أنواع الأحمال الإنشائية على المباني المعدنية

يتميز المبنى الفولاذي بالقوة والمتانة والمرونة. وهذا هو السبب في أنها أصبحت تحظى بشعبية متزايدة في البناء الحديث. أحد الأسباب الرئيسية وراء قوة المباني الفولاذية هو قدرتها على تحمل أنواع مختلفة من الأحمال الهيكلية. من المهم للمهندسين والمهندسين المعماريين وعمال البناء الذين يخططون ويشيدون المباني الفولاذية أن يفهموا أحمال الهياكل الفولاذية.

سنقوم في هذه الورقة بوصف الأنواع المختلفة من الأحمال التي قد تتعرض لها المباني الفولاذية. بالإضافة إلى ذلك، سنصف كيف يمكن مراعاة هذه الأحمال الإنشائية أثناء عملية التصميم.

ما هي الأحمال الهيكلية؟

تشمل الأحمال الهيكلية التشوه والتسارع والقوى الخارجية. تشير هذه المصطلحات المتخصصة إلى العوامل التي قد تجعل المبنى أقل استقراراً. يجب أخذ هذه الأحمال الهيكلية في الاعتبار عند إنشاء مبنى فولاذي.

الأحمال الهيكلية مثل التشوه والقوى الخارجية هي مفتاح استقرار المبنى. تحتاج هذه القوى إلى تحليل دقيق في تصميم المباني الفولاذية. وهذا يختلف عن الهياكل الخرسانية أو الخشبية.

المباني الفولاذية أخف وزناً وأكثر مرونة. وهذا يجعل تحليل الحمل الدقيق أمراً بالغ الأهمية. فهو يمنع الأعطال ويضمن السلامة ويطيل عمر المبنى. تتطلب خصائص الفولاذ الفريدة من نوعها عتبات حمولة محددة وقواعد محلية لتحقيق الاستقرار.

تشمل الاعتبارات الرئيسية لتصميم المباني الفولاذية ما يلي:

• منع الأعطال وضمان السلامة: يقلل تحليل الحمل السليم من مخاطر الانهيار أو التلف، مع إعطاء الأولوية لسلامة الركاب.
• تعزيز الكفاءة التشغيلية والقدرة على التكيف: من خلال مراعاة متطلبات الأحمال الحالية والمستقبلية، يمكن للمباني الفولاذية أن تظل وظيفية وقابلة للتكيف مع الاحتياجات المتغيرة.
• الهندسة المثلى لمتطلبات الأحمال: تسمح مرونة الفولاذ للمهندسين بتصميم هياكل تتعامل بكفاءة مع أحمال محددة، وتوازن بين القوة والفعالية من حيث التكلفة.

يمكن للمهندسين جعل المباني الفولاذية آمنة ومتينة ومتعددة الاستخدامات. وهذا يضمن أداءً طويل الأجل ويفي بمعايير السلامة.

الأحمال الثابتة مقابل الأحمال الديناميكية

الأحمال الثابتة والديناميكية نوعان رئيسيان من القوى على المباني المعدنية. معرفة الفرق بينهما هو مفتاح تصميم الهياكل التي يمكنها التعامل مع مختلف الظروف الجوية.

خصائص الحمل الساكن

الأحمال الساكنة هي قوى تطبق ببطء وتبقى كما هي مع مرور الوقت. لا تسبب قوى قصور ذاتي كبيرة في الهيكل. ومن أمثلتها وزن المبنى وأي تركيبات دائمة.

• الأحمال الساكنة ثابتة وغير متغيرة.

• فهي لا تسبب قوى القصور الذاتي الكبيرة.

• ومن الأمثلة على ذلك وزن المبنى والتجهيزات الدائمة.

خصائص الحمل الديناميكي

ومع ذلك، يتم تطبيق الأحمال الديناميكية فجأة ويمكن أن تتغير بسرعة. في شركة Xinguangzheng، يركز فريقنا على الأحمال الديناميكية للمباني في المناطق التي تشهد رياحاً شديدة أو زلازل.

• تتغير الأحمال الديناميكية بسرعة في الحجم أو الاتجاه أو نقطة التطبيق.

• فهي تتسبب في تطوير الهياكل لقوى القصور الذاتي المرتبطة بكتلتها.

• تعتبر هبوب الرياح والنشاط الزلزالي من المصادر الشائعة للأحمال الديناميكية.

نستخدم النمذجة المتقدمة للتنبؤ بكيفية تفاعل المبنى المعدني مع هذه القوى المتغيرة. وهذا يضمن بقاءه قوياً وآمناً.

الحمولة الميتة

الأحمال الميتة هي الوزن الدائم للمبنى، بما في ذلك أجزائه ومكوناته الثابتة. إن فهم الأحمال الميتة أمر حيوي لاستقرار المبنى وعمره الطويل.

تشمل الأحمال الميتة في المباني المعدنية وزن العوارض والأعمدة والأسقف وألواح الجدران. يضيف كل جزء إلى إجمالي الحمولة الميتة. تؤثر الكثافة المادية لإطار المبنى والكسوة أيضاً على الحمولة الميتة.

يستخدم الفريق الهندسي Xinguangzheng طرقاً دقيقة لحساب الأحمال الميتة للمباني المعدنية. المعادلة هي: الحمولة الميتة (رطل) = الكثافة (pcf) × الحجم (cf). تُقاس الأحمال الميتة بالأرطال لكل قدم طولي للعوارض والأعمدة، وبالأرطال لكل قدم مربع للبلاطات.

لإيجاد الحمولة الميتة للعارضة الفولاذية، نقوم بحساب كثافتها وحجمها ثم نضربهما. تساعدنا البرامج المتقدمة في تصميم الهياكل التي توزع الأحمال الميتة بالتساوي.

حمولة حية

الأحمال الحية هي أوزان مؤقتة أو متحركة يجب أن يتحملها المبنى خلال حياته.

الأحمال الحية الأرضية: تشمل الأحمال الحية الأرضية وزن الأشخاص والأثاث والمعدات داخل المبنى. تتغير هذه الأوزان بناءً على استخدام المبنى، مثل المباني السكنية أو التجارية أو الصناعية. على سبيل المثال، غالباً ما يكون للمباني التجارية أحمال حية أعلى للأرضية بسبب زيادة عدد الأشخاص والمعدات الثقيلة، وتحدد قوانين البناء الحد الأدنى للأحمال الحية للأرضية بناءً على الإشغال والاستخدام، ويتأكد فريق التصميم لدينا من أن المباني المعدنية يمكنها التعامل بأمان مع هذه الأحمال الأرضية المتغيرة.

الأحمال الحية للسقف: الأحمال الحية للأسطح هي الأوزان المؤقتة على السطح، مثل عمال الصيانة والمعدات، وأحياناً الحدائق أو المناطق الترفيهية على السطح. يراعي فريق التصميم Xinguangzheng لدينا بعناية الأحمال الحية للأسطح لمختلف المناطق والاستخدامات. وتحدد قوانين البناء الحد الأدنى للأحمال الحية للسقف بناءً على إمكانية الوصول إلى السقف والاستخدام المقصود.بالنسبة للمباني المعدنية المزودة بمعدات مثبتة على السقف، نصمم مسارات وصول مناسبة مع قدرة تحميل معززة.

حمولة الثلج

حمولة الثلج عامل مهم يجب مراعاته في الأماكن التي يتساقط فيها الثلج بشكل متكرر. يمكن للثلوج المتراكمة على السطح والمناطق المسطحة الأخرى أن تضع الكثير من الضغط على الهيكل بأكمله. يجب على المهندسين مراعاة حمل الثلوج على المباني الفولاذية عند تصميم المبنى. على سبيل المثال، مثل موقع المبنى، ومتوسط تساقط الثلوج في المنطقة، وشكل السقف وانحداره.

يتضمن حساب أحمال الثلج عدة أمور. وتشمل هذه الأمور وزن الثلج، ومدة بقائه، وانحدار السقف، والتعرض للرياح. تستخدم القوانين المحلية البيانات التاريخية لتحديد الحد الأدنى لأحمال الثلوج لكل منطقة.

في الأماكن التي تكثر فيها الثلوج، قد تكون المباني ذات هياكل أقوى وأسقف أكثر انحداراً.

تساعد معرفة هذه العوامل على حساب حمل الثلج بشكل صحيح.

حمولة الرياح

يعتبر حمل الرياح أحد أهم الاعتبارات عند تصميم مبنى فولاذي. يعتمد تأثير الرياح على المبنى على شكل المبنى وارتفاعه ومدى تعرضه للرياح. بالإضافة إلى ذلك، يجب مراعاة سرعة الرياح واتجاهها ومدتها.

سيقوم المهندسون باختبار المبنى في نفق الرياح وإجراء عمليات محاكاة بالكمبيوتر. ثم يستخدم المهندسون نماذج رياضية لحساب مقدار الرياح التي يمكن أن يتحملها كل جزء من أجزاء المبنى. التدعيم وإضافة جدران القص هما طريقتان لزيادة مقاومة المبنى للرياح.

الحمل الزلزالي

في الأماكن التي تنتشر فيها الزلازل، يجب أن تكون المباني الفولاذية قادرة على تحمل الحمل الزلزالي. تتسبب الزلازل في تحرك الأرض بسرعة، مما يخلق قوى هائلة على المبنى من الجانب. للتخفيف من آثار القوى الزلزالية، يستخدم المهندسون طرق تصميم خاصة مثل عزل الأساسات والتخميد الهيكلي. تساعد هذه الأساليب على تبديد الطاقة المتولدة أثناء الزلزال، وبالتالي تقلل من احتمالية حدوث ضرر للمبنى.

الحِمل الحراري

الأحمال الحرارية مهمة جداً للهياكل المعدنية. فالتغيرات في درجات الحرارة تجعل المعدن يتمدد وينكمش. وهذا يؤثر على قوة المبنى وعمره الافتراضي.

تتسبب التغيرات في درجات الحرارة في تحرك الأجزاء المعدنية. وهذا يمكن أن يؤدي إلى الإجهاد والتلف. تتضمن تصميماتنا ميزات خاصة للتعامل مع هذه الحركة، مما يحافظ على قوة المبنى وعمله بشكل جيد.

نستخدم عدة طرق للتعامل مع الأحمال الحرارية. نضيف وصلات التمدد والوصلات المشقوقة والأجزاء المرنة. بالنسبة للمباني الكبيرة، نقوم بتقسيمها إلى مناطق لإدارة الحركة بشكل أفضل. يساعد العزل الجيد أيضاً من خلال الحفاظ على ثبات درجات الحرارة داخل المبنى.

أحمال التربة والضغط الهيدروستاتيكي

إن فهم أحمال التربة والضغط الهيدروستاتيكي هو مفتاح استقرار المبنى المعدني. يمكن أن تؤثر هذه القوى بشكل كبير على الأساس واستقرار المبنى بشكل عام.

إن أساس مبنى معدني يجب توزيع الوزن بالتساوي على التربة أو الصخور بالأسفل. يبتكر فريقنا الهندسي Xinguangzheng حلولاً لظروف التربة الصعبة. وهذا يضمن أساسات ثابتة للمباني المعدنية.

يساعد التخطيط والبناء السليم للأساس على منع التسوية غير المتساوية. كما أنه يقلل من الحمل على الأعمدة.

تحتاج ظروف التربة المختلفة إلى تصميمات أساسات خاصة. على سبيل المثال، تتضخم التربة المتوسعة عندما تكون رطبة وتتقلص عندما تجف. وهذا يتطلب تصاميم فريدة من نوعها لمنع الضرر.

تحتاج المناطق ذات منسوب المياه المرتفع إلى أساسات تقاوم الضغط الهيدروستاتيكي. تهدف تصميماتنا إلى توزيع الأحمال بالتساوي على التربة. وهذا يقلل من مخاطر التسوية التفاضلية.

• تتطلب التربة المتوسعة تصميمات متخصصة لاستيعاب خصائص التورم والانكماش.
• في المناطق ذات المياه الجوفية العالية، يجب تصميم الأساسات لمقاومة الضغط الهيدروستاتيكي.
• يستلزم ارتفاع الصقيع في المناخات الباردة وجود أساسات أعمق تحت خط الصقيع.
• بالنسبة للمباني في المواقع المنحدرة، يتم دمج الهياكل الاستنادية وأنظمة الصرف لإدارة ضغط التربة.
• تضمن تصميماتنا توزيع أحمال البناء بالتساوي على التربة الداعمة.

تحميل الانفجار

بالنسبة للمباني الحساسة أو ذات الحراسة المشددة، تعتبر الأحمال الانفجارية من الاعتبارات المهمة للغاية. عندما تنفجر المتفجرات، فإنها تطلق أحمالاً انفجارية يمكن أن تسبب أضراراً كبيرة للمبنى. يمكن للمباني الفولاذية أن تتعامل مع أحمال الانفجارات باستخدام مواد مقاومة للانفجارات وتقوية الوصلات واستخدام مبادئ تصميم خاصة لتفريق ونقل الطاقة الناتجة عن الانفجار.

مجموعات الأحمال

عند تصميم المباني المعدنية، من الضروري مراعاة سيناريوهات الأحمال المدمجة المختلفة. يمكن أن تؤثر هذه السيناريوهات على سلامة الهيكل.

تركيبات الأحمال ASCE7: يوجه معيار ASCE7 مجموعات الأحمال في التصميم الإنشائي. على سبيل المثال، تتم دراسة تركيبات الأحمال مثل D + F، و D + H + F + L + T، و D + H + F + (Lr أو S أو R). فهي تساعد في تحديد التأثير الأكثر سوءًا على الهيكل.

تركيبات الأحمال الحرجة للمباني المعدنية: تتميز المباني المعدنية بخصائص فريدة من نوعها. بعض تركيبات الأحمال حرجة بشكل خاص. على سبيل المثال، غالبًا ما يتحكم رفع الرياح مع الحمل الميت في تصميم أنظمة الأسقف المعدنية ووصلاتها.

يلخص الجدول أدناه بعض تركيبات الأحمال الحرجة:

أنظمة توزيع الأحمال في المباني المعدنية

تعتمد السلامة الهيكلية للمباني المعدنية على آليات توزيع الأحمال بكفاءة. تنقل هذه الأنظمة الأحمال إلى الأساس، مما يضمن الاستقرار والمتانة. وهي تتكون من أعضاء هيكلية أساسية وثانوية تعمل معاً لتحقيق الأداء الأمثل.

الأعضاء الهيكلية الأساسية: الأعضاء الإنشائية الأساسية، مثل العوارض والأعمدة، هي جوهر هيكل المبنى المعدني. فهي تحمل معظم الحمل وتنقله إلى الأساس. إن تصميم واختيار هذه الأعضاء أمر بالغ الأهمية لاستقرار المبنى.

الأعضاء الهيكلية الثانوية: تعتبر الأعضاء الإنشائية الثانوية مثل المدادات والدعامات والدعامات أساسية. فهي تساعد في نقل الأحمال من خارج المبنى إلى هيكله الرئيسي. هذه الأجزاء مصنوعة لأحمال وامتدادات محددة. تساعد المسافات والوصلات المناسبة على توزيع الأحمال بشكل جيد وتجنب الأعطال.

العوامل المؤثرة على استجابة الأحمال للهياكل الفولاذية

هناك العديد من العوامل التي يجب أخذها في الاعتبار عند حساب الأحمال واستجابة الحمل المناسبة. تساعد هذه العوامل على معرفة أفضل طريقة لحماية المنزل من الأحمال.

كما قلنا من قبل، أول شيء يجب مراعاته هو كيفية توزيع العمل بالتساوي. من المهم أيضًا مراعاة عمق المكونات الإنشائية ومدة بقاء الحمل هناك.

من الضروري حساب قيمة E، أي معامل المرونة، لكل عضو. وهي نسبة الأحمال التي تغير شكل مادة البناء، حيث إن ارتفاع قيمة E-قيمة E يعني صلابة أعلى للمادة.

من الضروري أيضًا حساب قيمة Fb للمادة. فكلما زادت قيمة Fb للعوارض والعوارض الفولاذية كلما قل احتمال انحنائها أو انثناءها تحت ضغط كبير.

القوة والانحراف

وأخيرًا، هناك بعض الدراسات لفهم قوة الهيكل وانحرافه. يتم قياس الانحراف للأحمال الحية فقط لإظهار صلابة المادة. وهو مقيد بالحد الأقصى للإزاحة التي يمكن أن تحدث دون إضعاف الهيكل المادي. عادةً ما يتم تحديد الحد الأقصى لانحراف الهيكل الفولاذي من خلال قوانين البناء الإقليمية.

من ناحية أخرى، يتم اشتقاق الحد الأدنى لقيمة القوة من خلال جمع الأحمال الميتة والأحمال الحية. عند التخطيط و تشييد مبنى فولاذيفمن المهم معرفة الأحمال التي يجب أن يتحملها لضمان قدرة المبنى على تحملها. استعن بمهندس ماهر للتأكد من أن الهيكل الفولاذي الخاص بك يفي بشروط التحميل ومتطلبات الكود للغرض الذي بُني من أجله.

الخاتمة

تبدأ سلامة ومتانة المباني المعدنية بتحليل الأحمال. في Xinguangzheng، نركز في Xinguangzheng على جعل المباني المعدنية قوية من خلال تحليل مفصل للأحمال. نحن ننظر إلى جميع الأحمال وكيفية عملها معًا لإنشاء أفضل هيكل لكل مشروع.

نتأكد من أن المباني الجاهزة آمنة وفعالة من حيث التكلفة وتعمل بشكل جيد. من خلال تحليل الأحمال بشكل صحيح، نقوم ببناء هياكل تدوم طويلاً. سواءً كان موقعاً صناعياً أو مبنىً تجارياً أو شيئاً خاصاً، فإن خبرتنا في تحليل الأحمال تلبي احتياجاتك الآن وفي المستقبل.

هل أنت مستعد لمعرفة كيف يمكن لتحليل الأحمال لدينا أن يساعدك في مشروع المبنى المعدني الخاص بك؟ اتصل بفريقنا اليوم.

الأسئلة الشائعة

ما هي أنواع الأحمال المختلفة التي تؤثر على المباني المعدنية؟

تواجه المباني المعدنية العديد من الأحمال. وتشمل الأحمال الميتة والأحمال الحية وأحمال الرياح وأحمال الثلوج وأحمال الزلازل والأحمال الحرارية. كل حمولة لها تأثيرها الخاص على المبنى.

كيف يحسب المهندسون الأحمال الميتة في المباني المعدنية؟

يجمع المهندسون أوزان الأجزاء الدائمة لإيجاد الأحمال الميتة. ويشمل ذلك الإطار والجدران والسقف وأي معدات أو مواد ثابتة.

ما العوامل التي تؤثر على الأحمال الحية على أرضيات وأسقف المباني المعدنية؟

تتغير الأحمال الحية بناءً على استخدام المبنى ومكانه. على سبيل المثال، تختلف الأحمال الحية للأرضيات التجارية عن الأحمال الحية للمنزل. يمكن أن تتأثر الأحمال الحية للسقف بالثلوج أو الصيانة أو عوامل أخرى.

كيف تؤثر أحمال الرياح على تصميم المباني المعدنية؟

تدفع أحمال الرياح المباني المعدنية من الجانب. يجب أن يصمد هيكل المبنى وجدرانه وأساساته أمام هذه القوى. تعد سرعة الرياح واتجاهها عاملين أساسيين في معرفة مدى القوة التي يجب أن يكون عليها المبنى.

ما أهمية فئات التصميم الزلزالي في المناطق المعرضة للزلازل؟

توضح فئات التصميم الزلزالي مدى القوة التي يجب أن يكون عليها المبنى المعدني في مناطق الزلازل. تحتاج المباني في الفئات الأعلى إلى التعامل مع اهتزازات أكثر شدة. وهذا يضمن بقاء المبنى قوياً وآمناً للأشخاص بداخله.

كيف تؤثر قوانين البناء على متطلبات الأحمال الإنشائية للمباني المعدنية؟

تحدد قوانين البناء، مثل قانون البناء الدولي (IBC)، الحد الأدنى من متطلبات الأحمال. وتشمل هذه الأحمال الأحمال الميتة والحية والرياح والثلوج والزلازل. إن اتباع القوانين المحلية أمر بالغ الأهمية لسلامة وقوة المباني المعدنية.

ما الدور الذي تلعبه الأعضاء الهيكلية الأولية والثانوية في توزيع الأحمال؟

تحمل الأعضاء الرئيسية، مثل العوارض والأعمدة، الأحمال إلى الأساسات. أما الأعضاء الثانوية، مثل المدادات والعوارض فتضيف الدعم وتوزع الأحمال على الهيكل.

كيف تؤثر اعتبارات تغير المناخ على تحليل الأحمال الإنشائية للمباني المعدنية؟

يجلب تغير المناخ المزيد من الأحوال الجوية القاسية، مثل العواصف الشديدة والتغيرات في درجات الحرارة. يجب على المهندسين تحديث تحليل الأحمال للاستعداد لهذه التغيرات. وهذا يضمن قدرة المباني المعدنية على التعامل مع أنماط الطقس المستقبلية.