند.
جمع‌بندی
اجرای اصولی فونداسیون اسکلت فلزی یعنی تضمین دوام و ایمنی کل سازه. بررسی دقیق خاک، انتخاب نوع پی متناسب با شرایط زمین، کنترل تراز و محل بولت‌ها، و دقت در بتن‌ریزی عواملی هستند که خطا در آنها می‌تواند هزینه‌های سنگینی ایجاد کند. برای اطمینان از کیفیت نهایی، اجرای کار باید هم‌زمان با نظارت مستمر و ثبت کنترل کیفی واقعی پیش برود. در پروژه‌هایی که اجرای هم‌زمان طبقات مدنظر است، روش تاپ دان می‌تواند سرعت اجرا را افزایش دهد و از نشست ناهمگون جلوگیری کند
سوالات متداول در مورد فونداسیون اسکلت فلزی
تفاوت فونداسیون فلزی با بتنی در چیست؟
در اسکلت فلزی، صفحه‌ستون‌ها نیرو را به پی منتقل می‌کنند، درحالی‌که در اسکلت بتنی، ستون‌ها بخشی از پی هستند.
بهترین نوع فونداسیون برای خاک سست چیست؟
فونداسیون رادیه یا شمعی بهترین عملکرد را در خاک‌های با ظرفیت باربری پایین دارند.
چگونه میتوان از نشست فونداسیون جلوگیری کرد؟
با انجام آزمایش خاک، انتخاب نوع مناسب پی و اجرای صحیح بتن‌ریزی و عمل‌آوری.
انکربولت چه نقشی در فونداسیون فلزی دارد؟
اتصال‌دهنده بین ستون فولادی و بتن فونداسیون است و باید دقیق و در محور صحیح نصب شود.
ضخامت بتن مگر در فونداسیون فلزی چقدر است؟
معمولاً بین ۵ تا ۱۰ سانتی‌متر برای یکنواخت‌سازی و جلوگیری از تماس بتن اصلی با خاک.
عمل‌آوری بتن فونداسیون چقدر باید طول بکشد؟
حداقل ۷ روز با حفظ رطوبت، و در هوای گرم تا ۱۰ روز توصیه می‌شود.
هزینه اجرای فونداسیون اسکلت فلزی در سال ۱۴۰۴ چقدر است؟
بین ۳ تا ۶ میلیون تومان در هر مترمربع، بسته به نوع پی، خاک و مصالح.
رایج‌ترین خطا در اجرای فونداسیون فلزی چیست؟
عدم تراز دقیق صفحه‌ستون‌ها و نصب نادرست بولت‌ها.
چطور کیفیت فونداسیون را بعد از اجرا کنترل کنیم؟
با آزمایش فشاری بتن، تست چکش اشمیت و کنترل تراز بولت‌ها و سطح پی.
اولین نفر باشید که نظرتان را ثبت می کنید