مقاله فونداسیون چیست
نویسنده : مجید باقی پور
تقدیم به نگاه زیباتون
عنوان ها
- فونداسیون چیست
- انواع فونداسیون
- ویژگی های مناسب محل فونداسیون
- زلزله
- فناوری های جدید در برابر زلزله
- آرماتوربندی
فونداسیون چیست
فونداسیون (Foundation) یا همان “پِی” به مجموعه بخش هایی از سازه که در ارتباط با خاک، وظیفه انتقال سنگینی و بار ناشی از ساختمان به زمین را دارد اطلاق می شود.
در واقع تمام نیروی ساختمان مخصوصا ستونها توسط فونداسیون کنترل شده و چنانچه نشستی نسبی که صورت می گیرد باید بصورت کلی در همه ابعاد پی اتفاق بیفتد.
بنابراین فونداسیون یک بخش به هم پیوسته است که کار تحمل وزن ساختمان را برعهده دارد.
بطور خلاصه
کار فونداسیون
1.جلوگیری از نشست ساختمان بیش از حد معمول
2.مانع از ایجاد شکست در هنگام فشارهای ناشی از ساختمان به خاک
3.مقادیر نشست در نقاط مختلف ساختمان فرق نداشته باشد.
4.جلوگیری از واژگونی ساختمان در برابر نیروهای جانبی
همانطور که بیان شد فونداسیون یکی از ارکان مهم ساختمان محسوب می شود که اگر در ساخت آن
دقت بعمل نیاید خسارات جبران ناپذیری دارد و باعث اتفاقات جانی و مالی می گردد.
عواملی در ساخت انواع و ابعاد فونداسیون نقش دارند
اعم از بافت تعداد طبقات، لایه ها، نوع خاک و شرایط آب و هوایی که با احتساب وزن ساختمان؛ عمق، طول و عرض فونداسیون مشخص میشود.
ویژگی های محل مناسب برای پی
1.سطح بالایی پی باید پایین تر از سطح یخبندان باشد.
2.سطح پایینی پی باید بالاتر از عمق ایستایی باشد.
برای اینکه از ویژگی های ذکر شده درک دقیق و شفافی داشته باشید،
باید از سطح یخبندان و عمق ایستایی اطلاع یابید که به این منظور توضیحات زیر را مطالعه بفرمایید.
سطح یخبندان
شالوده و اساس یک ساختمان باید قوی و استوار باشد.
بنابراین ساخت پی و عمود شدن ساختمان روی آن نیازمند مهندسی دقیق و مصالح پر توان می باشد.
طبق اصل آیین نامه های ساختمانی، مهندسان و طراحان ملزم شده اند تا پی ساختمانی را پایین تر از عمق یخبندان (Frost line) بسازند.
چرا که وقتی خاک مرطوب شروع به یخ زدن می کند، تا 8 درصد عمق آن افزایش می کند و هرچیزی که بر روی خاک وجود دارد را جابجا میکند.
پس برای جلوگیری از این اتفاق، پی را در سطحی پایین تر از عمق یخبندان درست می کنند.
البته در همه نواحی اینگونه نیست و عمق یخبندان متفاوت می باشد. مثلا در مِین (Maine) عمق یخبندان 48 اینچ و در فلوریدا (Florida) برابر با 8 اینچ است.
جهت آشنایی با مِین، این ایالت دارای هوایی بسیار گرم در تابستان و هوایی بسیار سرد و برفی در زمستان می باشد، بطوریکه در طول زمستان مردم این منطقه شاهد دمای هوای 18- درجه هستند.
بنابراین عمق یخبندان در این ناحیه خیلی زیاد بوده و یک مهندس ساختمان باید پی را با این اطلاعات طراحی کند.
با مستند به بند 8-1-6-5-ث مقررات ملی ساختمان در مناطق سردسیر کشورمان حداقل عمق یخبندان 40 سانتیمتر بوده و این عدد
باتوجه به شرایط اقلیمی، نفوذپذیری و ویژگی های خاک متفاوت است.
در پی های داخلی که در معرض یخبندان نمی باشند، عمق کمتری نسبت به مقدار ذکر شده در نظر گرفته می شود.
عمق ایستایی
برای پی بردن به مفهوم ایستایی، ابتدا استاتیک را تعریف میکنیم که تعریف مشابهی با ایستایی دارد ولی با کمی تفاوت.
استاتیک درواقع به وضعیت و حالات اجسامی که نیرو بر آنها وارد شده می پردازد و ممکن است آن جسم
در اثر نیرویی که به آن وارد شد از بین برود.
اما ایستایی؛ به بررسی سطح پایداری و ایستادگی آن جسم در مقابل نیروی وارده می پردازد که در هر صورت تغییر حالت نمی دهند.
مفهوم عمق ایستایی به مجموعه مقاومت و پایداری قسمتی از زیر زمین محسوب شده که پی روی آن سوار (ساخته) می شود.
بررسی آبهای زیرزمینی (سفره های زیرزمینی) نیز در ساخت پی و عمق ایستایی تاثیرگذار است.
هر وقت آب زیرزمینی در منطقه ای جریان نداشته باشد، به این معناست که سطح ایستابی (ایست آبی) آن بدون شیب (Flat) می باشد.
اما اگر سطح ایستابی شیبدار باشد یعنی در آن منطقه آب زیرزمینی جریان دارد و
این جریان آب از سطح شیبدار به سطح مناطق تخت می باشد.
چه عواملی بر عمق پی تاثیر می گذارند
1.عمق یخبندان
2.دکوپاژ (عمق خاک مناسب)
3.طرح معماری
4.باید عمق پی بیشتر از عمق یخبندان باشد.
چه عواملی بر سطح پی تاثیر می گذارند
بستگی به اندازه عناصری دارد که به صورت قائم (عمود) بر پی فشار وارد می کنند؛
1.ستون بتنی برابر با ابعاد ستون بتنی است.
2.برای ستون، دیوارها و پایه های مصالح بنایی، ابعاد و اندازه تکیه گاه برابر با نصف ابعاد پایه ها می باشد.
3.برای ستون فولادی، حد واسط صفحه ستون و ستون فولادی است.
انواع فونداسیون
فونداسیون سنگی
فونداسیون آجری
فونداسیون شفته ای
فونداسیون بتنی
فونداسیون نواری
فونداسیون گسترده
فونداسیون صفحه ای
فونداسیون مشترک
فونداسیون باسکولی
فونداسیون کلاف شده
فونداسیون شمعی
فونداسیون نقطه ای
در ادامه به توضیح هرکدام می پردازیم.
فونداسیون سنگی
این نوع فونداسیون ها از سنگ طبیعی و در مناطقی که به راحتی قابل دسترس هستند کاربرد دارند و باید سنگ آن سالم و نپوسیده باشد.
این نوع سنگها از جنس سنگ های لاشه بوده برای پی سازی مناسب می باشند در صورتی که
سنگ های مدور و صیقلی مناسب فونداسیون نیستند.
از دو نوع ملات در ساخت چنین فونداسیونی استفاده می شود.
یکی ملات گل آهک برای زمانی که فشار ساختمان کم باشد و دیگری ملات سیمانی است که فشار و بار زیادی را متحمل می شود.
بعلت گرانی و کمیابی از فونداسیون سنگی زیاد استفاده نمی شود.
فونداسیون آجری
ساده ترین و ابتدایی ترین فونداسیون ساختمان محسوب می شود.
از این نوع فونداسیون در زمانی که بار ساختمانی کم و درواقع ساختمان آن کوچک باشد مورد استفاده قرار می گیرد.
این فونداسیون نیز به مانند فونداسیون سنگی باید دارای ریشه ای به قطر 15 تا 20 سانتیمتر از دو طرف دیوار روی آن قرار بگیرد
که برای اینکار عرض پی کنی باید 30 تا 40 سانتیمتر از عرض دیوار بیشتر باشد.
این کار باعث می شود آجرچینی به راحتی صورت گیرد چون زاویه پخش کردن بار در پی آجری حدود 60 درجه می باشد.
جهت صرفه جویی در مصرف آجر باید بصورت پلکانی آن را در آورد.
فونداسیون شفته ای
شفته خمیری از مخلوط خاک، آب، شن و گرد آهک می باشد که در هر متر مکعب آن
حدود 20 تا 200 کیلوگرم آهک بکار می رود.
گاهی نیز از پاره سنگ به آن اضافه می کنند. طریقه کار این نوع فونداسیون اینگونه است که حدود 20 تا 30 سانتی متر
شفته را ریخته و سطح آن را صاف می کنند.
1 روز می گذارند تا خشک شده و آب آن تبخیر شود سپس با ضربه های سنگینی بر روی آن زده تا کاملا متراکم شود.
مجددا کار شفته ریزی را انجام می دهند تا فونداسیون تکمیل شود.
از فونداسیون شفته در ساختمان های اسکلت فلزی استفاده می شود .
فونداسیون بتنی
این نوع فونداسیون نوع رایج و مستحکم می باشد که امنیت بالایی دارد.
نحوه ساخت این نوع پی، اینگونه است که ابتدا ملات سیمان با ضخامت کمی روی سطح ریخته (بتن مِگر) سپس با ویبراتور (لرزاننده)
فضای خالی بین ملات ها را از بین می برند تا درواقع این فضاها پر شود.
جهت استحکام بیشتر و اصطلاحا مسلح بودن فونداسیون،
از قالب ها و میلگردهایی استفاده می شود که قبل از بتن ریزی کار گذاشته می شوند.
فونداسیون نواری
در ساختمان های آجری از این نوع فونداسیون استفاده می شود
و حداکثر عمق پی های آن حدود 50 سانتی متر و عرض فونداسیون کمی بیشتر از عرض دیوار روی آن است.
لایه های فونداسیون نواری از پایین به بالا
شفته ریزی، کرسی چینی، شناژ، ملات ماسه سیمان برای خروج رطوبت، قیرگونی،
ملات ماسه سیمان برای پوشش روی قیرگونی، دیوارچینی.
فونداسیون گسترده
چنانچه بخواهید فونداسیونی طراحی کنید که بار چند ستون و دیوار را
که در ردیف ها و امتدادهای مختلف قرار دارند روی پی قرار دهید، این نوع فونداسیون مناسب است.
لازم به ذکر است در مناطق گرمسیری مانند بندرعباس پس از 3 یا 4 ساعت از ریختن بتن، کار آبدهی صورت گرفته
و بعدازظهر بتن ریزی انجام می شود.
فونداسیون صفحه ای
در مواردی از این نوع فونداسیون استفاده می شود که بار و انرژی ساختمان بسیار زیاد بوده
و یا مقاومت زمین کم است.
در این نوع فونداسیون، در سراسر زیر ساختمان بتن ریخته و میله ی ستونها و دیوار بر روی آن قرار می گیرند.
درواقع با این کار فشار بار بر “زیر ساختمان” قرار می گیرد.
زمانی که بار و انرژی زیاد است، سطح فونداسیون را بزرگتر ساخته تا فشار وارد از بالا در سطح بیشتری پخش شود.
فونداسیون مشترک
هروقت برای دو یا چند ستون یک فونداسیون ساخته شود،
به آن فونداسیون مشترک گفته می شود.
زمانی از این نوع فونداسیون استفاده می شود که
1.فاصله پی ها از هم کم بوده بطوریکه سطح آنها یکدیگر را بپوشاند.
2.یکی از فونداسیون ها در کنار زمین همسایه قرار گرفته باشد.
3.در صورت اینکه فاصله ستونها از هم کم باشد و بخواهیم بصورت درز انبساط (ژوئن) بسازیم
از این نوع فونداسیون استفاده می شود؛
پی مورد نظر به صورت ذوزنقه خواهد بود که قاعده ی بزرگتر
در طرف بار بیشتر و قاعده ی کوچکتر در سمت بار کمتر می باشد.
فونداسیون باسکولی
جهت جلوگیری از چرخش فونداسیون و
تیر ستون ها در کنار دیوار همسایه، از این نوع فونداسیون استفاده می شود.
فونداسیون کلاف شده
در مناطق زلزله زده از این نوع فونداسیون برای ساختمان های مسی استفاده می شود.
اتصال دو پی توسط شناژ (بتن آرمه) را کلاف شده می گویند.
فونداسیون شمعی (عمیق)
شمع ها از جنس فولاد، بتن، بتن مسلح و چوب هستند که چنانچه
خاک مقاوم نبوده و یا پی مقاومت چندانی نداشته باشد، بصورت عمودی و عمیق قرار داده می شوند
تا بار و انرژی ناشی از ساختمان و فشار سطح غیرقابل تحمل را کنترل نمایند.
ازین نوع فونداسیون ها در هنگام وزش بادهای شدید و زلزله استفاده می شود.
فونداسیون نقطه ای (منفرد)
از این نوع فونداسیون برای ساختمان هایی که بار و انرژی آن به صورت نقطه ای و متمرکز
به زمین انتقال داده می شود، استفاده می گردد مانند ساختمان های فلزی و بتنی.
لایه های فونداسیون نقطه ای عبارتند از
1. زمین مناسب
2. بتن مِگر
3. بتن اصلی
4. صفحه زیرستون (ساختمان های اسکلت فلزی)
5. آرماتورهای داخل پی
6. بولت
7. قالب بندی
8. رامکا
زمین مناسب
یکی از مهمترین نکات برای ساخت فونداسیون، انتخاب زمین مناسب است.
چرا که سهل انگاری در نوع زمین انتخابی و عدم رعایت اصول مهندسی ساخت باعث خسارات جبران ناپذیری می شود.
در ادامه بیشتر با زمین و نوع خاک و چگونگی تقویت آن آشنا خواهیم شد اما بطور خلاصه؛
باید دقت نمود اگر زمینی دارای خاک رس نرم بوده و یا خشک باشد، ساخت ساختمان روی آن خطرناک است بنابراین
باید زیرسازی و مقاوم سازی های لازم را انجام داد. با فشرده سازی تکنیک هایی مثل
ارتعاشی، تراکم دینامیکی و ویبرو فلوتاسیون سعی در بهبود بخشیدن خاک پی نموده
تا فضاهای بین خاک پوشانده شده و باعث تقویت خاک گردد.
بتن مگر یا همان بتن پوششی (Lean concrete)
حداقل 10 سانتیمتر ضخامت دارد و با داشتن عیار سیمان کم، برای آماده سازی بستر خاکبرداری شده جهت آرماتور بندی است.
اگر مقدار قابل توجهی از آب بتن که در پی ریخته می شود وارد خاک گردد باعث افت کیفیت بتن شده و عملا
تمام زحمات ساخت و پرداخت بتن از بین میرود.
بنابراین با ریختن بتن مِگر از این هدر رفتن جلوگیری می شود.
بتن مِگر به دلیل آب فراوانی که در خود دارد به صورت روان است و خاصیت جلوگیری از نفوذ سیمان به خاک را دارد.
همانطور که گفته شد بتن مِگر بستر خاک را برای پی ریزی آماده کرده، باعث صاف و همتراز شدن فونداسیون می گردد.
در زمین هایی که استحکام زیادی ندارند این نوع بتن باعث مقاومت سازه ها گشته و با نفوذ در فضاهای خالی
باعث تراز شدن کف فونداسیون می شود.
همچنین مانع ورود حشرات و حیوانات موذی به پی می شود.
از بتن مِگر در جاده سازی ها نیز استفاده شده و برای زیرسازی و استحکام خیابان ها مورد استفاده قرار می گیرد.
نکات ضروری در هنگام اجرای بتن مگر
باتوجه به این نوع بتن در انجام کار، باعث راندمان بالا و کارایی قابل قبول خواهد بود که
در ادامه با آن آشنا می شوید:
- خاک بستر بتن مِگر باید مرطوب باشد تا آب سیمان جذب خاک نشود. چنانچه این اتفاق بیفتد بتن پوک می شود.
- شفته آهک باید قبل از اجرایی کردن بتن کاملا مرطوب شده باشد تا آب بتن را جذب نکند.
- بتن مِگر زمانی باید روی شفته آهک اجرایی شود که شفته آهک به این نوع مقاومت رسیده باشد که وقتی روی آن راه می روید رد پای شما روی آن باقی نماند.
- بتن مِگر معمولا توسط دستگاه بتونیر ساخته می شود و باید دقت نمود حداقل دو دقیقه آب و سیمان در درون دستگاه با هم مخلوط شوند سپس مورد استفاده قرار گیرد.
- همانطور که قبلا گفته شد باید سطح کفی که قرار است آرماتور بندی روی آن انجام گیرد؛ قبلش با بتن مِگر کاملا صاف و یکنواخت باشد.
- بعد از ریختن بتن مِگر، باید 10 ساعت الی 1 روز سطح آن مرطوب نگه داشته شود، سپس عملیات بعدی را می توان شروع کرد.
بتن اصلی
در ساخت یک پی استفاده از مصالح مناسب نقش مهمی در مقاومت آن دارد.
بتن آرمه یا همان ترکیب آب، سیمان، شن، ماسه و پولاد بصورت میلگرد آجدار یا ساده، برای ساخت یک سازه بتنی مناسب هستند.
در بالا نیز انواع فونداسیون شرح داده شده است.
صفحه زیرستون(Base Plate)
مختص سازه های با اسکلت فلزی هستند که ستون ها روی آن سوار می شوند ولی
برای سازه های بتنی از ریشه گذاری بصورت میلگردهای انتظار در فونداسیون استفاده می کنند.
سخت کننده ها یا استیفنرها بصورت قائم روی base plate جوشکاری شده و برای نگهداری ستون ها مورد استفاده قرار می گیرند.
صفحه زیرستون ها باید کاملا تراز و اصطلاحا آکس بندی شده قرار گیرند.
آرماتورهای داخل پی
همانطور که می دانید آرماتور بندی و کاربرد میلگردها در پی ساختمان باعث استحکام و جلوگیری از نشست آن می شود.
پس خیلی مهم است که نحوه چینش و آرماتور بندی به چه صورت انجام گیرد
تا بار کلی ساختمان بطور یکنواخت توزیع شود.
میلگردهای فونداسیون به دو نوع تقویتی و سراسری تقسیم می شوند که در ادامه بصورت کامل به تعریف هر کدام می پردازیم.
بولت (Anchor Bolt)
صفحه ستون از طریق بولت به فونداسیون متصل می شود.
انتهای بولت ها را خم کرده تا موجب درگیری بیشتر با فونداسیون شده و معمولا تعداد آنها 2، 4، 6 می باشد.
تعداد بولت ها، ضخامت و قطر آنها توسط مهندس و طراح ساختمان تشخیص داده شده
و با توجه به مشخصات فنی ساختمان محاسبه می گردند.
طول بولت ها باید به گونه ای باشد که بتواند فشار و کشش وارده را به ستون و صفحه ستون ها تحمل نماید.
قالب بندی فنداسیون
همه فعالیت های مربوط به بتن ریزی نیازمند قالب بندی و آرماتورگذاری است
که درصد زیادی از هزینه های اجرایی فونداسیون و ساختمان را محسوب می شوند.
برای جلوگیری از برون رفت ملات و محصور کردن کامل آرماتور از قالب استفاده می شود که در زیر انواع قالب ها را شرح می دهیم.
انواع قالب بندی از جهت مصالح
- قالب بندی فلزی ، دارای استحکام بالا و قابل استفاده به دفعات زیادی می باشد.
- قالب بندی چوبی ، برای ساخت قطعات بزرگتر قابل استفاده است.
- قالب بندی آجری ، دارای سرعت کار بالا و از لحاظ اقتصادی به صرفه است.
با نایلون داخل قالب ها را می پوشانند تا آب بتن را مکش نکنند.
در بتن ریزی های محدود غالبا از قالب بندی های چوبی استفاده می کنند چرا که پس از استفاده،
چوب قالب دیگر مورد استفاده قرار نمی گیرد ولی در کارگاه های بزرگ بتنی، معمولا سعی میکنند
از قالب های فلزی استفاده نمایند چرا که این قالب ها در قسمت های دیگر به صورت مداوم و مشابه استفاده می شود.
یکی از دلایلی که از قالب چوب در مصارف بالا استفاده نمی شود به دلیل مقاومت کم آن است.
مزایای استفاده از قالب های فلزی
- عمر زیاد
- برپا کردن و جمع کردن سریع قالب ها
- ایجاد سطح صاف برای بتن ریخته شده در قالب
- مقاومت و عدم احتراق
- کم کردن مدت عملیات اجرایی به علت پیش ساخته بودن قطعات
- امکان تغییر فوری ظرفیت و مقاومت آنها
- تمیز ماندن محیط کار
- صرفه اقتصادی بیشتر به دلیل عدم نیاز به مواد وارداتی
قالب بندی فنداسیون فلزی
قالب بندی فنداسیون چوبی
قالب بندی ستون
قالب بندی ستون نیز به همین گونه است
ولی با این تفاوت که بعضی از مشخصه های قالب های چوبی ستون نسبت به قالب های فلزی برتری دارند.
البته این موضوع بطور جامع نیست و نظرها متفاوت است.
مثلا سبک و قابل حمل بودن قالب های چوبی و قابلیت استفاده راحت تر در هوای سرد
از مزیت های این نوع قالب ها نسبت به قالب های فلزی ستون است.
قالب بندی برای ستون ها یکی از کاربردی ترین مسائل ساختمان سازی محسوب شده
و با استفاده از انواع چوبی و فلزی آن می توان ملات ها را به داخل ستون ها ریخت و قالب ستون را بدست آورد.
همانطور که می دانید با قالب کردن دور میلگردهایی که
به عنوان ستون برافراشته شده اند، باید ترازبندی و هم راستا بودن ستون ها را دقیق مشخص نمود.
بهترین وسیله ” شیلنگ تراز ” می باشد که به وسیله آب می توان دو ستون را از نظر قائم بودن مشخص کرد.
شیلنگ تراز
شیلنگ تراز
رامکا
در واقع رامکا بخشی از سازه ستون است که باعث حفظ فاصله دقیق بین میلگرد ستون با قالب (فلزی یا چوبی) شده و برای قائم ایستادن و در یک راستا بودن ستون ها مورد استفاده قرار می گیرد. همانطور که در تصویر زیر مشاهده می کنید رامکاها میلگردهای کوچکی هستند که به دور ستون با حفظ فاصله مناسب با سیم بسته شده اند و قالب ها به آنها می چسبند و ستون قائمی را بوجود می آورند.
نکته مهم: اندازه رامکاها باید دقیق بوده و حتی یک میلیمتر نیز اختلاف نداشته باشند.
در بعضی از مناطق از رامکاهای بتنی استفاده می کنند به این دلیل که رامکاهای فلزی بعد از مدتی به دلیل رطوبت می پوسند و از بین می روند.
رامکاهای بتنی نیز مشکل دارند و مهمترین آن این است که بتن ستون را دو تکه کرده و این اتفاق در پای ستون که یکی از اصلی ترین نقاط ساختمان است مشکل ایجاد می کند.
اسپیسر رامکا
وقتی قالب ها را از ستون جدا می کنند، انتهای رامکا (سر میلگرد) مشخص است و با استفاده از اسپیسر این قسمت را پوشش می دهند.
فنداسیون و زلزله
حتما تا به حال شنیده اید که پس از وقوع زلزله ساختمان هایی فرو ریخته اند و افراد زیادی در پی این حادثه کشته شدند. در تحقیقات
نشان داده شده که این ساختمان ها مقاومت سازی یا درست تر بگوییم “بهسازی” نشده و باعث چنین اتفاق هایی شده اند.
با رشد روزافزون جمعیت و تمرکز هر چه بیشتر افراد، باعث شده پس از وقوع زلزله تعداد زیادی دچار سانحه شوند.
حال این معضلات؛ مهندسان، زمین شناسان و لرزه شناسان را بر آن داشته تا راهکار جدیدی برای حل این اتفاق پیش بینی نشده داشته باشند
که با توجه به رشد و پیشرفت های علم بشری می توان گفت که از صدمات جانی و مالی خیلی ها جلوگیری به عمل آمده است.
این فناوری ها در حال رفع مشکل هستند و امیدواریم درصد تخریب و مرگ و میر به صفر برسد.
جدیدا پژوهشگران دانشگاه بریتیش کلمبیا نوعی سیمان و ملات تقویت شده با فیبر و مقاوم ضد زلزله را درست کرده اند
که در اثر زلزله تَرَک نمیخورد و مانع از ریزش ساختمان می گردد.
نحوه استفاده از آن بدین گونه است که می توان روی دیوار اسپری نمود. این ماده در برابر زلزه تَرَک نمیخورد بلکه خم می شود
و قابلیت تحمل فشار ناشی از زلزله را دارد. این ماده با ضحامت 10 میلیمتر به عنوان پوششی ضد ترک در مقابل لرزش های
9 و 9.1 ریشتری مقاومت بالایی دارد. این ریشتر زلزله در ژاپن در سال 2012 باعث خرابی های زیادی شد.
صنعت سیمان 7 درصد از گازهای گلخانه ای جهان را تولید می کند و با توجه به تولید این نوع سیمان؛
باعث شده بیشتر سیمان های طبیعی در ساخت ساختمان کاهش پیدا کرده و یک محصولی با سازگاری محیط زیست به وجود آید
که با نام کامپوزیت سیمانی منعطف شناخته می شوند.
اولین بار از این نوع سیمان روی دیوار مدرسه ای در ونکوور
به کار گرفته شد و قرار است در ساختمان های مناطق شمالی هندوستان که در معرض زلزله قرار داشته و بازسازی
در آنها امکان پذیر نیست، به کار گرفته شود.
این محصول و تولیدات دیگری که برای مقاوم سازی در دست اقدام هستند موجب می شوند تا ساختمان های قدیمی و
غیر بهینه سریعا ایمن سازی شوند و هم از نظر مالی و زمانی کاملا به صرفه خواهد بود.
فناوری های جدید در برابر زلزله
7 مورد از فناوری های جدید جهت مقاوم سازی و جلوگیری از آوار شدن دیوار و سقف بر روی افراد را ذکر می کنیم.
فونداسیون شناور
خانه روی هوا
این نوع مهندسی اولین بار توسط مهندسان و معماران ایرانی مطرح و به کار گرفته شد.
با کاوش های صورت گرفته در آثار بجا مانده از دوران هخامنشیان، ایرانیان نخستین سازه های ضد زلزله را ساخته اند.
تخت جمشید را می توان اولین سازه ضد زلزله بر شمرد که از این فناوری استفاده نموده است. همانطور که امروزه
این فناوری به نام ژاپنی ها مطرح شده به این گونه که ساختمان از فونداسیون جدا بوده و به وسیله یک صفحه فولادی
محکم به فونداسیون وصل می شود، برای ساخت بناهای پاسارگاد در 2500 سال پیش با استفاده از صفحه های
سنگی، بنا را از پی جدا کرده تا زلزله از زیر بنا گذشته و آسیبی وارد نکند. این بناها قابلیت تحمل زلزله های تا 7 ریشتر را
داشتند و در واقع با قرارگیری بنا روی دو پی، که پی اول از سنگ و ملات و ساروج بوده و پی دوم فقط از سنگ که روی پی
اول می لغزید و از شدت لرزش کاسته می شد. در آثار بجا مانده از دوره هخامنشیان باید به ستون های بناها اشاره کرد
که با استفاده از قوانین هندسی کاملا ضدزلزله بوده اند. مسجد جامع تبریز نیز از این نوع فناوری استفاده کرده
و پس از سالیان دراز که چندین زلزله را پشت سر گذاشته، همچنان پابرجا مانده است. منار جنبان نیز که
شیخ بهایی آن را طراحی کرده نیز کاملا ضدزلزله بوده و از آثار قابل توجه معماری و مهندسی ایرانی است.
تخت جمشید؛ قدیمی ترین بنای دارای فونداسیون شناور – شیراز
امروزه کشور ژاپن به این فناوری پی برده و با استفاده از صفحات فلزی و مستحکم، دقیقا کاری شبیه به بناهای ایران باستان کرده
و با گذر دادن زلزله از زیر این صفحات فلزی، مانع از لرزش قسمت های اصلی سازه می شوند. فاصله ی بین ساختمان و پی
به وسیله ی یاتاقان های سرب – لاستیک جدا شده که شامل هسته سربی پیچیده شده در لایه هایی از لاستیک و فولاد می باشد.
یاتاقان ها در واقع قطعاتی هستند که برای کاهش اصطکاک و سایش بین دو سطح چرخان مورد استفاده قرار می گیرند.
نوع پیشرفته این فناوری استفاده از بالشتک های هوا مجهز به سنسور تشخیص ضدزلزله می باشند که به سرعت
پر از هوا می شوند و عایقی با ضخامت 3 سانتیمتر به وجود می آورند. این بالشتک ها پس از اتمام زلزله
خالی از هوا شده و ساختمان رو فونداسیون قرار می گیرد. این فناوری باعث جلوگیری از
هزینه های زیاد شده و کاربری راحت تری دارد.
کمک فنر و جذب لرزش
در این نوع فناوری با استفاده از سیستمی شبیه به کمک فنر اتومبیل،
ساختمان را در برابر زلزله مقاوم نگه می دارد. نحوه کارکرد این سیستم
بدین گونه است که حرکات ارتعاشی سریعا به وسیله ی جذب کننده
ارتعاش که همان کمک فنر می باشد جذب شده و با تبدیل انرژی ارتعاشی
به انرژی گرمایی آن را به روغن هیدرولیک تخلیه می کند. این کمک فنرها
در قسمت هایی از سازه قرار می گیرند که یک سر آن به یک میل و یک سر دیگرش
به یک ستون وصل می شود. در هنگام زلزله سازه به صورت افقی حرکت کرده و پیستون
با فشار بر روغن، انرژی مکانیکی زمین را به انرژی گرمایی تبدیل کرده و لرزشی به سازه منتقل نمی شود.
پرده های محافظ
تداوم با فیبر کربنی!
یک شرکت ژاپنی با نام کوماتسو سایرن (Komatsu Seiren)
ایده ای را طرح ریزی کردند بدین گونه که بجای استفاده از بتن و فولاد جهت مقاوم سازی،
از طناب های فیبر کربنی استفاده نمایند. این طناب ها با مجموع وزن 12 کیلوگرم و به طول
160 متر کاملا دور یک ساختمان محصور شده اند. در هنگام زلزله این طناب ها از لرزش ساختمان
جلوگیری می نمایند. شان هوریکی، معمار ارشد این پروژه در گفتگو با مجله WIRED گفت:
«از آنجایی که این فیبر کربنی، محکم و در عین حال نرم است، این ایده را در ذهن ما به وجود آورد
که از آن به عنوان یک وسیله خاص مقاوم سازی بنا استفاده کنیم. در بنایی که این ایده را روی آن
اجرا کردیم، تعداد ۱۱۳۰ مفتول در پشت بام کار گذاشته شد و سپس سیم های متصل به مفتول
ها را به زمین وصل کردیم تا ساختمان کاملاً مهار شود.»
در هنگام زلزله وقتی ساختمان به سمت چپ کشیده می شوند ریسمان های سمت راست
ساختمان را به سمت خود کشیده و بالعکس نیروی وارده از جهت مخالف باعث می شود تا
ریسمان روبرویی شروع به کار کرده و ساختمان را به سمت خودش بکشد که سعی در مهار کردن ساختمان را دارند.
فیوزهای قابل تعویض
قاب محافظ ساختمان
وظیفه یک فیوز محافظت از مدار الکتریکی است که وقتی جریان الکتریکی شدید می شود، فیوز آن را قطع کرده
تا مانع از گرمای زیاد و آتش سوزی گردد. در دانشگاه ایلینوی آمریکا، محققان از این مفهوم ایده ای را طراحی کردند
که با استفاده از قاب های فولادی و کابل های رسانا برای مقاوم سازی ساختمان بهره گیرند. آنها نام ایده خود را
سیستم کنترل ارتعاش نامیده اند و در نحوه کار آن اینگونه شرح داده اند که قاب های فولادی منعطفی ساختار اصلی
این فناوری محسوب شده و روی فونداسیون تکان می خورند. همچنین کابل های عمودی که از جنس استیل هستند
نیز چارچوب ساختمان را به پی وصل کرده و در لرزش ساختمان به هنگام زلزله محدودیت ایجاد می کند. این کابل بصورت
هوشمند پس از پایان زلزله متوقف شده و غیرفعال می شوند. این کابل ها و فیوزها که میان دو صفحه در پایه های ستون
قرار گرفته و نقش کنترل لرزش ها را دارند. قابلیت این فیوزها در جایگزینی آنهاست بدین گونه که پس از غیرفعال شدن
می توان فیوز دیگری را جایگزین آنها کرد.
آلیاژ حافظه دار
جایگزین فولاد!
یکی از مهمترین چیزهایی که برای مقاوم سازی ساختمان ها توسط مهندسان مورد بررسی قرار گرفته، پیدا کردن جایگزینی
برای فولاد و بتن است. موادی که جزو اولین موارد ساختمان سازی بوده و انعطاف بالایی نسبت به فولاد داشته باشد.
آلیاژ حافظه دار نسبت به فولاد حدود 10 تا 30 درصد منعطف تر بوده و پس از کرنش هایی که بر روی آن اعمال می شود، می تواند
خود را بازیابی کرده و مجددا به شکل اولیه خود باز گردد. این آلیاژ متشکل از تیتانیوم و نیکل است که به این ترکیب نیتینول گفته می شود.
رفتار و ساختار بلوری این آلیاژها “شکلی” است به گونه ای که می توانند بصورت پایدار و مقاوم در دماهای بالا بوده
و سپس با همان مقاومت اما در دماهای پایین تر انعطاف پذیرتر باشند که این ویژگی در هنگام زلزله باعث کاهش
خسارات ساختمان می شود.
نحوه ی کار این آلیاژها باتوجه به قابلیت هایی که دارند همچون:
انعطاف پذیری در هنگام افزایش یا کاهش درجه حرارت، تنش و بازگشت به حالت اولیه؛ تداعی گر رفتارهای موجودات زنده است.
آلیاژهای معمولی بعد از کرنش ها و تغییرات دمایی که بر روی آنها اتفاق می افتد به همان صورت تغییر کرده و با حذف بار انرژی
به حالت قبل باز نمی گردند ولی آلیاژهای حافظه داری مثل آلومینیوم، روی، تیتانیوم، نیکل و مس پس از تغییر شکل به حالت
قبل خود باز می گردند. اولین بار این نوع آلیاژها در سال 1938 به صورت آزمایشگاهی تهیه شده و در سال 1962 با کشف
آلیاژهای حافظه دار نیکل تیتانیوم (نیتینول) آغاز شدند. اولین کاربرد آن در سال 1969 بصورت اتصال لوله های هیدرولیک
هواپیماهای F14 انجام شد و در سال 1980 توسعه اساسی آن با ظهور آلیاژ حافظه دار پایه مس که قیمت پایین تری داشتند، آغاز شد.
از صفحات حصیری تا لوله های مقوایی
مقاوم سازی با مواد در دسترس
شاید این سوال برایتان پیش آید که آیا سایر نقاط جهان نیز فقط از این فناوری هایی که ذکر کردیم استفاده می کنند
و خودشان هیچ نوآوری در مقاوم سازی انجام نمی دهند؟
باید بگوییم که در بعضی از کشورهای در حال توسعه نیز جهت مقاوم سازی بناهای خود از روش های خاص خودشان
بهره می برند. در پاکستان از صفحات حصیر پلاستیکی به همراه خمیر (گچ روکش) جهت ایمی ساختمان ها
استفاده می کنند.
در هندوستان، جهت قوای بیشتر بتن از ساقه های بامبو استفاده می شود. در پرو نیز برای مقاوم
سازی دیوارها از بامبو و اکالیپتوس و در مناطق فقیرنشین از صفحه های مشبک پلاستیکی برای جلوگیری از ریزش آوار
استفاده می کنند. در هاییتی از ورق های فلزی روی تیرهای چوبی جهت بالا بردن مقاومت سقف استفاده زیادی می شود.
در کشور اندونزی بعضی از خانه ها روی لاستیک هایی که از شن، ماسه و سنگ پر شده اند می سازند. و نکته جالب اینجاست
که مقوا نیز می تواند جهت مقاوم سازی استفاده شده و جزو مصالح با دوام ساختمانی محسوب می شود. طراح مشهور ژاپنی
به نام شیگرو بان (Shigeru Ban) از لوله های مقوا که از جنس پلی اورتان بوده، در طراحی کلیسایی در نیوزلند در سال 2013 جهت
مقاوم سازی استفاده نموده است. ساختار مقوا و چوب سبک و منعطف بوده و در صورت ریزش آوار؛ سنگینی روی افراد حس نمی شود و تلفاتی ندارد.
خانه های گنبدی
سبک و بی آوار
آوریل سال 2016 در اثر زلزله ی 7 ریشتری شهر کوماموتو در جزیره ی شیکوکو کشور ژاپن،49 نفر کشته و 300 نفر مجروح و
بیش 44000 نفر بی خانمان شدند. اما در روستای کیوشو در نزدیکی کوماموتو، 480 خانه گنبدی شکلی که ضدزلزله ساخته
شده بودند خراب نشد و به کسی آسیبی نرسید.
برای ساخت این خانه ها از استایروفوم که همان ماده سازنده ظرف های یکبار مصرف است استفاده شده
و ژاپنی ها معتقدند که استایروفوم یکی از مصالح ساختمانی در آینده است. این خانه های 80 کیلویی جهت
جایگزینی خانه های روستایی استفاده شده و گفته می شود بعلت سبک بودن و نوع ساخت گنبد این خانه ها؛
بر اثر زلزله های سنگین نیز اتفاقی نخواهد افتاد. نکته ای که باید به آن دقت شود این است که در ساخت این
خانه ها فقط از استایروفوم عادی استفاده نشده بلکه با فناوری خاصی مقاومت آن را بالا می برند.
مدت زمان ساخت این خانه هابا مساحت 36 متر مربع به تعداد 3 نفر و داشتن مصالح آماده ای که مانند پازل
در محل سرهم بندی می شوند حدود 1 هفته است و قیمتی حدود 68 تا 78 هزار دلار دارد که نسبت به ساختمان
های ضدزلزله کاملا ارزان است. همچنین این خانه نمونه ای از ساختمان های مقاوم برابر زلزله در جهان معرفی شده اند.
خانه های گنبدی روستای کیوشو
طبیعت پیرامون ما پر از رمز و رازهایی است که با تفکر و تعقل در آنها می توان
به جواب خیلی از رموز پی برد. به اعتقاد بسیاری از صاحب‌نظران؛ قرآن از مفاهیم ارزشمندی
برخوردار است که می تواند در نظریه‌پردازی جهت ایجاد روحیه‌ی مسئولیت‌پذیری و برقراری توازن بین رابطه‌ی انسان و محیط زیست
زیست نقش عمده‌ای ایفا نموده و به عنوان راهکاری علمی و عملی در مقابله با بحرانهای زیست
محیطی که ادامه‌ی حیات بشری را مورد تهدید جدی قرار داده است، مورد استفاده قرار گیرد.
وَ هُوَ الَّذِی جَعَلَکُمْ خَلاَئِفَ الأَرْضِ – بقره – 30
و اذ قالَ ربکَ للملائکه انی جاعل فی الارض خلیفه – انعام – 165
هو انشاکم من الارض و استعمرکم فیها فاستغفروه هود – 61
هُوَ الَّذِی خَلَقَ لَکُم مَّا فِی الأَرْضِ جَمِیعًا – بقره – 29
به تعبیر قرآن، انسان به عنوان خلیفه‌ی خدا با مأموریت عمران و آبادسازی به زمین فرستاده شده است و
پروردگار بزرگ، همه امکانات اولیه را جهت انجام این مأموریت در اختیار بشر قرار داده و هر آنچه در
آسمان ها و زمین است را مسخّر او گردانیده است.
آرماتوربندی
همانطور که قبلا توضیح داده شد آرماتور بندی یکی از حساس ترین قسمت های اجرایی یک ساختمان
محسوب می شود. چنانچه به قوانین اجرایی و اصولی آن رعایت نشود، ممکن است اسکلت تحمل بار
نیروهای کششی و فشاری ساختمان را نداشته و باعث فروپاشی سازه گردد و خسارات جبران ناپذیری
به همراه داشته باشد. برای شروع آرماتوربندی ابتدا مهندس نوع میلگردها و نحوه اجرای آن را مشخص کرده
و به صورت نقشه اجرایی در اختیار پیمانکار قرار می دهد. روی نقشه محل دقیق ستون ها، پی و آرماتور
مشخص شده است که یک آرماتوربند باید طبق آن عمل کند.
ممنون عالی بود
سلام
خوشحالیم که مقاله براتون مفید بود