تعرَف على الأنظمة الإنشائية للأبنية العالية 2022
بدأ الإنسان ببناء الأبنية العالية منذ قديم الأزل، فقام ببناء المعابد والأهرامات وفي الماضي بشكل عام، كانت النماذج المستخدمة في تصميم الأبنية العالية مقيدة، ومع بداية القرن العشرن تم التوسع في تصميم المباني العالية، وفي الوقت الراهن فإن الحرية في تصميم المباني العالية ازدادت بشكل ملحوظ جنباً إلى جنب مع المعاصرة واتساع الخيال في شكل التصميم.
فالمباني العالية في وقتنا هذا مصممة بمساعدة التكنولوجيا الحديثة، ويتم بناؤها بتصاميم إنشائية لم تكن موجودة في الماضي.
في السطور التالية سوف نتحدث بشئ من التفصيل عن الأنظمة الإنشائية للأبنية العالية، تابع معنا حتى النهاية.
لكن لكي تنجح الأنظمة الإنشائية للأبنية العالية في أداء وظيفتها بفاعلية، لا بد وأن تتمتع بالصفات التالية:
يجب أن يكون المبنى اقتصادي.
يجب أن تخلق الأبنية العالية بيئة حضارية وعصرية لا مثيل لها.
يجب أن تمتلك واجهة مميزة؛ لتوفير أفضل المناظر.
تضيف الحيوية للمدن التي تتواجد بها.
توفير مساحة قابلة لتقسيم بسهولة.
أن تساهم في تطوير المدن وتوسيع المساحة الطابقية.
ما هي الأبنية العالية؟!
اختلفت الآراء في تعريف محدد للأبنية العالية، لكن بحسب تعريف مجلس المباني الشاهقة والمساكن الحضرية الأمريكية، فإن المباني التي تتكون من 14 طابقاً أو 50 مترًا ارتفاعًا فما فوق ذلك يمكن اعتبارها أبنية عالية، لكن الأبنية من ارتفاع 300 متراً إلى 600 متراً فتعتبر أبنية شاهقة.
أي يتم تصنيف الأبنية العالية وفقًا لعدد الطوابق فيما يلي:
– الأبنية العالية تتكون من (13- 30) طابق.
– الأبنية العالية جدًا تتكون من (31- 45) طابق.
– الأبنية الشاهقة تتكون من (46- 60) طابق.
– ناطحات السحاب تتكون من (60 – فيما أكثر) طابق.
ما هي سلبيات الأنظمة الإنشائية للأبنية العالية؟!
- لا تعتبر المباني العالية مباني خضراء أو مستدامة بسبب استهلاكها لكميات كبيرة من مواد البناء والتشييد خلال مراحل الإنشاء وأثناء التشغيل.
- نظرًا لنقل كميات كبيرة من المواد والخامات، فإن المباني العالية تستهلك الطاقة وتتطلب مزيدا من المضمون المادي لبناء نظامها الهيكلي لتحمل أعلى درجات الانحناء التي تسببها قوة الرياح في المستويات العليا.
- تستهلك طاقة إضافية للحركة الآلية للناس صعودا ونزولا في المصاعد بالإضافة للجوانب الأخرى الناشئة عن الارتفاع العمودي المفرط
- زيادة إنشاء المباني العالية المتلاصقة أدي إلى ظهور بيئة حضرية سلبية، فهي تمنع الاستمرارية البصرية والوظيفية والمكانية بين الأجزاء المختلفة للمدينة وساعد إنشاء المباني العالية الشاهقة المتلاصقة تغيير أنماط حياتنا واستهلاك كنا للطاقة وما تبعه ذلك من آثار سلبية على البيئة.
- تكاليف إنشائها عالية جدًا.
- تكون تيارات رياح عكسية؛ جيث نزداد سرعة الريح عند أطراف الأبنية وتشتد عند نهايات الأبنية الكبيرة والمرتفعة بصورة خاصة، وترتفع قيم الفروقات في الضغوط عند تلك المناطق إذ تصبح سرعة الريح على أشدها عند زوايا البناء الخارجية التي تفصل بين منطقتي ضغط منخفض وأخرى مرتفع، وكذلك عند تصوينة السطوح المواجهة لمنطقة الضغط المرتفع. الحقيقة ما يهمنا في موضوع الريح هو أثرها على نسبة الرطوبة في داخل الأبنية، كمساهمتها في زيادة ضرر الأمطار والثلوج وفوائدها أو أضرارها في عمليات التهوية.
- جميع السكان في الأدوار العالية دون استثناء يعانون من ارتفاع درجات الحرارة في الصيف بشكل كبير؛ لأن أشعة الشمس الحارقة موجهة نحو جدران الشقة الخارجية طوال النهار، وانخفاض درجات الحرارة بشكل كبير في فصل الشتاء، وفي كلتا الحالتين يتطلب من نزلاء هذه الأدوار دفع تكاليف مضاعفة لتحصيل رسوم الكهرباء جراء استخدام الأجهزة الكهربائية خلال الصيف لأجهزة التكييف والتبريد، وفي الشتاء لأجهزة التدفئة وسخانات المياه، والاستمرار على استخدام وتشغيل الأجهزة لفترات طويلة، وهو ما يجعلها عرضة للأعطال، تلزم صيانتها على وجه السرعة دون تأخر لضرورة استخدامها دون انقطاع، علاوة على المشقة الكبيرة التي يجدها المستأجر في الصعود والنزول من الشقة وتزداد تلك المعاناة في حال عدم توفر مصاعد كهربائية أو تعطلها.
- كما أن أكثر من يشعر بالهزات الأرضية هم سكان الطبقات العليا من المباني؛ لأن الحركة الاهتزازية تكون ذات سعة أكبر وكذلك تعتمد على المواد المستخدمة في البناء وطريقة التشييد.وأوضح أن الأبنية الخرسانية المصممة والمشيدة بطريقة علمية وهندسية سليمة تستطيع تحمل الهزات البسيطة.
- الأبنية العالية أيضًا بها عيوب كبيرة في التصميم والتشييد فهي معرضة للتصدع حتى دون أي تأثير خارجي وتتأثر بمعظم الأنشطة الحركية ومنها الرياح القوية والتفجيرات والهزات.
- تمنع الأبنية العالية أشعة الشمس والهواء عن المناطق المجاورة.
- ارتفاع استهلاك الطاقة وزيادة درجة الحرارة نتيجة الاحتباس الحراري بينها وارتفاع استهلاك المواد الإنشائية وارتفاع الانبعاث الكربونى وزيادة الرياح الثانوية بالمدينة.
ما هي الأنظمة الإنشائية للأبنية العالية؟!
أدت التطورات إلى تعدد الأنظمة الإنشائية للأبنية العالية، ويمكننا تقسيم الأنظمة الإنشائية للأبنية العالية إلى:
نظام النواة
يُستخدم هذا النظام في الأبنية الخرسانية المسلحة، ويتكون هذا النظام من جدار قص مركزي لمقاومة الأحمال الرأسية والجانبية، وجدار النواة هو عبارة عن نواة مفتوحة والذي يتم تحويله جزئيا إلى نواة مغلقة باستخدام الأعمدة مع أو بدون جوائز، وذلك لزيادة صلابة وإلتوائية جوانب المبنى.
نظام الإطار الصلد
يُعتبر نظام الإطار الصلد ذات كفاءة واقتصادية ويوفر هذا النظام أيضًا صلابة كافية؛ وذلك لمقاومة الرياح والزلازل التي تسببها الأحمال الجانبية في المباني تصل إلى نحو 25طابق.
يتكون هذا النظام من جوائز وأعمدة، وهو عبارة عن إطار غير مدعم قادر على مقاومة كل من الأحمال الرأسية والجانبية.
الأنظمة الأنبوبية
تُعتبر الأنظمة الأنبوبية ذات كفاءة واقتصادية للمباني التي يزيد ارتفاعها عن 40 طابقًا.
تطورت الأنظمة الأنبوبية عن نظام الإطار الصلد، ويمكن تعريفها على أنها الإطار الصلد ثلاثي الأبعاد، ولديها القدرة على مقاومة جميع الأحمال الجانبية مع هيكل الواجهة.
وفي الأنظمة الأنبوبية يُمكن زيادة متانة النظام الهيكلي ضد الأحمال الجانبية، وذلك من خلال:
زيادة عُمق الجوائز المتصلة بالأعمدة المحيطة.
تقريب المسافات بين الأعمدة المُحيطة.
جمع أكثر من أنبوب واحد [أي يكون أنبوب مُجمع].
إضافة دعامات القص إلى النواة.
نظام جدران القص
يُستخدم نظام جدارن القص في المباني الخرسانية المسلحة، أي يتكون من جدران قص خرسانية مسلحة والتي تكون ذو فتحات أو مغلقة. ويُعتبر نظام جدران القص ذات كفاءة إقتصادية في المباني حتى 35 طابق.
يمكن اعتبار نظام جدران القص بمثابة ظفر (كابولي) عمودي مثبت بشكل متين في القاعدة. ويمكن أن تقاوم جدران القص جميع الأحمال الرأسية والجانبية على المبنى بدون أعمدة.
نظام البلاطة الفطرية
يُستخدم نظام البلاطة الفطرية في المباني الخرسانية المسلحة، يُعتبر نظام البلاطات الفطرية اقتصادي في المباني حتى 25 طابق، ويتكون هذا النظام من أعمدة وبلاطات ذات سماكة ثابتة، وبدون جوائز. يمكن كذلك وضع جدران القص بالإضافة إلى أو بدلاً عن الأعمدة وبدون جوائز، بحيث تكون الأعمدة والبلاطات ذات سماكة ثابتة.
كما يُمكن وضع بلاطات تقوية أو تيجان على الأطراف العُليا للأعمدة؛ وذلك للحد من تأثير إجهادات الثُقب التي تنشأ من قوى القص في مناطق الاتصال بين الأعمدة والبلاطات.
نظام الإطارات المكتفة
تم تطوير هذا النظام بإضافة مدّادات لإطارات القص مع النواة (نظام إطار –نواة) لربط النواة مع الأعمدة الخارجية.
الروابط هي تكون بمثابة عناصر إنشائية تربط النواة مع الأعمدة المحيطية على مستوى واحد أو أكثر في جميع مستويات ارتفاع المبنى وذلك ليصبح الهيكل أكثر متانة، ويتكون الرابط عادةً من جمالون القص الأفقي أو جدار القص.
نظام العمود الضخم
هذا النظام ذات كفاءة واقتصادية في المباني التي تزيد عن 40 طابقاً.
يتكون نظام العمود الضخم من الخرسانة المسلحة أو الأعمدة المركبة مع أو بدون جدران القص بمقاطع عرضية أكبر بكثير من المعتاد، وتعمل بشكل مستمر على جميع مستويات ارتفاع المبنى.
تُعتبر الروابط الأفقية في نظام العمود الضخم مهمة جدًا؛ لعدم قدرة بلاطات السقف في تشيكل هيكلاً أكثر صلابة، ولذلك يتم تقييد الأعمدة أفقياً بالأربطة، أو تستخدم الأقواس الضخمة، أو بإطارات فرنديل أو تستخدم الأقواس الضخمة. وبهذا فإن كل الأعمدة الضخمة تكون مرتبطة معاً للمشاركة في الصلابة الجانبية للهيكل.
هذه باختصار أشهر أنواع الأنظمة الإنشائية للأبنية العالية، نتمنى أن تكون استفدت من المقال وإذا أعجبك لا تنسَ مشاركته مع غيرك حتى تعم الإستفادة.
المصادر:
أنواع الأنظمة الإنشائية للمباني الشاهقة – Structural Systems for Tall Buildings
إقرأ أيضًا:
تعرف على أنواع الأنظمة الإنشائية وكيفية اختيار النظام المناسب؟ [2022]