روش گام به گام تحلیل و طراحی فونداسیون
گام نخست: اعمال بارهای وارده به فونداسیون.
انتقال محل استقرار و واکنش های تکیه گاهی روسازه در حالات مختلف بارگذاری )ثقلی و جانبی( به نرم افزار طراحی پی.
گام دوم:تعیین اولیه هندسه کلی فونداسیون در پلان.
با توجه به تجربیات موجود در خصوص پی ساختمان های متعارف، هندسه نهایی پی این ساختمان ها معمولاٌ بصورت شبکه ای یا گسترده خواهد بود. به منظور عملکرد مناسب این گونه پی ها عرض نوارهای پی شبکه ای نباید از 120
سانتیمتر کمتر در نظر گرفته شود، تا نسبت به عملکرد شبکه ای پی اطمینان بیشتری حاصل گردد. بدیهی است در موارد خاص جهت پی های تکی، نواری و یا مرکب، هندسه پی بعنوان حدس اولیه می باید با توجه به نیروهای وارده و با فرض تنش یکنواخت زیر پی تعیین گردد.
گام سوم: برآورد اولیه ضخامت پی.
برش یکطرفه و دوطرفه )منگنه ای( در پی ها، با محاسبات دستی و یا با کمک نرم افزار کنترل میشود و در حدس اولیه ضخامت پی طوری اتخاذ میگردد که کل نیروی برشی توسط بتن تحمل شده و نیازی به تعبیه آرماتورهای برشی نباشد. بدیهی است در مراحل بعدی طراحی پی علاوه بر وضعیت تنش خاک، نشست و چرخش، میزان تراکم میلگردهای اصلی و تقویتی و همچنین مسایل اقتصادی طرح نیز در تعیین ضخامت نهایی پی موثر می باشند.
گام چهارم: تعیین ضریب ارتجاعی بستر Ks
ضریب ارتجاعی بستر می باید براساس نتایج مطالعات ژئوتکنیک معتبر در نظر گرفته شود. درخصوص ساختمان هایی که مطابق ضوابط مقررات ملی ساختمان ایران انجام مطالعات ژئوتکنیک برای آنها الزامی نباشد، طراح سازه باید پس از
بازدید از محل ساختگاه و با استفاده از تجربیات موجود، نسبت به تعیین مقدار مناسب برای این پارامتر اقدام نماید.
گام پنجم: کنترل صلبیت یا انعطاف پذیری پی
درصورتیکه شرایط پی صلب تامین گردد می باید ضریب ارتجاعی متوسط بدست آمده از گام قبل بصورت یکنواخت در کل سطح پی لحاظ گردد. در پی های انعطاف پذیر بر خلاف پی های صلب، ضریب ارتجاعی بستر در نواحی پیرامونی معمولاً تا دو برابر بخش میانی پی می باشد. لذا در خصوص پی های گسترده انعطاف پذیر، لازم است ضریب ارتجاعی بستر متفاوتی را در کناره ها و میانه پی اعمال نمود.
همچنین در طراحی پی های شبکه ای می توان تمامی نوارهای پیرامونی (دور تا دور فونداسیون) را با ضریب ارتجاعی دوبرابر مقدار متوسط حاصل از گام چهارم در نظر گرفت.
گام ششم: کنترل تنش در زیر پی های نواری و تکی
نظر به اینکه در این گونه پی ها عموماً ظرفیت باربری برشی خاک حاکم بر طرح است، کنترل تنش خاک زیر پی ضروری می باشد. در صورتیکه پی صلب بر روی خاک صرفاً چسبنده باشد، مطابق جدول 2ظرفیت باربری مجاز خاک باید از تنش حداکثر زیر پی بیشتر باشد. در سایر حالات، پی صلب بر روی خاک دانه ای یا هرگونه پی انعطاف پذیر نیاز به کنترل تنش نقطه به نقطه نیست و طراحی را می توان بر اساس تنش موثر متوسط کمتر از ظرفیت باربری مجاز انجامداد. بدیهی است تنش در هیچ نقطه ای از زیر پی نباید منفی)کششی( باشد. این کار با حذف مرحله ای کشش در زیر پی و انتقال تنش به بخش های مجاور انجام می گردد. بطور مثال در نرم افزار Safeبا فعال سازی گزینه غیرخطی Upliftو اصلاح هندسه پی می توان نسبت به حذف تنش های کششی و باز توزیع تنش اقدام نمود. در صورت عدم امکان حذف کشش استفاده از شمع، ریز شمع یا مهار توصیه می گردد.
در روش حالت های حدی، ضمن بکار گیری ترکیبات بار مربوطه، می باید از ظرفیت باربری کاهش یافته )ظرفیت باربری نهایی با اعمال ضریب کاهش مقاومت 0/45مطابق جدول (3استفاده گردد
بعنوان مثال برای بستری که دارای مقاومت نهایی 4/5کیلوگرم بر سانتیمتر مربع می باشد، هنگام استفاده از روش تنش مجاز، مطابق جدول شماره 1پس از اعمال ضریب اطمینان برابر 3به مقاومت نهایی ) ،( 4/5 ÷ 3 = 1/5مقاومت
مجاز 1/5کیلوگرم بر سانتیمتر مربع مبنای طراحی قرار می گیرد. این در حالیست که در روش حالات حدی، مطابق جدول شماره 3پس از اعمال ضریب کاهش مقاومت برابر 0/45به مقاومت نهایی ) ،( 4/5 × 0/45 = 2/025از ظرفیت
باربری کاهش یافته معادل 2/025کیلوگرم بر سانتیمتر مربع استفاده می شود.
ظرفیت باربری نهایی بستر می باید براساس نتایج مطالعات ژئوتکنیک معتبر در نظر گرفته شود. درخصوص ساختمان هایی که ضوابط مطابق مقررات ملی ساختمان ایران انجام مطالعات ژئوتکنیک برای آنها الزامی نباشد، طراح سازه باید پس
از بازدید از محل ساختگاه و با استفاده از تجربیات موجود، نسبت به تعیین مقدار مناسب برای این پارامتر اقدام نماید، لیکن در هر حال مقادیر اتخاذ شده نباید از پارامترهای مندرج در پیوست 8این دستورالعمل بیشتر در نظر گرفته شوند.
تذکر مهم: با بکارگیری ترکیبات بار منطبق بر دستورالعمل شماره ، 93-102-2افزایش مقاومت خاک در شرایط لرزه ای مجاز نمی باشد. به عبارت دیگر در هنگام طراحی نیازی به استفاده از سایر جداولی که ضریب اطمینان و یا ضرایب
کاهش مقاومت را بطور جداگانه در شرایط لرزه ای ارائه می نمایند، نیست
گام هفتم:
کنترل نشست و چرخش جهت پی های شبکه ای و گسترده در فونداسیون های شبکه ای با عرض نوارهای بیش از 1/2متر و ضخامت بیش از 50سانتیمتر و همچنین پی های گستردهمعمولاًکنترل نشست بر طرح حاکم بوده و کنترل ظرفیت باربری کم اهمیت می باشد. در این موارد کنترل نشست کلی، نشست تفاضلی و چرخش نسبی پی ضروری است.
کنترل نشست می باید با ترکیب بارهای حالت حدی بهره برداری انجام گردد. بطوریکه مقادیر نشست حاصله از تحلیل پی، فراتر از مقادیر حداکثری مجاز )مندرج در جدول شماره (4نباشند.
بدیهی است در گزارش مطالعات ژئوتکنیک باید ظرفیت باربری نهایی خاک در دو حالت کنترل ظرفیت باربری و کنترل نشست ارائه شود، تا امکان بررسی هر دو حالت برای طراح سازه میسر گردد.
در پی های گسترده یا شبکه ای که انعطاف پذیر هستند، بررسی تنش زیر پی معیار مناسبی برای طراحی پی نخواهد بود. افزایش تنش موضعی در گوشه ها و کناره های پی تا وقتی که اولاً نشست غیر یکنواخت از مقادیر جدول 4تجاوز
نکند، و ثانیاً چرخش نسبی نقاط مختلف پی ) (Angular Distortionدر زیر ستون های مجاور از مقادیر جدول 5بیشتر نباشد، قابل صرفنظر خواهد بود. این مقادیرحدود اولیه آستانه ترک خوردگی در سازه و ایجاد خرابی در آن می باشند.
همچنین در شرایط خاصی که برای پی شبکه ای یا گسترده شرایط پی صلب تامین گردد، به جای چرخش زاویه ای، باید چرخش کلی پی ) (Tiltingبرآورد شده و با حداکثر مقدار مجاز ) 0/004رادیان ( کنترل گردد
آستانه ترک خوردگی با اعمال ترکیبات بار در سطح بهره برداری )بدون اعمال اثر زلزله(، و آستانه خرابی با اعمال ترکیبات بار در سطح نهایی )با اعمال اثر زلزله( مورد ارزیابی قرار می گیرد.
توصیه :1در مورد افزایش تنش موضعی در گوشه های پی، میتوان به روش مناسبی تمرکز تنش اضافی ناشی از خطای روش های المان محدود در نرم افزار را تشخیص داده و آن را از حوزه قضاوت در خصوص کفایت ابعاد پی حذف نمود.
توصیه :2در پی های شبکه ای عرض نوارها باید طوری انتخاب شوند که آرماتوربندی و بتن ریزی در محل های پر تراکم میلگردها باعث بروز مشکلات اجرایی نگردد.
گام هشتم: طراحی سازه ای پی
در این مرحله پس از تعیین هندسه مناسب و ضخامت قابل قبول برای پی، با اعمال ترکیب بارهای مناسب )مطابق دستورالعمل (93-102-1و تنظیم آیین نامه طراحی مربوطه، میزان میلگرد خمشی مورد نیاز در بخش های مختلف پی
توسط نرم افزار محاسبه و ارائه می گردد. لازم به ذکر است در تحلیل و طراحی پی توسط نرم افزار، با توجه به ضابطه ضخامت به دهانه %15و به تناسب در صورت نیاز گزینه Thick Plateفعال می گردد.
همچنین در صورت نیاز به استفاده از شمع موارد ذیل توصیه میگردد:
الف: از آرایش یکنواخت شمع در زیر پی به جای بکارگیری موضعی آن استفاده گردد.
ب: عمق شمع به گونه ای تعیین گردد که سختی واقعی متناسب با مشخصات بکارگرفته شده در مدل نرم افزاری را تامین نماید. برای این منظور مشاور ژئوتکنیک باید جدول سختی فنر معادل متناظر با ظرفیت باربری نهایی شمع های با
قطر و عمق های متفاوت را تهیه و در اختیار طراح سازه قرار دهد
