ما هو النظام الإنشائي الكابلي Cable structure system؟! 2022
النظام الإنشائي الكابلي Cable structure system يُعتبر من أقدم طرق الإنشاء الهندسي، وقديمـًا كانت تُستخدم من الحبال النباتية لكن تطوّر الأمر في الوقت الحالي إلى استخدام كبلات الصُلب.
في السطور القادمة، سنتحدث بالتفصيل عن النظام الإنشائي الكابلي Cable structure system، تابع معنا لتعرف ذلك.
ما هو النظام الإنشائي الكابلي؟!
النظام الإنشائي الكابلي هو النظام الذي يتم استخدامه في تشييد المنشآت التي تزيد بحورها الإنشائية عن 20 متر ولا يُمكن تغطيتها باستخدام الهياكل الخرسانية، حيثُ ويستخدم هذا النظام في تغطية المساحات الكبيرة من 20 إلى 100 متر.
المنشآت الكابلية هى المنشآت التى يتم حملها وشدها بواسطة كابلات وتقوم هذه الكابلات بنقل الأحمال إلى كابلات أخرى مساندة لها تسمى بالصاري،ومنها إلى الدعائم الرئيسية [هناك حاجة إلى الدعامات الرأسية لتوفير الخلوص الرأسي المطلوب داخل الهيكل ، لأن الكابلات تتدلى أسفل دعاماتها. عادة ما تكون الكابلات مدعومة على أعمدة أو أبراج أو على الجدران]، ومن ثم ينتقل الحمل إلى الأرض. كما تكون الكبلات مصنوعة من الفولاذ الصلب والمرن لكي يكون له قدرة عالية على تحمل قوى الشد، ويتكون الكابل من ثلاثة أجزاء: Strand, Wire, Core
تتميز الكابلات بسهولة النقل والتركيب، كما تؤدي إلى إتمام عمليات البناء بسهولة وسرعة. بالإضافة إلى أن تكلفتها لا تكون كبيرة مقارنة بطرق التشييد الأخرى [فيعتبر نظام الكابلات البسيط هو الأقل في التكلفة يليه نظام cable beam، يليه نظام الكبلات الشبكي].
استخدامات النظام الإنشائي الكابلي:
يُستخدم هذا النظام في تشييد الجسور والكباري المُعلّقة، كما تستخدم لتغطية صالات الرياضه والمطارات بمسافات تصل الى 350 م.
في المساحات المستطيلة يتم إستخدام الكابلات بإتجاه واحد أو اتجاهين ثم يتم إضافة السقف فوق الكابلات، أو يتم تغطية الفراغ بكابلات ثانوية مشدودة بإتجاه منحني ولذلك لمنع التذبذب.
لكن في المساحات الدائرية فيتم استخدام كابلات مركزية بين حلقات الشد الداخلية والضغط الخارجية واخرى حلقية، ولتثبيت الكابلات تستخدم قطع التسقيف الثقيلة الوزن بين الكابلات المركزية والحلقية، أو استخدام الكابلات المزدوجة الانحناء في اتجاهين متعاكسين.
وتعتمد أسس اختيار الكابلات على:
- نوع الحمل وطول الإمتداد، وارتفاع الصاري.
- رؤية المصمم للتناسب والجمال.
- التكلفة المقررة [فيجب مراعاة المكونات الضرورية الأخرى للنظام عند إجراء مقارنات التكلفة. أي تكاليف هذه المكونات تزداد ببطء مع زيادة المدى. وبالتالي، كلما زادت المساحة الخالية من الأعمدة المطلوبة، زادت احتمالية أن يكون سقف الكابل هو النظام الأقل تكلفة لتغطية المنطقة]
استخدام النظام الإنشائي الكابلي في الكباري
تنقسم الكباري الكابلية إلى نوعين:
1- Cable stayed bridge
وفي هذا النوع من الكباري الكابلية يتم استخدام صاري واحد مسؤل عن حمل الكابلات (سواء كان هذا المصاري رأسي أو مائل). ومن ثم الكابلات تذزون هي المسؤلة عن شد الكوبري.
يتم نقل الأحمال إلى الكابلات، ثم إلى الصاري، ومن ثم إلى الأساسات.
السمة المميزة هي الكابلات أو الدعامات، والتي تمتد مباشرة من البرج إلى السطح، وتشكل عادةً نمطًا يشبه المروحة أو سلسلة من الخطوط المتوازية. هذا على عكس الجسر المعلق الحديث ، حيث يتم تعليق الكابلات الداعمة للسطح عموديًا من الكبل الرئيسي، مثبتة عند طرفي الجسر وتتدفق بين الأبراج. يعتبر الجسر المثبت بالكابلات مثاليًا للمسافات الأطول من الجسور الكابولية وأقصر من الجسور المعلقة.
تم تصميم وبناء الكباري المثبتة بالكابلات في أواخر القرن السادس عشر ،استخدم الشكل على نطاق واسع في أواخر القرن التاسع عشر. وأشهر الأمثلة على الكباري المعلقة بالكبلات: كوبري بروكلين Brooklyn Bridge
2- Suspension bridge
في هذا النوع من الكباري الكابلية يتم تثبيت الكابلات الأساسية باستخدام 2 صاري. بينما يتم تثبيت الكابلات الثانوية بالصاري من ناحية، والأرض من الناحية الأخرى.
هنا تكون الأرض هي أول من يتلقى الأحمال، ومن ثم انتقل الأحمال إلى الكابلات الثانوية التي تنقل جزء من الحمل إلى الأساسات مباشرةً وجزء إلى الصواري التي تقوم بدورها بنقل الأحمال إلى الأساسات.
وتتميز ب:
-يمكن صنع الجسر المعلق من مواد بسيطة مثل الخشب وحبال الأسلاك الشائعة.
-يمكن تحقيق الامتدادات الرئيسية الأطول مقارنة بأي نوع آخر من الجسور.
-قد تكون هناك حاجة إلى مواد أقل من أنواع الكباري الأخرى، حتى في المساحات التي يمكن تحقيقها، مما يؤدي إلى انخفاض تكلفة البناء.
-قد يكونون أكثر قدرة على تحمل الزلازل من الجسور الثقيلة والأكثر صلابة.
-يمكن استبدال أقسام سطح الكوبري من أجل توسيع ممرات المرور للمركبات الكبيرة أو إضافة عرض إضافي لمسارات ركوب الدراجات / المشاة المنفصلة.
الفرق بين Cable stayed bridge& Suspension bridge
قد تبدو الجسور المثبتة بالكابلات والجسور المعلقة متشابهة، ولكنها مختلفة تمامًا من حيث المبدأ وفي بنائها.
في suspension bridges، تتدلى الكابلات الرئيسية الكبيرة (عادة اثنان) بين الأبراج ويتم تثبيتها في كل طرف على الأرض. تتحمل الكابلات الرئيسية، التي يمكن نقلها بحرية على المحامل في الصواري، عبء سطح الجسر.
قبل تثبيت السطح، تتعرض الكابلات لشد بسبب وزنها. على طول الكابلات الرئيسية، تتصل الكابلات أو القضبان الصغيرة بسطح الجسر، والذي يتم رفعه في أقسام. أثناء القيام بذلك، يزداد التوتر في الكابلات، فيتم نقل التوتر على الكابلات الرئيسية إلى الأرض عند المراسي والضغط لأسفل على الأبراج.
في cable-stayed bridges تعتبر الأبراج الهياكل الأساسية الحاملة التي تنقل أحمال الجسر إلى الأرض. غالبًا ما يتم استخدام نهج ناتئ لدعم سطح الجسر بالقرب من الأبراج ، ولكن يتم دعم الأطوال البعيدة عنهم بواسطة كبلات تعمل مباشرة إلى الأبراج. حسب التصميم، تكون جميع القوى الأفقية الثابتة للجسر المثبت بالكابل متوازنة بحيث لا تميل الأبراج الداعمة إلى الميل أو الانزلاق وبالتالي يجب أن تقاوم فقط القوى الأفقية من الأحمال الحية.
استخدام النظام الإنشائي الكابلي في الأسقف
يمكن تقسيم الأسقف الكابلية إلى:
1-Simply suspended cable
وهنا تكون الأسقف مدعومة بطبقة من الكابلات في شكل شبكة غير مسبقة الشد.
ويمكن ترتيب الأحمال بعدة أشكال باختلاف شكل السقف.
ينتقل الحمل من كسوة السقف إلى الكابلات والتي تقوم بدورها بنقلها إلى الأرض.
2- Pretensioned cable beams
يُعتبر هذا النظام تطورًا لنظام الكابلات المعلقة.
ويتكون هذا النظام أيضًا من طبقتين من الكابلات معلقتين بطريقة عكسية(بحيث تعمل الطبقات المزدوجة للكابلات على زيادة تقبلها للأحمال). ومسبقة الشد (بحيث تزيد من صلابة الهيكل).
3- Pretensioned cable nets
في هذا النظام يكون السقف مكوّن من طبقة واحدة من الكابلات المثبتة مع بعضها البعض.
يُشبه هذا النظام النظام السابق في أن الكابلات تقوم بحمل القوة في اتجاهات مختلفة.
4- Tensioned straight cables
يعمل هذا النظام من خلال وجود شد مسبق على الكابلات، وذلك لتقويتها ضد أي انحناءات.
وسواء كان الحمل مشدود لأعلى أو لأسفل فإن الكابل يكون مشدودًا في نفس الإتجاه.
5- Tensegric shells
يتكوّن هذا النظام من شبكة من الكابلات وقضبان الضغط، ويتم ترتيب القضبان كأنها مرتبطة مع الكابلات بعقد ولكن الأمر لا يكون كذلك.
أمثلة معمارية لتطبيق النظام الإنشائي الكابلي
(كوبري بروكلين Brooklyn Bridge)
يُعتبر كوبري بروكلين Brooklyn Bridge واحد من أقدم الجسور المُعلقة في الولايات المتحدة الأمريكية يمتد فوق نهر الشرق بطول 5989 قدما (1825 متر) بإرتفاع عن سطح البحر 40م؛ ليصل بين منطقتي مانهاتن وبروكلين بنيويورك، والجدير بالذكر أن جسر بروكلين يصل بين مقاطعتي بروكلين ومانهاتان اللتين تتشكل منهما ومن مقاطعات كوينز وبرونكس وستاتن آيلاند مقاطعات مدينة نيويورك الخمس.
كما يُعتبر من أوائل الجسور التي استخدم فيها الإنشاء الكابلي في نيويورك عام 1883 وهو من أقدم واجمل الجسور المعلقة. التي تم فيها استخدام الكابلات الحديدية في حمل جسم الكوبري. أي يُعتبر أطول جسر معلق على حبال فولاذية.
مبنى Sidney Myer Music Bowl
يُعتبر أيضًا من أوائل المباني التي تم استخدام فيها النظام الإنشائي الكابلي.
هو مكان للأداء في الهواء الطلق في ملبورن ، فيكتوريا ، أستراليا. يقع في مروج وحدائق Kings Domain في شارع Linlithgow بالقرب من مركز الفنون ومنطقة الترفيه في Southbank. تم افتتاحه رسميًا من قبل رئيس وزراء أستراليا، روبرت مينزيس، في 12 فبراير 1959، بحضور 30000 شخص. تم إدراجه في سجل التراث الفيكتوري.
مطار دالاس Dulles Airport 1962-1958
للمعماري Eero Saarinen ، السقف عبارة عن اسلاك مشدودة بينها بلاطات مقعرة من الخرسانة.
المسبح المغطى للاولمبياد 1964 بطوكيو للمعماري Kenzo Tange، مجموعتين من الكابلات ين برجين تتدلى بالطول ومثبتة في الارض ، وكابلات بالعرض تتفرع من الكابلات الرئيسية لتميز شكل المبنى.
المصادر:
النظام الإنشائي الكابلي Cable structure system
النظام الإنشائي الكابلي Cable structure system
إقرأ أيضًا: