چرا فونداسیون بعضی ساختمانها آهن بیشتری میخواهد؟
نقش حیاتی فونداسیون و علت تفاوت در مصرف آهن
فونداسیون بهعنوان مهمترین عضو سازهای هر ساختمان، نقش اصلی در انتقال بار به زمین را برعهده دارد. اما همیشه میزان مصرف میلگرد، آرماتور بندی فونداسیون و سایر محصولات فولادی در همه پروژهها یکسان نیست. این سؤال مطرح میشود که چرا فونداسیون بعضی ساختمانها آهن بیشتری میخواهد؟
پاسخ این پرسش به مجموعهای از عوامل فنی، محیطی و سازهای وابسته است که در ادامه بهصورت تحلیلی بررسی میکنیم.
نوع سازه و سیستم باربر اصلی؛ عامل کلیدی در افزایش مصرف آهن
اولین دلیل اینکه چرا فونداسیون بعضی ساختمانها آهن بیشتری میخواهد؟ نوع سازه و سیستم باربر آن است.
ساختمانهایی که با سیستم قاب خمشی فولادی یا اسکلت فلزی ساخته میشوند، به دلیل انتقال بارهای جانبی، معمولاً به آرماتورهای تقویتی بیشتر در فونداسیون نیاز دارند.
دلایل سازهای افزایش آهن مصرفی
بارهای بیشتری از ستونها به فونداسیون منتقل میشود.
نیاز به اجرای میلگردهای طولی و تقویتی در پی افزایش مییابد.
در فونداسیون فلزی یا مختلط، حجم بیشتری از تیرآهن، نبشی و پلیتها مورد استفاده قرار میگیرد.
این عوامل باعث میشوند که مصرف آهنآلات نسبت به سازههای سبکتر، بیشتر باشد.
نوع خاک و مقاومت زمین؛ از مهمترین دلایل افزایش مصرف میلگرد در فونداسیون
یکی از پاسخهای مهم به سؤال چرا فونداسیون بعضی ساختمانها آهن بیشتری میخواهد؟ شرایط زمین و نوع خاک محل پروژه است.
در مناطقی با خاکهای سست، ریزشی یا مرطوب، مهندس سازه ناچار است فونداسیونی سنگینتر و آرماتورگذاری متراکمتر طراحی کند.
خاکهای مشکلدار که آهن بیشتری میطلبند
خاک رس مرطوب با نشست زیاد
خاک دستی یا نامتراکم
خاکهای ماسهای شل
مناطق دارای سطح آب زیرزمینی بالا
در چنین شرایطی، استفاده از میلگردهای آجدار A3 یا A4 و آرماتورگذاری سنگین اجتنابناپذیر است.
از طرف دیگر، در خاکهای مقاوم مانند سنگ یا بسترهای متراکم، نیاز به آهن کمتری وجود دارد.
ارتفاع، تعداد طبقات و بارهای وارده؛ ساختمان بلند، فونداسیون سنگینتر
هرچه ساختمان بلندتر باشد، وزن بیشتری از طریق ستونها به زمین منتقل میشود.
در نتیجه، طبیعی است که برای چنین سازههایی فونداسیون باید:
بزرگتر،
تقویتشدهتر
و دارای میلگردهای بیشتر باشد.
بنابراین یکی از مهمترین دلایل اینکه چرا فونداسیون بعضی ساختمانها آهن بیشتری میخواهد؟، تعداد طبقات و بارهای عمودی و جانبی ساختمان است.
مصرف آهن در سازههای خاص
برجها و مجتمعهای چندطبقه
سازههای صنعتی و سولهها
ساختمانهای دارای تجهیزات سنگین (مراکز درمانی، آزمایشگاهها)
این نوع سازهها اغلب نیازمند قفسهبندی آرماتوری متراکم و استفاده از میلگردهای ضخیمتر هستند.
شرایط لرزهخیزی منطقه
در مناطق زلزلهخیز مانند برخی شهرهای ایران، مقررات ملی ساختمان بر استفاده از آرماتورهای تقویتی و خاموتهای بیشتر در فونداسیون تأکید دارد.
دلایل مصرف بالای آهن در مناطق لرزهای
نیاز به کنترل نیروهای برشی و پیچشی
الزام به اجرای آرماتورهای U شکل و تقویتی
افزایش مقاومت کششی فونداسیون
جلوگیری از گسیختگی فونداسیون در زمان زلزله
به همین دلیل، فونداسیون در مناطق زلزلهخیز یکی از پرمصرفترین بخشهای پروژه از نظر مصرف میلگرد و آهنآلات است.
نوع فونداسیون؛ هر پی چقدر آهن لازم دارد؟
محل کاربرد، بارگذاری و شرایط زمین تعیین میکند که مهندس سازه از چه نوع فونداسیونی استفاده کند.
هر نوع فونداسیون، آهن مورد نیاز متفاوتی دارد:
پی نواری
– مصرف متوسط آهن
– مناسب ساختمانهای کمطبقه
پی منفرد (چندگانه)
– مصرف کم تا متوسط
– برای سازههای سبک یا متوسط
پی گسترده (رادیه)
– مصرف بسیار زیاد میلگرد
– مناسب ساختمان بلند و خاک ضعیف
فونداسیون شمعی یا ترکیبی
– بیشترین میزان مصرف آهن
– مناسب برای پروژههای بزرگ، برجها و مناطق با خاک نامناسب
کیفیت و استاندارد میلگرد مصرفی؛ تأثیر مستقیم بر حجم استفاده
اگر مهندس سازه مجبور باشد از میلگرد با مقاومت پایینتر استفاده کند، معمولاً مقدار بیشتری از آن باید در فونداسیون بهکار رود.
در مقابل، استفاده از میلگرد استاندارد کارخانههای معتبر باعث کاهش مصرف بیرویه و افزایش ایمنی میشود.
فاکتورهای مؤثر بر مصرف میلگرد
گرید میلگرد (A2، A3، A4)
برند و کارخانه تولیدکننده
استانداردهای کیفی
در پروژههای مهم معمولاً از میلگرد A4 برای کاهش حجم مصرفی و افزایش مقاومت استفاده میشود.
طراحی سازهای و ضریب اطمینان؛ هرچه حساستر، آهن بیشتر
در برخی پروژهها به دلیل اهمیت سازه (مانند بیمارستانها، بانکها و ساختمانهای دولتی)، ضریب اطمینان بیشتری در طراحی لحاظ میشود.
به همین دلیل مقدار بیشتری تیرآهن، میلگرد، نبشی، ورق فولادی و صفحه ستون در فونداسیون استفاده میشود.
نقش بارهای جانبی باد و فشارهای محیطی در افزایش حجم آرماتور فونداسیون
یکی از عوامل کمتر دیدهشده اما بسیار تأثیرگذار در پروژههای بزرگ، بار باد است.
در ساختمانهای واقع در مناطق بادخیز، سازه باید توان مقاومت بیشتری در برابر فشار جانبی داشته باشد. هرچه طبقات بیشتر باشند یا ساختمان در محدودهی باز و بدون مانع قرار گیرد، نیروی باد شدیدتر به سازه وارد میشود.
در چنین شرایطی مهندس محاسب ناچار است فونداسیونی طراحی کند که بتواند:
فشار باد را به زمین منتقل کند
جلوی واژگونی سازه را بگیرد
از تمرکز تنش در پایههای سازه جلوگیری کند
همین نیاز باعث افزایش حجم میلگردهای تقویتی، خاموتها، ورقهای اتصال و صفحهستونها در فونداسیون میشود.
اهمیت مقاومت پیچشی و برشی فونداسیون در سازههای سنگین
در ساختمانهایی که بارهای پیچشی بالا دارند—بهویژه سازههای دارای پلان نامنظم، برجها یا ساختمانهایی که دارای برونزدگی (کنسول) هستند—فونداسیون باید به گونهای طراحی شود که توان تحمل گشتاور پیچشی را داشته باشد.
این افزایش مقاومت معمولاً با روشهای زیر انجام میشود:
استفاده از میلگردهای قطری در آرماتورگذاری
افزایش تعداد شبکههای میلگرد زیر و رو
استفاده از میلگردهای با قطر بالا
تقویت اتصالات فولادی
این افزایش حجم میلگرد، مستقیماً باعث میشود که برخی پروژهها به آهن بیشتری نیاز داشته باشند.
نوع کاربری ساختمان و تأثیر آن بر مصرف آهن فونداسیون
کاربری ساختمان یکی از مهمترین عوامل در تحلیل این موضوع است که چرا فونداسیون برخی ساختمانها آهن بیشتری میخواهد.
ساختمانهایی با مصرف آهن بیشتر در فونداسیون
بیمارستانها: وجود تجهیزات سنگین
کارخانهها و سولههای صنعتی: قرارگیری دستگاههای سنگین و ارتعاشزا
انبارها و مراکز لجستیکی: بار گسترده روی کفها
پارکینگ طبقاتی: تحمل بار متمرکز خودروها و ستونها
برجهای تجاری و هتلها: وزن زیاد و معماری پیچیده
در این ساختمانها حجم بارگذاری بسیار بالاست؛ بنابراین آرماتورگذاری فونداسیون و استفاده از تیرآهن و ورق تقویتی در آنها افزایش مییابد.
مشاهده قیمت تیرآهن برند ماهان در سایت آهن یک دو سه.
طراحی اقتصادی و مهندسی؛ گاهی کاهش مصرف آهن ممکن نیست
گاهی کارفرما تصور میکند که میتوان مصرف آهن را با تغییر در طراحی کاهش داد.
اما در بسیاری از پروژهها حتی اگر مهندس بخواهد، این کار ممکن نیست.
چرا که سقفهای سنگین، دهانههای بلند، معماری پیچیده و محدودیتهای اجرایی باعث میشوند طراحی تغییر نکند و مصرف آهن در فونداسیون بالاتر باقی بماند.
در حقیقت، یکی از پاسخهای فنی و مهم به این پرسش که
چرا فونداسیون بعضی ساختمانها آهن بیشتری میخواهد؟
این است که برخی سازهها ذاتاً نیازمند ضریب ایمنی بالاتر هستند و کاهش آهن در آنها به معنای کاهش امنیت است.
نقش صفحه ستون، بیسپلیت و ورقهای تقویتی
در سازههای اسکلت فلزی، اتصالات ستونها روی فونداسیون از طریق صفحهستون (Base Plate) انجام میشود.
هرچه بار ستون بیشتر باشد، مجبور به استفاده از:
ورقهای ضخیمتر
جوشهای سنگین
سختکنندههای فولادی
و تعداد بیشتری بولت
خواهیم بود.
این اجزا همگی از فولاد ساخته شدهاند و در مصرف آهن پروژه تأثیر مستقیم دارند.
برای مثال:
در یک ساختمان ۳ طبقه معمولی ممکن است صفحه ستون ۲۵×۲۵ با ضخامت ۱۵ میلیمتر کافی باشد.
اما در یک برج ۲۰ طبقه، از صفحه ستونهای ۴۰×۴۰ با ضخامت ۳۰ یا ۴۰ میلیمتر استفاده میشود.
مشاهده قیمت ورق 8 میل مبارکه در سایت آهن یک دو سه.
تأثیر شرایط آبوهوایی و خوردگی بر مصرف میلگرد در فونداسیون
در مناطق شرجی، ساحلی و مرطوب، فولاد به دلیل وجود رطوبت و کلریدها بسیار سریعتر دچار خوردگی میشود.
در چنین مناطقی مهندسان مجبورند از:
کاور بتنی بیشتر
میلگردهای با پوشش اپوکسی
آرماتورهای داربستی تقویتی
و گاهی حتی میلگرد ضدزنگ**
استفاده کنند.
این موارد نه تنها وزن آهن مصرفی را افزایش میدهند بلکه باعث گسترش شبکه آرماتورگذاری در پی میشوند.
افزایش تعداد ستونها و تأثیر آن بر حجم آرماتور فونداسیون
در ساختمانهایی که ستونها در فاصله نزدیکتری قرار میگیرند، فونداسیون دچار تمرکز بارهای متنوع میشود.
به همین دلیل باید از پیهای نواری عریضتر یا پیهای ترکیبی و گسترده استفاده شود.
هرچه تعداد ستون بیشتر و بارگذاری متنوعتر باشد:
شبکه میلگرد بالا میرود
مصرف تیرآهن و ورق صفحه ستون بیشتر میشود
فشار نقطهای به فونداسیون افزایش مییابد
و این یعنی افزایش طبیعی مصرف آهن.
مشاهده قیمت روز میلگرد در سایت آهن یک دو سه.
نقش کلافبندی و شناژ در افزایش مصرف آهن
در بسیاری از ساختمانها برای جلوگیری از نشست ناهمگون، از کلافهای بتنی (شناژ) استفاده میشود.
این شناژها بهعنوان مسیرهای انتقال بار عمل میکنند و در تمام محیط ساختمان اجرا میشوند.
این عملیات مستلزم مصرف قابل توجهی از:
میلگردهای طولی
خاموتهای متراکم
بتن و قالببندی
است.
بنابراین هرچه نیاز به کلافبندی بیشتر باشد، مصرف آهن فونداسیون نیز افزایش خواهد داشت.
چه چیزی میزان آهن مصرفی فونداسیون را تعیین میکند؟
اکنون با بررسی کامل عوامل سازهای، خاک، بارگذاری، ارتفاع، شرایط لرزهخیزی، نوع فونداسیون، کاربری ساختمان و جزئیات اجرایی، میتوان دقیقتر پاسخ داد که چرا فونداسیون بعضی ساختمانها آهن بیشتری میخواهد؟
زیرا:
ساختمانهای سنگین بار بیشتری منتقل میکنند
خاکهای ضعیف نیاز به تقویت دارند
سازههای بلند در برابر باد و زلزله باید مقاوم شوند
اتصالات فولادی و صفحهستونها وزن فولاد را بالا میبرند
استانداردهای ایمنی برخی پروژهها سختگیرانهتر است
و همه اینها باعث میشوند فونداسیون بهعنوان قلب سازه، در بسیاری از پروژهها مصرف آهن بالایی داشته باشد.
