كل ما يخص الأنظمة الإنشائية الهيكلية [2022]
تختلف الأنظمة الإنشائية الهيكلية من مبنى إلى مبنى آخر، على حسب حجم وأهمية المنشآت المراد إقامتها، وأيضًا وفقًا للغرض منها، حيث أن لكل مبنى الاستخدام الخاص به، فلذلك عند إقامة أي منشأ يجب مراعاة التصاميم والأساسات لجميع المنشآت.
في السطور القادمة سوف نتحدث عن الأنظمة الإنشائية الهيكلية، وأنواعها، تابع معنا لتعرف ذلك.
ما المقصود بالأنظمة الإنشائية الهيكلية؟!
الأنظمة الإنشائية الهيكلية لا تعتمد على نقل أحمال الأسقف والأرضيات على الحوائط فقط أو الكمرات العرضية من الحديد أو الخرسانة المسلحة، لكنه يعتمد على نقل الأحمال على الأعمدة والبلاطات ثم يتم نقل الأحمال إلى أساسات المبنى، وبناءًا عليه تُصبح العناصر التي يتم الإعتماد عليها في نقل الأحمال هي:
(الأعمدة الخرسانية، الكمرات الخرسانية، الأسقف الخرسانية، والأساسات والقواعد المستمرة أو المنفصلة).
والحوائط هنا لا يكون لها أي دور سوى في التقسيم الداخلي للمبنى.
وتستخدم الأنظمة الإنشائية الهيكلية في بناء المباني خاصةً ذات الإرتفاعات الكبيرة (أي التي يزيد ارتفاعها عن 90 متر).
وتحتاج الأنظمة الإنشائية الهيكلية إلى تصميم دقيق لجميع العناصر في المبنى حتى يمكن للمبنى تحمل الأحمال الواقعة عليه بأمانٍ تام.
ما هي أنواع الأنظمة الإنشائية الهيكلية؟!
تتكون الأنظمة الإنشائية الهيكلية من أكثر من نوع، منها:
1- الأنظمة الإنشائية الهيكلية بنظام العمود والكمرة Column and Beam
– من أقدم الأنظمة الإنشائية التي تم استخدامها منذ الحضارات القديمة مثل: الحضارة المصرية القديمة، والحضارة اليونانية.
– يتكون هذا النظام من أعمدة، وكمرات خرسانية متعامدة، ثم يتم صب السقف الخرساني عليهم، حيث تحمل الكمرات البلاطات وترتكز ارتكازًا ثابتًا على الأعمدة.
– ويُستخدم هذا النظام كثيرًا في المباني السكنية؛ نظرًا لتكلفته المنخفضة، وسهولة تنفيذه.
– أقل بُعد للعمود في هذا النظام 30 سم.
– البحر الإنشائي الذي يغطيه هذا النظام يتراوح بين 3 إلى 6 متر.
– مراحل انتقال الأحمال في نظام العمود والكمرة:
أولًا: تتنقل الأحمال من الأسقف إلى الكمرات.
ثانيًا: ثم تنتقل إلى الأعمدة التي ترتكز عليها.
ثالثًا: ثم تنتقل الأحمال من خلال الأعمدة حتى تصل إلى القاعدة الخرسانية المسلحة.
رابعًا: أخيرًا، تقوم القاعدة الخرسانية المسلحة بنقل الأحمال إلى التربة.
2 – الإطارات Frames
تغطي الإطارات بحورًا إنشائية تتراوح بين 15- 80 مترًا.
تعتبر الإطارات Frames تطورًا لفكرة لنظام العمود والكمرة.
ف جود الأعمدة الداخلية أو المتوسطة أصبح غير مرغوب فيه، لذا ففي هذا النظام يكون الكمرة والعمود عنصرًا واحدًا (وذلك بفعل نظرية الإستمرارية المادية والهندسية)، وبهذا تزداد مقاومة الإطارات للأحمال وذلك بعمل كمرة أفقية تربط أساسات أعمدة الإطارات.
تتيح الإطارات سواء المصنوعة من الخرسانة المسلحة أو الحديد سهولة عمل الإمدادات الخاصة بالإنظمة الكهربائية أو الميكانيكية.
يتميز نظام الإطارات بما يلي:
– سهل في التنفيذ.
– يحتاج إلى ععمالة أقل لتنفيذ؛ وبالتالي التكلفة الإقتصادية تكون أقل.
– يتميز بسهولة التحليل الإنشائي والتصميم.
– عدم وجود أعمدة داخلية أو في الوسط وفر مسافات كبيرة بين الأعمدة.
– يمكن استخدامه كطوابق متكررة.
وتتمثل أنواع الإطارات فيما يلي:
1- الإطارات الخطية Linear Frames
هي إطارات ذات بحور إنشائية كبيرة أو واسعة والكمرات تكون الأفقية.
تتعرض إضلاعها الرأسية والأفقية لإجهادات الإنحناء، لكن يمكن القيام بزيادة كفاءتها إذا تحول ضلعها الأفقي إلى مثلث.
تنتقل الأحمال بواسطة إجهادات الضغط والإنحناء، فكلما زادت الأضلاع زادت إجهادات الضغط.
2- الإطارات متعددة الإغراض Polygonal Frames
فلكل حالة مضلع قوى خاص بها وكلما انطبق شكل الهيكل على مضلع القوى تعرض إلى إجهادات ضغط، وقلة إجهادات الإنحناء.
3- الفرنديل Vierendeel Girders
يُطلق عليه هذا الإسم؛ وذلك لوجود شكل كمرة فرنديل.
ويمكن انشاء هذا النوع من الإطارات من الخرسانة، الخشب، أو الحديد.
يتيح هذا النوع من الإطارات فكرة حذف نقاط الإرتكاز في المباني سواء كان ذلك في الطوابة المتكررة أو الطابق الأرضي.
كما يُستخدم أثناء تشييد أسقف المباني ذات البحور الكبيرة أو الواسعة وفوقها منشآت ذات بحور قصيرة.
4- الإطارات المنحنية Curvilinear Frames
تتكون الإطارات المنحنية من عقود منفردة الإنحناءات أو عقود مزدوجة الإنحناءات.
عند استخدام هذا النوع من الإطارات كانت تظهر مشكلة في التحميل وذلك عند التقاء الهيكل بالأرض.
فعلى الرغم من أن الإتصال الفصلي الحر يقلل من عزوم الإنحناءات إلا أنه يكون أضعف من الإتصال المفصلي الثابت.
لذا تم تطوير نطام الإطارات المنحنية في القرن ال 19 بعمل العقد ذو ثلاث مفصلات دون التقليل أيضًا من عزوم الإنحناء.
ثم بعد ذلك مع التطور ومعرفة كيفية توزيع الأحمال في العقود الثابتة تم الإستغناء عنها.
5- الأسقف اللاملا Lamella Roofs
يتم تغطية الحيز بمجموعتين من الإطارات المستوية أو العقود الموازية لقطري المستقيم بحيث يحدث تماسك بين العقود وبعضها البعض.
3- الجمالونات Truss
هي عبارة عن عنصر إنشائي عادة ما يكون مصنوع من الخشب أو المواسير المعدنية أو القطاعات.
وتتكون من ثلاثة أجزاء: أحدهم أفقي والآخرين مائلين
تعتبر الجمالونات من أفضل الأنظمة الإنشائية التي يمكن استخدامها في تغطية البحور الإنشائية الواسعة أو الكبيرة.
حيث عادةً ما تُستخدم الجمالونات لتغطية أماكن ذات بحور إنشائية كبيرة تصل إلى 60 متر مثل المسارحة والمعارض والنظارات وغير ذلك.
تم العمل على استخدام الجمالونات كمادة للبناء، وذلك من أجل زيادة كفاءة النظام الهيكلية التقليدي، وبناءًا عليه تحولت الكمرات إلى جمالونات، وبالتلي تكون الأعمدة إما من الحديد أيضًا أو الخرسانة.
تتميز الجمالونات ب:
– تتميز بمرونة كبيرة في التشكيل وتغطي بحورًا إنشائية كبيرة جدًا بدون وجود أعمدة في المنتصف.
– المسافة بين الفراغات تتراوح بي 4 – 6 متر على امتداد الجانب الطويل.
– تدوم فترة طويلة.
– وزنها خفيف.
– انحرافها أقل.
– تدعم الأحمال الكبيرة.
– سهولة عمل الإمدادات الكهربائية والصحية.
– عزل أفضل للصوت.
تتنوع المنشآت الفراغية أو الجمالونات ما بين:
1- الجمالونات العادية أو التقليدية
كانت أولى محاولات استخدام الجمالونات التقليدية في انشاء البحور الكبيرة.
هي عبارة عن نظام إنشائي يُستخدم لتغطية مساحات كبيرة بأقل عدد من الأعمدة الداخلية.
تم استخدامها فى العديد من المنشآت المعمارية بنجاح فى تشييد المشروعات الكبيرة ذات البحور الواسعة خاصة فى تحقيق فراغات معمارية كبيرة وضخمه. والجدير بالذكر أنه ساعدت الجمالونات التقليدية كثيرًا على تحقيق الإنتفاع من البحور الإنشائية الكبيرة، لم يكن تحقيق الإنتفاع منها من دون استخدام الجمالونات التقليدية.
من أبرز الأمثلة على استخدام الجمالونات التقليدية: سقف المسرح الفرنسي عام 1786
2- الجمالونات الفراغية Space truss
يُعتبر من أهم أنواع الجمالونات، وأقوى الطرق الإنشائية؛ لأن الأجزاء المكونة للهيكل تعمل على تقليل سقوط الكمرة في المنتصف، وتعمل على ربط الهيكل كله.
توفر حلًا إقتصاديًا للبحور الكبيرة التي تتراوح من 20 إلى 80 متر، كما تتعدد وتتنوع أشكالها ما بين المائل، المنحني، والمستوي.
إعرف أكثر عن الجمالونات من خلال هذا المقال
4- العقود Arches
نظام الإطارات المنحنية [العقود] Arches
– هو عبارة عن إطارات خرسانية منحنية ومتصلة بدون أي فواصل.
كما أن العقود هي بمثابة عنصر معماري ناتج من الاستخدام الإنشائي للخصائص الطبيعية للمواد، وقد استخدم العقد والقبول في البلاد التي تفتقر لمواد البناء الإخرى كالأخشاب والأعشاب.
– يعتمد هذا النظام على نقل الأحمال من النقطة الأعلى إلى النقطة الأسفل وهكذا حتى تصل إلى مستوى الأرض وهو إنشائيًا يعمل بإجهاد الضغط.
باستخدام العقد بصورة متكررة بجانب بعضها البعض يتكون القبو الذي يمكن استخدامه بأكثر من علاقة هندسية (مربعة، مسدسة) وذلك من أجل عمل أشكال مختلفة للأسقف باستخدم الأقبية المتقاطعة.
– يُغطي هذا النظام بحور إنشائية تتراوح من 20 إلى 35 متر، وقد تصل إلى 70 متر في حالة زيادة الإنحناء.
– يتراوح عرض الإطار من 30 إلى 40 سم.
المصادر: