پی‌ها یکی از مهمترین بخش‌های بسیاری از سازه‌ها به شمار می‌روند. پی به‌عنوان بخشی از سازه تعریف شده است که بار اعمال شده روی سازه و همچنین وزن خود سازه را به یک منطقه گسترده‌تر از خاک و زمین منتقل می‌کند و بدین طریق از افزایش بیش از اندازه بار و گذر از ظرفیت تحمل نهایی سازه و خاک جلوگیری می‌کند و بنابراین کل سازه در یک بازه قابل تحمل از بار قرار می‌گیرد. در این مطلب سعی داشته ایم که مروری داشته باشیم بر مهمترین انواع پی که در صنعت ساخت و ساز مورد استفاده قرار می گیرند.
اهمیت پی در سازه
در صورتی که پی به روش اصولی و با رعایت تمامی استانداردها اجرا شود کمک شایانی در دست‌یابی به اهداف زیر خواهد کرد:
- توزیع بار سازه در یک منطقه وسیع از خاک
- جلوگیری از نشست نامتعادل و نامتقارن سازه
- جلوگیری از حرکات جانبی سازه
- افزایش ثبات و پایداری سازه
چرا انواع مختلفی از پی داریم؟
تا آنجایی که من و خیلی از شماها می‌دانیم انواع مختلفی از خاک با ویژگی‌های فیزیکی و ساختاری متفاوت وجود دارد که هر یک از آن‌ها دارای ظرفیت تحمل منحصر به فرد هستند. از این رو بسته به نوع خاک، اندازه سازه و بار ناشی از سازه، مهندسان تصمیم می‌گیرند که از چه نوعی از پی استفاده کنند.
انواع پی
به طور کلی پی‌ها را در دو دسته پی عمیق و پی سطحی یا کم عمق قرار می‌دهند. اصطلاح پی سطحی و پی عمیق اشاره به مقدار عمق خاک دارد که پی در آن قرار گرفته است. به طور کلی اگر پهنای پی از عمق آن بیشتر باشد آن را به‌عنوان یک پی سطحی یا کم عمق در نظر می‌گیرند و اگر پهنای پی کوچک‌تر از عمق آن باشد، آن را به‌عنوان یک پی عمیق در نظر می‌گیرند. با این وجود، پی‌های سطحی و عمیق را می‌توان به انواع مختلف دیگری نیز دسته‌بندی کرد که می‌توانید در نمودار زیر مشاهده کنید.
پی های سطحی
همان‌طور که در بالا نیز به آن اشاره شد انواع پی سطحی را می‌توان به انواع مختلفی تقسیم‌بندی کرد که از قرار زیر هستند.
پی های منفرد یا ایزوله
این نوع از رایج‌ترین و در عین حال ساده‌ترین پی‌ها و از نظر اقتصادی هم به‌صرفه‌ترین نوع پی هستند. پی منفرد را به طور کلی برای ساختمان‌های معمولی تا پنج طبقه به کار می‌گیرند.
پی منفرد شامل یک پی در قسمت قاعده ستون است. این نوع از پی مستقل است. در این نوع از پی‌ریزی به طور معمول هر یک از ستون‌های به کار گرفته در سازه دارای فونداسیون مختص خود در قسمت قاعده هستند. فشار و بار وارد شده بر سازه در این نوع از پی به طور مستقیم از ستون به خاک منتقل می‌شود. شکل این نوع از پی‌ها نیز ممکن است مستطیلی، مربعی و دایره‌ای باشد. اندازه این پی را می‌توان با تقسیم کردن قاعده ستون بر ظرفیت تحمل مجاز خاک به طور دقیق محاسبه کرد. این نوع از پی‌ها را می‌توان تحت شرایط زیر به کار گرفت:
- بار سازه نسبتاً پایین باشد.
- ستون‌ها خیلی نزدیک به هم نباشند.
- ظرفیت تحمل خاک در عمق و ضخامت‌های کم بالا باشد.
پی‌های دیواری
این انواع از پی در جهت توزیع بارهای دیوارهای حامل در سازه به سطح زمین استفاده و در راستا و موازی با دیوار اجرا می‌شود و پهنای آن تقریباً ۲ تا ۳ برابر پهنای دیوار است. پی دیواری در واقع یک نوار بتنی پیوسته در طول دیوار است. سنگ، آجر و بتن مسلح از جمله مصالحی هستند که برای ساخت دیواری مورد استفاده قرار می‌گیرند. این نوع از پی‌های سطح . و کم عمق را می‌توان تحت شرایط زیر به کار گرفت:
- بزرگی و شدت بارهایی که باید انتقال داد کوچک باشد.
- پی بر روی بستری از ماسه و گراول‌های بسیار متراکم قرار داده شود.
پی‌های مرکب
پی‌های مرکب بسیار شبیه به نوع منفرد هستند. هنگامی که ستون‌های سازه فاصله کمی با یکدیگر داشته باشند یا ظرفیت تحمل پایین باشد و با یکدیگر همپوشانی داشته باشند ترجیح داده می‌شود که از پی‌های سطحی نوع مرکب استفاده شود.
در این نوع از پی‌ها همان‌طور که در شکل زیر مشاهده می‌کنید بیش از یک ستون در فونداسیون قرار گرفته است و به همین دلیل هم هست که به آن مرکب می‌گویند. شکل این نوع از پی‌ها ممکن است مستطیل شکل، تی شکل و ذوزنقه‌ای است.
هدف اصلی از به کارگیری این نوع از پی توزیع یکنواخت بارها در کل ناحیه پی‌ریزی است. برای استفاده از این نوع پی لازم است که مرکز ثقل پی و مرکز ثقل بار کل بر یکدیگر منطبق باشند. پی‌های مرکب را می‌توان تحت شرایط زیر به کار گرفت:
- ستون‌ها فاصله نزدیکی به یکدیگر داشته باشند.
- هنگامی که ستون به خط املاک نزدیک باشد.
- یک قسمت از پی به دلایلی محدود شده باشد.
پی‌های نواری
پی‌های نواری مشابه با پی‌های مرکب هستند و دلایل استفاده از آن‌ها هم همان دلایل مربوط به پی‌های مرکب است. در پی نواری، پی‌ها در زیر ستون‌ها به صورت منفرد ساخته می‌شوند که با استفاده از تیرهای نواری به یکدیگر متصل شده‌اند. به طور کلی هنگامی که لبه پی را نمی‌توان از خط املاک فراتر برد، پی خارجی از طریق تیر نواری به پی داخلی متصل می‌شود.
پی‌های گسترده
پی‌های گسترده هنگامی استفاده می‌شوند که فونداسیون سطحی یا فونداسیون چاهی مناسب نباشد. علاوه بر این در موقعیت‌هایی استفاده از این نوع پی توصیه می‌شود که ظرفیت تحمل خاک پایین است و بار سازه باید در منطقه وسیعی توزیع شود یا اینکه سازه مورد نظر به طور پیوسته تحت تأثیر تکان‌ها و ارتعاش‌هایی قرار می‌گیرد.
پی‌های گسترده شامل دال بتنی مسلح شده یا دال تیر تی شکل هستند که در سرتاسر ناحیه سازه قرار گرفته‌اند. در این نوع از پی، کل کف به‌عنوان فونداسیون عمل می‌کند. بار کل سازه به طور یکنواخت در سرتاسر سازه پخش می‌شود. پی‌های گسترده را تحت شرایط زیر می‌توان به اجرا درآورد:
- خاک سست و ضعیف باشد و از این رو باید که با را در منطقه‌ای وسیع پخش کرد.
- سازه مشتمل بر یک زیرزمین باشد.
- ستون‌ها فاصله نزدیکی با یکدیگر داشته باشند.
- استفاده از دیگر انواع پی‌ها میسر نباشد.
- جلوگیری از نشسته نامتقارن و نامتعادل
پی‌های عمیق
چندین نوع از پی‌های عمیق وجود دارند که هر یک از آن‌ها به صورت مختصر در زیر شرح داده شده‌اند.
پی‌های شمعی
پی شمعی نوع متداولی از پی‌های عمیق است که عمدتاً به‌منظور کاهش هزینه‌ها استفاده می‌شوند. این نوع از پی با در نظر گرفتن شرایط خاک، برای انتقال بارها به لایه‌های خاک خارج از محدوده پی‌های سطحی یا کم عمق، بسیار مناسب هستند.
شمع یک بخش باریک و بلند دارای نسبت سطح مقطع عرضی به طول بسیار کوچکی است. از این نوع از پی‌ها به‌منظور انتقال بارها به خاک‌های عمیق‌تر یا لایه‌های سنگی در هنگامی که ظرفیت تحمل خاک در نزدیک سطح زمین پایین است استفاده می‌شود. شمع‌ها همچنین برای افزایش مقاومت سازه‌ها در برابر بالاآمدگی و افزایش ثبات سازه‌ها در مقابل نیروهای جانبی و واژگونی مورد استفاده قرار می‌گیرد. پی‌های شمعی را می‌توان تحت شرایط زیر به کار گرفت:
- خاک در عمق‌های بیشتر دارای ظرفیت تحمل بالاتری باشد.
- هنگامی که هزینه‌های استفاده از پی‌های گسترده بسیار بالا خواهد بود.
- هنگامی که پی در معرض بارهای بسیار زیاد متمرکز قرار خواهد گرفت.
- هنگامی که خاک‌ها بسیار سست باشند.
پی‌های شمعی را می‌توان بر اساس مصالح و مکانیسم انتقال بار به انواع مختلفی دسته‌بندی کرد که می‌توانید در نمودار زیر مهمترین انواع آن‌ها را مشاهده کنید.
پی‌های چاهی
پی چاهی در واقع سازه‌های زیرزمینی هستند که بارهای بسیار سنگین‌تر را که نمی‌توان آن را به‌وسیله پی‌های سطحی و کم عمق انتقال داد، را به لایه‌های خاک عمیق و لایه‌های سنگی منتقل می‌کنند. این نوع از پی‌ها به طور معمول کم عمق‌تر از پی‌های شمعی هستند. پی‌های چاهی را می‌توان تحت شرایط زیر به کار گرفت:
- لایه سنگین فاصله‌ی کمی با سطح زمین داشته باشد
- لایه خاک بالایی از جنس رس در برابر به کار گرفتن شمع‌های اتکایی مقاومت می‌کنند.
- هنگامی که نیاز به انتقال مقدار بالای بار به خاک وجود دارد.
پی‌های کیسون
پی‌های کیسون از انواع خاص پی است که در واقع سازه‌هایی نفوذناپذیر در مقابل آب هستند که برای احداث پل‌ها و سدها مورد استفاده قرار می‌گیرند. این نوع از پی‌ها به طور معمول در سازه‌هایی به کار برده می‌شوند که به پی‌ریزی در زیر آب نیاز است. دلیل انتخاب و استفاده از این نوع پی‌ها این است که می‌توان این پی را در محل‌های مشخصی شناور و سپس مستقر کرد. انواع پی‌های کیسون شامل موارد زیر می‌شوند:
- کیسون‌های جعبه‌ای
- کیسون‌های حفاری شده
- کیسون‌های شناور
- کیسون‌های باز
- کیسون‌های پنوماتیک
- کیسون‌های ورقه‌ای
کیسون را می‌توان تحت شرایط زیر استفاده کرد:
- در شرایطی که نیاز باشد صدا و لرزش‌ها را به حداقل رساند.
- نیاز باشد که پی را در زیر آب قرار داد.
- ظرفیت بارگذاری محوری و جانبی بسیار بالایی نیاز باشد.
سخن آخر
پی‌ها بدون شک یکی از مهمترین اجزای صنعت ساخت و ساز در مقیاس‌های مختلف هستند. فرقی نمی‌کند سازه شما در چه اندازه است، طراحی و اجرای دقیق پی سازه باید با نهایت دقت صورت بگیرد. پی‌ها را بر اساس نوع سازه، نوع خاک و نوع مصالح به کار برده شده به انواع مختلفی تقسیم‌بندی کرده‌اند که در این مطلب به آن پرداختیم. در صورت نیاز بر هر گونه مشاوره می‌توانید با مشاوران ما تماس بگیرید.
