طراحی فونداسیون پله ای؛ آموزش تصویری در ایتبس و سیف

در ساخت‌وساز و مهندسی عمران، پی‌ریزی یکی از مهم‌ترین مراحل برای تضمین پایداری و استحکام سازه است. انتخاب نوع مناسب فونداسیون می‌تواند تاثیر زیادی در طول عمر و کارایی ساختمان داشته باشد. یکی از روش‌های مؤثر پی‌سازی که به‌ویژه در مناطق با خاک‌های غیریکنواخت و شیب‌دار کاربرد دارد، فونداسیون پله ای است. اما آیا می­دانید طراحی فونداسیون پله ای در نرم ­افزار سیف به چه صورتی است؟ آیا نیازی به اتصال بین دو فونداسیون با اختلاف تراز وجود دارد؟ چه زمانی نیاز به اجرای درز انقطاع در فونداسیون پاچلاقی داریم؟

در این ایبوک فوق­ العاده، علاوه بر پاسخ به سؤالات مطرح ­شده، به طراحی فونداسیون پله ­ای و المان قائم متصل‌کننده ­ی دو فونداسیون به صورت گام­ به­ گام خواهیم پرداخت.

⌛ آخرین به روز رسانی: 13 خرداد 1404

📕 تغییرات به‌روزرسانی: آپدیت بر اساس مبحث ششم مقررات ملی ساختمان ویرایش 1398 و مبحث نهم مقررات ملی ساختمان ویرایش 1399

فونداسیون غیرهم‌سطح(پله ای)

فونداسیون‌های غیر هم‌سطح به فونداسیون‌هایی اطلاق می‌شود که قسمت‌هایی از شالوده­ ی سازه در ترازهای (سطوح) مختلف اجرا می‌شود. اصطلاحاً این سازه‌ها به ساختمان پاچلاقی معروف هستند.

اجرای فونداسیون غیر هم‌سطح

دلایل اجرای فونداسیون غیر هم‌سطح

ازجمله دلایلی که منجر به اجرای فونداسیون در دو تراز مختلف می‌شوند، می‌توان به موارد ذیل اشاره کرد:

الف) شیب طبیعی زمین زمین

گاهی شیب زمین به نحوی است که اجرای فونداسیون سازه در یک سطح ناممکن است. از آنجایی که اجرای فونداسیون در شیب از نظر آیین ­نامه­ های طراحی ممنوع است، لذا باید فونداسیون را با اختلاف تراز اجرا نمود. هرچند راه­کارهایی برای اجرای هم‌سطح فونداسیون در این مورد وجود دارد، اما با توجه به مشکلات اجرایی و هزینه‌های مازادی که به همراه دارد، معمولاً از آن صرف‌نظر می‌شود. این راه­کارها عبارتند از:

1. گودبرداری تا رسیدن به تراز باربر هم­سطح جهت اجرای فونداسیون کل سازه، ساده‌ترین راه برای اجرای فونداسیون در زمین‌های شیب‌دار است. اگر طول فونداسیون زیاد باشد، حجم خاک‌برداری بسیار بالا و پرهزینه می‌شود و عملاً صرفه­ ی اقتصادی نخواهد داشت.

2. در زمین­ های شیبدار طویل، جهت کاهش حجم خاک‌برداری، اجرای فونداسیون پله ای (Stepped Foundation) پیشنهاد می شود. بر اساس بند 7-2-5 آیین­ نامه­ ی 2800، حداکثر ارتفاع هر پله 30 سانتی‌متر و طول هم­پوشانی افقی دو تراز، حداقل 60 سانتی‌متر باید درنظر گرفته شود.

قالب بندی و بتن ریزی فونداسیونی پلکانی دیوار

3. به‌صورت هم­زمان می‌توان قسمتی از سطح را گودبرداری و قسمت دیگر را با خاک‌ریزی بهسازی کرد، تا به یک سطح مناسب رسید. در این روش، عمق مناسب خاک که تحمل بارهای وارده از سازه را داشته باشد، تعیین می‌شود. سپس با توجه به تراز تعیین‌شده، عملیات خاک‌برداری و خاک‌ریزی انجام می‌شود.

ب) وجود زیرزمین در قسمتی از پلان

امروزه کمتر پیش می ­آ­ید که فقط در بخشی از پلان ساختمان، زیر زمین احداث شود. در غالب موارد یک طبقه با سطح کامل به عنوان زیر زمین در نظر گرفته می­شود. به همین دلیل هم در آیین­ نامه­ ها به این موضوع پرداخته نشده است. در سازه‌هایی که قسمتی از پلان آنها دارای زیر زمین است، چاره­ ای جز اجرای فونداسیون غی رهم‌سطح نیست. برای عملکرد مناسب در زلزله، لازم است که اتصال قابل ­قبولی بین فونداسیون در دو تراز، ایجاد گردد.

به‌عنوان یک راه­کار، می‌توان دو تراز فونداسیون را توسط دیوار (دیوار حائل) یا پدستال به یکدیگر متصل کرد. با توجه به فاصله­ ی بین ستون‌ها می‌توان دیوار را در قسمت پایین‌تر تا تراز فونداسیون بالایی اجرا کرد و در قسمت بالا فونداسیون را با کلاف­ هایی به دیوار حائل متصل نمود. توجه نمایید که در طراحی، باید نیروی جانبی ناشی از سازه در تراز بالاتر را به دیوار حائل اعمال کرد. در محاسبه ­ی بار جانبی وارد بر این دیوار، باید وزن ساختمان به‌عنوان یک سربار در نظر گرفته شود. نکته­ ی حائز اهمیت درنظرگرفتن تمهیدات مناسب جهت زهکشی و هدایت آب پشت دیوار به خارج و نیز عایق ­کاری مناسب دیواره ­های زیرزمین می­باشد.

به توصیه­ ی طراحان مجرب، اگر اختلاف تراز دو فونداسیون بیش از 3 متر باشد، باید در طراحی، دو سازه را با رعایت درز انقطاع به‌صورت مجزا درنظر گرفت و برای هر سازه نیز فونداسیون جداگانه طراحی و اجرا کرد.

اجرای زیر زمین در قسمتی از پلان سازه

تفاوت “پی” و “فونداسیون” چیست؟ پی پله ای صحیح است یا فونداسیون پله ای؟

پی (Footing): در مهندسی عمران پی اشاره به خاکی دارد که بار کل سازه (فونداسیون و روسازه) را تحمل می‌کند، گفته می‌شود.

فونداسیون (Foundation):  فونداسیون به اعضای بتن‌آرمه‌ای که بار روسازه را به خاک منتقل می‌کند گفته می‌شود. فونداسیون تک، نواری، گسترده و عمیق را شامل می‌شود.

در خصوص فونداسیون پله‌ای، در بسیاری از منابع، اصطلاح “فونداسیون پله‌ای” به‌عنوان یک سیستم کلی درست‌تر است، زیرا فونداسیون پله‌ای نه تنها شامل پی پله‌ای است، بلکه نحوه انتقال بار به زمین را نیز در بر می‌گیرد. اما استفاده از “پی پله‌ای” نیز متداول است، زیرا نشان می‌دهد که طراحی پی به شکل پله‌ای انجام شده است.

فونداسیون پله ای در کدام نوع پی‌ها کاربرد دارد؟

فونداسیون پله ای (Stepped Foundation) معمولاً در مواردی به کار می‌رود که نیاز به تنظیم ارتفاع و توزیع بار در سطوح مختلف وجود دارد. این نوع فونداسیون به طور خاص در انواع زیر از پی‌ها کاربرد دارد:

1. پی‌های منفرد (Isolated Foundation):

کاربرد فونداسیون پله‌ای: فونداسیون پله‌ای در پی‌های منفرد زمانی استفاده می‌شود که ستون‌ها در ترازهای مختلف قرار دارند یا زمین ناهموار است و باید ارتفاع تنظیم شود (ستون ها در یک تراز اجرا شوند). پی پله‌ای به تنظیم بار متمرکز ستون‌ها و توزیع آن بر روی زمین کمک می‌کند.

2. پی‌های نواری (Strip Foundation):

کاربرد فونداسیون پله‌ای: در پی‌های نواری که دیوارهای طولانی و باربر بر روی فونداسیون قرار می‌گیرند، پی پله‌ای برای تنظیم ارتفاع در زمین‌های ناهموار و توزیع یکنواخت بار دیوارها به کار می‌رود.

مثال: در دیوارهای طویل بنایی که اختلاف ارتفاع در سطح زمین وجود دارد، فونداسیون پله‌ای کمک می‌کند تا دیوارها به‌درستی روی فونداسیون قرار گیرند و بار به طور یکنواخت منتقل شود.

3. پی‌های گسترده (Raft Foundation):

کاربرد فونداسیون پله‌ای: در پی‌های گسترده، فونداسیون پله‌ای کمتر رایج است، اما ممکن است در شرایط خاص برای تنظیم ارتفاع یا کاهش ضخامت فونداسیون در برخی قسمت‌ها به کار رود. این پی‌ها به دلیل سطح وسیع و توزیع بار گسترده، به طور معمول نیازی به پله‌های تنظیم ارتفاع ندارند، مگر در شرایط ناهموار زمین.

مثال: در زمین‌هایی که اختلاف ارتفاع زیادی دارند یا سازه در چند سطح مختلف اجرا می‌شود، ممکن است فونداسیون پله‌ای به صورت محلی در بخشی از پی گسترده به کار رود.

✅ ادامه این بخش و الزامات عمومی فونداسیون با اختلاف تراز را در متن اصلی ایبوک مطالعه کنید.

طراحی فونداسیون پله ای در ایتبس

طراحی سازه‌های دارای فونداسیون غیر هم‌سطح مانند سازه‌های دیگر است و فقط لازم است موارد زیر در نظر گرفته شود.

1. تعیین تراز پایه
2. اختصاص تکیه گاه در پای ستون ها
3. خروجی گرفتن از مدل سازه برای تحلیل فونداسیون در SAFE

✅ در اینجا به طور مختصر مورد اول یعنی تعیین تراز پایه را شرح می دهیم دو مورد دیگر به طور مفصل در متن اصلی ایبوک آورده شده است که می توانید آن را مطالعه نمایید.

تعیین تراز پایه

جهت طراحی سازه‌هایی که فونداسیون آن‌ها اختلاف تراز دارد، اولین مسئله تعیین تراز پایه جهت محاسبه ی ارتفاع سازه در تعیین زمان تناوب اصلی سازه و بحث ضریب زلزله است، لذا تراز پایه را برای دو حالت زیر بررسی می‌کنیم:

1 . تراز پایه در سازه‌هایی که بر روی زمین‌های شیب‌دار قرار دارند:

در این حالت در جهت اطمینان، تراز پایه روی پایین‌ترین سطح زمین طبیعی در نظر گرفته می‌شود.

تراز پایه در زمین‌های شیب‌دار

2 . تراز پایه در سازه‌هایی که در قسمتی از پلان، زیرزمین دارند:

در این حالت باید یک‌بار تراز پایه را در پایین‌ترین تراز(پای ستون‌های زیرزمین) و بار دیگر در بالای زیرزمین قرار دهیم. برای هر دو حالت، سازه را به‌صورت مجزا آنالیز کرده و بر اساس حالت بحرانی (بیشترین نیروی برش پایه وارده به سازه) طراحی سازه را انجام دهیم. البته لازم به ذکر است درصورتی‌که اطراف دیوار زیرزمین با دیوار حائل بتن‌آرمه پوشیده شده باشد و شرایط بند 3-3-1-2-ب استاندارد 2800 ویرایش چهارم را ارضا نماید، می‌توان تراز پایه را به بالای دیوار حائل انتقال داد که منجر به برش کمتر و طرح سازه ی سبک تر می شود.

تراز پایه در سازه‌هایی که در قسمتی از پلان زیرزمین دارند

روند طراحی فونداسیون‌های غیر هم‌سطح در SAFE

هدف از این ایبوک، بیان نحوه ­ی تعریف این نوع فونداسیون­ ها در نرم ­افزار Safe است، بنابراین از شرح مراحل تحلیل و طراحی فونداسیون اجتناب شده است. در صورت نیاز می­توانید به دوره آموزشی طراحی انواع فونداسیون مراجعه نمایید.

با توجه به اینکه در آیین‌نامه‌های ایران در خصوص طراحی چنین فونداسیون‌هایی مطلبی وجود ندارد. لذا متناسب با میزان اختلاف ­سطح، دو راه­کار پیشنهاد می‌شود:

• 1 . هرکدام از فونداسیون‌ها را به‌صورت مستقل و در دو پنجره­ ی جداگانه و مانند فونداسیون‌های دیگر ساختمان‌ها طراحی می‌کنیم. این روش فقط برای فونداسیون‌هایی که اختلاف تراز زیاد دارند، به کار می‌رود.
• 2 . روش مناسب برای طراحی فونداسیون‌های با اختلاف تراز کم، ترکیب فونداسیون­ ها با یکدیگر است که به دو روش زیر می­توانیم در نرم­ افزار Safe اجرا نماییم.

الف) روش اول برای ترکیب فونداسیون ­ها در نرم ­افزار Safe (تمام ورژن ها)

گام اول: فایل فونداسیون تراز بالاتر را در نرم ­افزار Safe فراخوانی کرده، سپس موارد اضافی را پاک می­کنیم.

حذف موارد اضافی در نرم ­افزار Safe

گام دوم: تهیه­ ی فایل متنی مربوط به تراز بالاتر

از آنجا که نسخه­ های پایین­ تر نرم ­افزار، نظیر نسخه­ ی Safe 8، قابلیت­ های کمتری نسبت به نسخه­ های جدید آن دارند، روش جامع کپی فایل متنی جهت تحلیل و طراحی پی پاچلاقی را ارائه نموده ­ایم.

برای این منظور مسیر زیر را اجرا می­کنیم:

File > Export Model >SAFE .F2K

گرفتن خروجی فایل متنی

گام سوم: به­ منظور عدم تداخل اطلاعات دو فونداسیون، فایل متنی را با برنامه­ ی Note Pad باز کرده، سپس مانند شکل، شماره ­ی نقاط را به­ دلخواه تغییر می­ دهیم.

با فشردن هم­زمان کلید Ctrl+H پنجره­ ی Replace باز می­شود که می­توانیم شماره­ ی تمام نقاط داخل فایل را به صورت هم­زمان تغییر دهیم. این کار را برای تمام نقاط انجام می­دهیم تا شماره ­گذاری آنها تغییر کند. تغییرات اعمال­ شده را ذخیره می­ نماییم.

تغییر شماره­ گذاری نقاط در فایل متنی

ذخیره کردن تغییرات

گام چهارم:فایل فونداسیون تراز پایین­ تر را که می­خواهیم نقاط در آن ادغام شود، فراخوانی می­کنیم.

باز کردن فایل فونداسیون تراز پایین­ تر

✅ چهار گام نهایی این روش و تمامی گام های مطرح شده در روش دوم برای ترکیب فونداسیون­ های با اختلاف­ تراز کم (ورژن 2016 و بالاتر) را در متن اصلی ایبوک مطالعه کنید.

طراحی المان قائم متصل‌کننده­ ی دو فونداسیون (دیوار حائل، کلاف قائم)

بین طراحان سازه دو دیدگاه رایج است. طبق نظر برخی منابع، دو فونداسیون با اختلاف تراز، بدون اتصال دیوار بتنی، طراحی و اجرا می‌شوند (استفاده از دیوار سنگی). برخی منابع هم تأکید بر اتصال دو فونداسیون توسط دیوار بتنی دارند. ما هم در این مقاله قصد بر این داریم که دو فونداسیون را با دیوار بتنی به یکدیگر متصل کنیم. در همین رابطه نیز برخی منابع، مشخصات (ابعاد مقطع، آرماتورها) این دیوار رابط را مانند فونداسیون تراز بالاتر در نظر می‌گیرند و از محاسبه­ ی دقیق آن صرف‌نظر می‌کنند. اما ما در جهت اطمینان، آن‌ها را محاسبه و کنترل می‌کنیم. این نکته حائز اهمیت است که ضخامت دیوار حائل جهت کنترل سربار خاک و زلزله دینامیکی وارد بر آن معمولاً 25 یا 30 سانتی‌متر است درحالی‌که ضخامت قسمت متصل‌کننده دو فونداسیون تقریباً به ضخامت فونداسیون می‌باشد لذا طراحی المان متصل‌کننده دو فونداسیون را از روش محاسبه دستی انجام می‌دهیم و دیوار حائل را که تحت سربار خاک و زلزله دینامیکی وارد بر آن در نرم‌افزار Etabs طراحی می‌کنیم.

الف) طراحی دیوار حائل تحت سربار خاک در نرم‌افزار Etabs

گام اول: تعریف دیوار حائل

با توجه به رفتار خارج صفحه دیوارهای حائل، برای مدل‌سازی دیوارهای حائل بایستی از دیوار با رفتاری پوسته‌ای (Shell) استفاده شود. برای تعریف مقطع دیوار حائل با ضخامت 25 سانتی‌متر و از نوع Shell باید مسیر زیر را پیمود:

تعریف دیوار حائل

گام دوم: ترسیم دیوار حائل

برای ترسیم دیوار، ابتدا به پلان اولین سقف بالای فونداسیون (اولین سقف بالای Base) رفته و با انتخاب آیکون رسم دیوار از منوی کناری، شروع به ترسیم دیوار حائل سمت تراز بالاتر می‌نماییم.

ترسیم دیوار حائل

گام سوم: مش بندی دیوار حائل

با توجه به عملکرد دیوار و بارگذاری آن، مش بندی آن‌ها در همه دهانه‌های قاب ضروری است. روند مش بندی دیوارهای حائل مشابه مش بندی دیوارهای برشی می‌باشد

مش بندی دیوار حائل

✅ بسیاری از موارد محاسباتی و گام های طراحی این قسمت از فونداسیون پله ای را در متن اصلی ایبوک مطالعه کنید.

نتیجه‌گیری

برای طراحی فونداسیون‌های با اختلاف تراز، تا حد امکان سعی می‌کنیم فونداسیون در یک تراز (پایین­ترین سطح) اجرا شود. اگر به دلایل اجرایی و غیره، مجبور به طرح فونداسیون با اختلاف تراز شدیم، حداکثر اختلاف تراز فونداسیون­ ها 1.5 متر و تعداد طبقات سازه نهایتاً 3 طبقه باشد. برای سازه­ های بلندتر باید طراحی و اجرا درز انقطاع را داشته باشیم. لذا مناسب‌ترین روش طراحی، ترکیب فونداسیون در یک تراز و سپس تحلیل و طراحی آن است. برای قسمت اتصال دو تراز نیز می‌توانیم از پدستال یا کلاف قائم با ضخامت فونداسیون استفاده کنیم و اگر بخواهیم لغزش و پایداری فونداسیون بالاتر را و هم‌چنین تحمل کشش دیوار حائل را بررسی کنیم، از روش محاسباتی گفته‌شده استفاده می‌کنیم.

منابع:

1. مبحث ششم مقررات ملی ساختمان ویرایش سال 1398
2. مبحث هفتم مقررات ملی ساختمان ویرایش سال 1392
3. مبحث نهم مقررات ملی ساختمان ویرایش سال 1399
4. “بررسی تراز پایه محافظه‌کارانه در ساختمان‌های دارای پی‌های غیر هم‌سطح”، وحید رضا کلات جاری و همکاران، نهمین کنگره ملّی مهندسی عمران، 12 و 11 اردیبهشت‌ماه 1395، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران
5. PRECAST SPREAD FOUNDATION IN INDUSTRIALIZED BUILDING SYSTEM

• میزان اختلاف تراز دو فونداسیون، چه تفاوت‌هایی را در طراحی ایجاد می‌کند؟
  • کم بودن اختلاف تراز دو پی
  • زیاد بودن اختلاف تراز دو پی
  • دید مهندسی و تأثیر آن در طراحی
•  فونداسیون غیر هم‌سطح (پلکانی)
  • دلایل اجرای فونداسیون غیر هم‌سطح (پلکانی)
• تفاوت “پی” و “فونداسیون” چیست؟ پی پله‌ای صحیح است یا فونداسیون پله‌ای؟
• فونداسیون پله‌ای در کدام نوع پی‌ها کاربرد دارد؟
• الزامات عمومی فونداسیون با اختلاف تراز
  • تأثیر شیب فونداسیون بر ظرفیت باربری فونداسیون
• اجرای فونداسیون پله‌ای در زمین‌های شیب‌دار چگونه است؟
• طراحی سازه در ETABS
  • آیا ایتبس قابلیت طراحی فونداسیون پله‌ای را دارد؟
  • تعیین تراز پایه
  • اختصاص تکیه‌گاه در پای ستون‌ها
  • خروجی گرفتن از مدل سازه برای تحلیل فونداسیون در SAFE
• روند طراحی فونداسیون‌های غیر هم‌سطح در SAFE
• تفاوت کنترل برش پانچ در طراحی فونداسیون پله‌ای و غیرپله‌ای
• طراحی المان قائم متصل‌کننده دو فونداسیون (دیوار حائل، کلاف قائم)
• پرسش و پاسخ
• نتیجه‌گیری
• منابع

• ثبت شده در
  وزارت ارشاد
• دانلود سریع
  پس از پرداخت
• ضمانت ارسال
  بروزترین نسخه کتاب