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.
جدول المحتويات
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.
قد تعرف كيفية التعامل مع الأحمال الإنشائية عند البناء بمواد أخرى. ومع ذلك، من المهم أن تتذكر أن الأحمال التي تؤثر على المباني الفولاذية مختلفة وتتطلب اهتماماً خاصاً.
هناك عتبات حمولة مختلفة للمباني الفولاذية وتأتي السلامة دائماً في المقام الأول. لذلك من المهم جداً معرفة واتباع القواعد والقوانين الخاصة بتشييد المباني الفولاذية بأمان.
أنواع مختلفة من الأحمال الهيكلية
الحمولة الميتة
يُعرف وزن الأجزاء الصلبة للمبنى (مثل الإطارات الفولاذية والأرضيات والجدران والأسقف والتركيبات) باسم "الحمل الميت". عادةً ما يكون الوزن الميت للصلب أقل من وزن مواد البناء الأخرى لأنه ليس ثقيلًا جدًا. لذلك، فإن التقدير الدقيق للحمل الميت للإطار الفولاذي ضروري لضمان السلامة والسلامة الهيكلية للمبنى.
حمولة حية
يُعرّف الحمل الحي بأنه الأحمال الحية التي تختلف مع مرور الوقت. تتغير هذه الأحمال في اتجاه عقارب الساعة مع استخدام الناس للمبنى والعيش فيه. وتشمل وزن الأشخاص والأشياء المنقولة والأثاث والأدوات. يعتمد حجم الحمل الحي على استخدام المبنى. على سبيل المثال، مباني المكاتب المعدنية ومباني المتاجر المعدنية لها متطلبات مختلفة للحمل الحي. عندما يقوم مهندس ببناء إطار فولاذي، فإنه يحسب مقدار الحمل الحي الذي يجب أن يتحمله وفقاً لقوانين وقواعد السلامة.
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.
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
تُعرف التغيرات في درجات الحرارة التي تتسبب في تمدد مواد البناء وتقلصها بالأحمال الحرارية. يتميز الفولاذ بمعامل تمدد حراري مرتفع إلى حد ما. وهذا يعني أن له تغير أبعاد أكبر من مواد البناء الأخرى. للتأكد من صحة التصميم، يجب على المهندسين مراعاة الحمل الحراري. وبهذه الطريقة، يمكنهم أن يأخذوا في الاعتبار الحركة الحرارية ويتجنبوا وضع الكثير من الضغط على الإطار الفولاذي، مما قد يؤدي إلى إضعافه.
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
في بعض الأحيان، قد تتعرض المباني الفولاذية لمجموعة من الأحمال. قد تضع الأحمال الإنشائية المختلفة ضغطًا إضافيًا على مكونات المبنى وتلحق الضرر بالمبنى.
على سبيل المثال، قد يتعرض المبنى الفولاذي لأحمال الثلوج وحركة التربة تحت الأساس في الشتاء. من المحتمل أن يتقلص الهيكل الفولاذي نفسه بسبب انخفاض درجات الحرارة في الشتاء.
ونتيجة لذلك، يحتاج مهندسو التصميم إلى التحقق من قواعد البناء المحلية. وذلك لأن هذه القواعد تسرد الأنواع الأكثر شيوعاً من الأحمال الإنشائية التي قد يضطر المبنى للاستجابة لها في المستقبل.
العوامل المؤثرة على استجابة الأحمال للهياكل الفولاذية
هناك العديد من العوامل التي يجب أخذها في الاعتبار عند حساب الأحمال والاستجابة المناسبة للحمل. 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 والحية. عند تخطيط وتشييد مبنى فولاذي، من المهم معرفة الأحمال التي يجب أن يتحملها لضمان قدرة المبنى على تحملها. قم بتعيين مهندس ماهر للتأكد من أن الهيكل الفولاذي الخاص بك يفي بشروط التحميل ومتطلبات الكود للغرض الذي تم بناؤه من أجله.
الملخص
المباني الفولاذية يمكن أن تتحمل أنواعاً مختلفة من الأحمال الإنشائية، مما يجعلها آمنة ومتينة. من النادر جداً أن يتعرض مبنى فولاذي لنوع واحد فقط من هذه الأحمال في وقت واحد. من المهم مراعاة جميع الأحمال المختلفة المؤثرة على الهيكل في نفس الوقت. ومن خلال أخذ هذه الأحمال في الاعتبار واستخدام أحدث الأساليب الهندسية، يمكن للمعماريين والمهندسين المعماريين والمهندسين بناء مبانٍ تدوم طويلاً.
