فكّر في الافتراضات والأحمال التي يحتاج مهندسو الإنشاءات إلى أخذها في الاعتبار عند تصميم الهياكل الفولاذية. قد يكون هذا أول ما يحتاجون إلى مراعاته. بصفتنا مهندسين إنشائيين، علينا أن نكون حذرين للغاية بشأن كيفية تطبيق هذه الأحمال على المبنى الذي نخطط له. نحتاج إلى معرفة مدى ثقل هيكلنا. لأن هذه الأحمال الهيكلية ستحدد مقدار التعزيزات التي نحتاجها. بالإضافة إلى ذلك، سيتغير كل مكون هيكلي أيضًا وفقًا لتغيرات الأحمال.
كما نعلم جميعًا، يمكن للمبنى أن يتحمل وزنه. ولن ينحني أو ينكسر عند تعرضه لصدمات جانبية. في هذه المقالة، سنناقش الأحمال الإنشائية التي قد يتعرض لها مبنى الهيكل الفولاذي. يجب أن تفهم على الأقل أساسيات ماهية الأحمال الإنشائية وكيفية تحركها. بالإضافة إلى ذلك، سنناقش كيفية حساب الأحمال التصميمية للهيكل.
جدول المحتويات
ما هي أنواع الأحمال على مبنى الهيكل الفولاذي؟
الأحمال الإنشائية النموذجية هي القوى والأحمال المختلفة التي تؤثر على مبنى أو هيكل آخر. وتنقسم هذه الأحمال عادة إلى فئتين: الأحمال الميتة والأحمال الحية.
الأحمال الميتة
الأحمال الميتة هي وزن المبنى نفسه. ويشمل ذلك وزن الأساسات والجدران والسقف والأرضية والعوارض والأعمدة وأي أجزاء أو تجهيزات أخرى مثبتة في مكانها. في معظم الحالات، لا تتغير الأحمال الميتة بمرور الوقت ما لم تكن هناك تغييرات في هيكل المبنى أو أجزائه.
الأحمال الحية
الأحمال الحية هي وزن الأشخاص والبضائع المنقولة والأثاث والأشياء الأخرى في المبنى أو الهيكل. يمكن أن تتغير الأحمال الحية بمرور الوقت. لذلك، لا يمكنك معرفة مكان أو مدى ثقلها. الأشخاص في مباني الصالة الرياضية المعدنية، والمعدات المكتبية في مبنى المكاتب المعدنيةوالسيارات على الجسر كلها أمثلة على الأحمال الحية.
أنواع أخرى من الأحمال الهيكلية الفولاذية
بالإضافة إلى ذلك، فإن الأنواع الشائعة من الأحمال الهيكلية يجب مراعاتها عند تصميم وإنشاء هيكل المبنى:
- حمولة الرياح: حمولة الرياح هي القوة التي تؤثر على مبنى أو جسم بسبب الرياح. وتختلف أحمال الرياح باختلاف الموقع والتعرض وارتفاع المبنى.
- حمولة الثلج: يُطلق على وزن الثلج الذي يتراكم على الأسطح والجدران والأسطح المستوية الأخرى للمبنى اسم حمل الثلج. سيؤدي تساقط الثلوج وموقع المبنى إلى تغيير حمولة الثلوج في المباني الفولاذية.
- الأحمال الزلزالية: عندما يحدث زلزال، ينتج عنه قوى تتسبب في تمايل أو ميل أو حركة المبنى أو الهيكل. تسمى هذه القوى بالأحمال الزلزالية. تتأثر الأحمال الزلزالية التي يمكن أن يتحملها المبنى بموقعه وحجم القوى الزلزالية.
- الأحمال الحرارية: هي القوى التي تنتج عن التغيرات في درجات الحرارة. تتسبب هذه التغيرات في تمدد أو تقلص المبنى أو الهيكل. تختلف الأحمال الحرارية باختلاف موقع المبنى ومواد البناء.
- أحمال التربة: هي القوى التي تمارس على الأرض بفعل وزن المبنى أو الهيكل والأجسام الأخرى الموجودة بداخله. ويختلف نوع التربة والوزن الذي يمكن أن تتحمله باختلاف الأحمال التي يمكن أن تتحملها.
يحتاج المهندسون إلى أخذ جميع هذه الأحمال الإنشائية الشائعة في الاعتبار عند تخطيط المباني وتشييدها. وهذا يضمن سلامة المبنى وثباته وقدرته على تحمل الأحمال والضغوط المختلفة على المدى الطويل.
ابدأ مشروعك اليوم مع تقدير سعر مخصص للمبنى الفولاذي الخاص بك.
ما هو دور الأحمال الهيكلية؟
توضح لنا الأحمال الإنشائية نوع وحجم القوى المؤثرة على المكونات الإنشائية للمبنى. يساعد ذلك على ضمان سلامة المبنى وقدرته على تحمل الضغوط والأحمال المختلفة. تُعد الأحمال الإنشائية عاملاً مهماً يجب مراعاته عند تصميم وتشييد المبنى. وذلك لأنها تؤثر على حجم وقوة المكونات الهيكلية للمبنى، مثل العوارض والأعمدة والوصلات.
يعد تحديد الأحمال الإنشائية أمرًا مهمًا لنجاح تصميم أساسات المبنى. وذلك لأنه يجب نقل وزن المبنى والأحمال التي يحملها بأمان إلى الأرض. ويجب ألا تتسبب في أي تسوية أو عدم استقرار.
الغرض من الأحمال الفولاذية الهيكلية هو ضمان قدرة المبنى على تحمل الأحمال والقوى المختلفة. وهذا يوفر هيكلًا آمنًا وطويل الأمد للاستخدام المقصود. ولذلك، فإن فهم الأحمال المؤثرة على الهيكل الفولاذي يساعد المهندسين على تحديد الحجم الصحيح للمكونات الإنشائية وتباعدها. بالإضافة إلى ذلك، يمكنهم تحديد المواد وطرق البناء التي تجعل المبنى آمنًا ومستقرًا.
كيف تحسب الأحمال على الهيكل الفولاذي؟
يمكن للمهندسين تحديد الوزن الذي سيتحمله الهيكل الفولاذي من خلال حساب كل هذه الأحمال. ويمكنهم بعد ذلك التأكد من تصميم المبنى وبنائه لدعم هذه الأحمال. فيما يلي الخطوات العامة لحساب الأحمال على الهيكل الفولاذي:
- حساب الحمولة الميتة. أولاً، احسب وزن المكونات الإنشائية مثل الأعمدة والعوارض والجدران. يمكنك القيام بذلك عن طريق حساب الوزن لكل وحدة مساحة لكل مكون.
- حساب الحمل الحي. هذا هو وزن جميع الأشخاص والأثاث والأدوات التي ستكون في المبنى. يمكن تقدير الحمل الحي من خلال النظر في كيفية استخدام المبنى ولوائح البناء الخاصة بالمنطقة.
- حساب حمل الرياح. يتأثر حمل الرياح بموقع المبنى وسرعة الرياح وشكل المبنى. يمكنك استخدام البيانات الهندسية القياسية أو قوانين البناء المحلية عند حساب حمل الرياح.
- حساب حمولة الثلج. لحساب أحمال الثلوج، تحتاج إلى النظر في كمية الثلوج التي قد تتراكم في موقع المبنى. يمكنك استخدام المعايير الهندسية أو قوانين البناء المحلية لحساب أحمال الثلوج.
- حساب الأحمال الزلزالية. تتأثر الأحمال الزلزالية بتصميم المبنى والنشاط الزلزالي في المنطقة. يمكن حساب الأحمال الزلزالية باستخدام قوانين البناء الإقليمية أو إرشادات التصميم الزلزالي.
- حساب الأحمال الحرارية. يتضمن ذلك النظر في مدى تمدد المبنى وتقلصه مع تغير درجة الحرارة. يمكن حساب الأحمال الحرارية بالنظر إلى مواد البناء والتنبؤ بنطاق درجة الحرارة في المنطقة.
- حساب أحمال التربة. أحمال التربة هي الوزن الذي ينقله المنزل ومحتوياته إلى الأرض. من خلال معرفة نوع التربة وقدرتها على تحمل الأحمال، يمكنك تقدير حمولة التربة بشكل تقريبي.
كيف يمكن توزيع الحمل من أعمدة المبنى بشكل أكثر فعالية؟
إذا تم تصميم هيكل المبنى بشكل معقول، فيمكنه نقل وزن السقف والأرضية إلى الأساس دون الإفراط في ثني الأعمدة. ومن ثم يمكن توزيع وزن أعمدة المبنى بشكل جيد. فيما يلي بعض الطرق الشائعة:
- تخطيط الشبكة. من خلال الحفاظ على تباعد الأعمدة بنفس المسافات بين الأعمدة في جميع أنحاء المبنى، يساعد التصميم الشبكي على توزيع الحمل بشكل متساوٍ.
- النظام الهيكلي. عند اختيار نظام هيكلي، من المهم مراعاة ما يلي الارتفاع وحجم المبنى. ومن المهم أيضاً مراعاة خصائص العمل والمواد وقدرة التحميل عند اختيار النظام الإنشائي.
- عوارض متقاطعة. يمكن استخدام العوارض المتقاطعة لتوزيع الوزن وتوسيع المسافة بين الأعمدة. ولضمان التوزيع المتساوي للحمل، من المهم اختيار الحجم المناسب للعارضة المتقاطعة والمواد المناسبة.
- يدعم. يمكننا دمج عناصر الدعم مثل الدعامات القطرية أو الدعامات المتقاطعة. يساعد ذلك على زيادة الصلابة الهيكلية الكلية وتقليل احتمالية الانحناء إلى جانب واحد. وهذا يساعد على توزيع الحمل بشكل أكثر توازناً.
- المؤسسة. يجب أن يتم تصميم الأساس بحيث يتم توزيع الوزن بالتساوي على التربة أو الصخور بالأسفل. إذا تم تخطيط الأساس وبناؤه بشكل صحيح. سيساعد ذلك على تقليل التسوية غير المتساوية وتقليل الحمل على الأعمدة.
يرجى الأخذ في الاعتبار أن توزيع وزن المبنى عملية معقدة. فهي تتطلب مهارات ومعرفة محددة. لضمان توزيع الحمل على الأعمدة بشكل آمن وفعال، يجب استشارة مهندس إنشائي محترف.
كيف يمكنني اختيار مجموعات الأحمال المستخدمة في تصميم الهياكل الفولاذية؟
عند تصميم الهياكل الفولاذية، يجب أن تأخذ تركيبات الأحمال التي سيتم استخدامها في الاعتبار الأنواع المختلفة من الأحمال التي قد يتعين على المبنى تحملها. بالإضافة إلى ذلك، تحتاج أيضًا إلى مراعاة احتمال حدوث هذه الأحمال الإنشائية في نفس الوقت. عند تصميم الهياكل الفولاذية، عادةً ما يكون هناك خمسة أنواع من الأحمال التي يجب مراعاتها. وهي تشمل الحمل الميت، والحمل الحي، وحمل الرياح، وحمل الثلج، والحمل الزلزالي.
للتأكد من أن الهيكل الفولاذي قوي بما يكفي لتحمل هذه الأحمال. ثم تحتاج إلى استخدام عامل الحمل المحدد أو عامل تركيبة الحمل للجمع بين أنواع مختلفة من الأحمال. تعتمد عوامل الحمل وعوامل الدمج على احتمالية حدوث كل حمل في نفس الوقت.
يجب أن تتوافق تركيبات الأحمال المستخدمة في تشييد المباني الفولاذية مع قواعد السلامة ولوائح البناء. على سبيل المثال، تقدم الجمعية الأمريكية للمهندسين المدنيين (ASCE) توصيات حول كيفية اختيار مجموعات الأحمال بناءً على مستوى الأداء المتوقع للهيكل. في النهاية، تعتمد مجموعات الأحمال المستخدمة في تشييد المباني الفولاذية على تصميم المبنى, قوانين البناء المحلية والقوانين، وآراء خبراء المشروع أو المصممين.
