يتم استخدام النظام الإنشائي المركب في البناء على نطاق واسع لتعزيز الأداء الهيكلي للصُلب، لضمان أنه عند استخدامه مع الخرسانة سوف تعمل المادتان كوحدة واحدة.
تُعرف العناصر الهيكلية المكونة من مادتين مختلفتين أو أكثر بالعناصر المركبة. تكمن فائدة العناصر المركبة أنه يمكن دمج خصائص كل مادة لتشكيل وِحدة واحدة تؤدي وظائفها بشكل أفضل من استخدام الأجزاء منفصلة. يعد الشكل الأكثر شيوعًا للعنصر المركب في البناء هو مركب الصلب مع الخرسانة، أو ما يُعرف بالنظام الإنشائي المركب، ويستخدم هذا النظام بشكل واسع في المباني المرتفعة وذلك لمقاومتة العالية للأحمال الجانبية. يتكون هذا النظام من نواة وهيكل. وهناك أنواع أخرى من المركبات تشمل الصلب مع الأخشاب، الأخشاب مع الخرسانة، الخرسانة مع البلاستيك. لمعرفة المزيد عن هذا النظام تابع معنا.
ما هو النظام الإنشائي المركب؟
يُطلق على النظام الإنشائي المركب نظام النواة الضخم (Mega Core System) وهو نظام يُستخدم في الأبنية الخرسانية المسلحة، ويتكون هذا النظام من جدار قص مركزي لمقاومة الأحمال الرأسية والجانبية.
كما يستخدم النظام الإنشائي المركب في الأبنية الإنشائية العالية حيث تضمن صلابة قوة و سلامة الهيكل الإنشائي، وذلك لمقاومته العالية للأحمال الجانبية الناتجه عن الرياح والزلازل وعند حساب القوى المحورية نلاحظ انخفاض قيم العزوم في جدران النواة و بالتالي يسمح بتقليل المواد المستخدمه كالحديد و غيره من المواد التي يتم استيرادها و استخدامها و بالتالي تخفيض التكلفة اﻷقتصادية للمبنى.
ما هي مكونات النظام الإنشائي المركب؟
يتكون هذا النظام من نواة وهيكل. تقاوم هذه النواة 90% من الأحمال الجانبية التي يتعرض لها المبنى، أما الهيكل فيقاوم 10%. كما يمكننا في هذا النظام الاستغناء عن الأعمدة والإكتفاء بالنواة، بينما لا يمكننا الإستغناء عن النواة.
-
النواة
تتكون النواة أو القلب من الخرسانة المسلحة وقد تكون نواة مركبة(composite core) مع مساحة مقطع أكبر من المعتاد، وهى تمتد من الأرض بارتفاع المبنى.
تقاوم النواة الضخمة فى هذا النظام جميع الأحمال الرأسية والجانبية دون الحاجة إلى أعمدة أو حوائط قص على محيط المبنى.
وجدار النواة هو عبارة عن نواة مفتوحة والذي يتم تحويله جزئيًا إلى نواة مغلقة باستخدام الأعمدة مع وجود جوائز أو بدونها، وذلك لزيادة صلابة وإلتوائية جوانب المبنى.
-
الهيكل
بالنسبة للبلاطات قد تكون كابولى بالنسبة للنواة ويمكن أن تكون البلاطة فى الأسفل مدعمة لتتحمل الأعمدة المحيطة للبلاطات العليا، وبذلك تكون البلاطات فى الأعلى مرتكزة على النواة والأعمدة المحيطة ويمكن تكرار البلاطة المدعمة فى بعض الأدوار حسب الأحمال.
مميزات النظام الإنشائي المركب
- يتميز بالقوة والمتانة وقدرته العالية على مقاومة أحمال القوى الطبيعية المتمثلة في الرياح والزلازل.
- إمكانية الحصول على فراغات كبيرة بالنظر إلى الأحمال العالية المؤثرة على المنشأ.
- توفير وزن الصُلب المستخدم بنسبة 20 إلى 30%، مما يؤدي إلى صِغر حجم العناصر وبالتالي يكون أكثر توفيرًا.
- زيادة قوة البلاطات المركبة بشكل أكبر مقاونة بالبلاطات غير المركبة.
- يعد النظام الإنشائي المركب أكثر اقتصادية، نتيجة التطور في استخدام كمرات خرسانة سابقة الجهد أو مصنوعة بدلاً من الكمرات المعدنية.
- يتميز النظام الإنشائي المركب بالكفاءة والاقتصادية في المباني التي تزيد عن 40 طابق.
عيوب النظام الإنشائي المركب
هناك بعض الأمور التي لم يتم معالجتها بشكل كامل خلال هذا النظام وتتمثل في:-
- ارتفاع تكلفة تركيب الوصلات القصية.
- زيادة الحرارة بشكل فجائي يؤدي إلى زيادة حرارة الهيكل المعدني، مقارنةً بالبلاطات الخرسانية التي ترتبط به.
- تتمدد الخرسانة نتيجة للتغيرات الفيزيائية والكيميائية مثل عوامل الرطوبة، الجفاف، ووجود مواد كيميائية في مكونات الأسمنت.
- تتمثل مقاومة الضغط لجزء من بلاط الخرسانة المسلحة في منطقة العزوم الموجبة، في حين تضمن أسياخ التسليح الطولية للبلاط قبولية الخصائص في مناطق العزوم السالبة بفضل وجود كمرات مستمرة.
ما هي طُرق إنشاء وتنفيذ المنشآت المركبة؟
1- بواسطة الدعائم:
- يتم تثبيت الأجزاء المعدنية في أماكنها المحددة.
- يتم وضع هياكل البلاطة في موقع الصب.
- يتم وضع دعامات لتثبيت جميع أجزاء المجموعة بما في ذلك الكمرات.
- يتم صب الأسمنت ويُترك الهيكل بأكمله حتى يجف الأسمنت لمدة 7 أيام على الأقل حتى يصل إلى المقاومة المطلوبة، ثم يتم إزالة جميع الدعامات.
2- بدون دعامات:
- يتم توضيب العارضات المعدنية في المواقع المحددة.
- يتم ترتيب الإطارات لدعم البلاطة الخرسانية بدون استخدام أي قوائم.
- تتم عملية صب البلاطة الخرسانية ويتم تركها لتجف وتتصلب بالشكل المناسب.
أسس تصميم الكمرات المركبة في النظام الإنشائي المركب
- إنشاء منظومة عمل تسمح للمادتين بالتجانس مع بعضهما البعض كأنهما كيان واحد لمقاومة أى أحمال خارجية دون حدوث أي انزلاق.
- الوصلات القصية هي منظومة ربط بلاطة الخرسانة المسلحة مع الكمرات المعدنية، حيث تعمل على جعل المقطع المركب يعمل على شكل حرفT .
- يجب تصميم الوصلات القصية لمنع أى حركة بين بلاطة الخرسانة المسلحة والكمرات المعدنية فى الاتجاهين.
- لا يتجاوز التباعد بين الوصلات القصية طوليًا 3 أو 4 أضعاف ارتفاع البلاطة الخرسانية.
- يعتمد تصميم المقطع المركب بشكل أساسى على مدى إمكانية مقاومة القص بين البلاطة الخرسانية والكمرات المعدنية فكلما كان الالتحام متينا كلما كان الفعل المركب أقوى.
الوصلات القصية في النظام الإنشائي المركب
يتمثل الهدف الرئيسى للوصلات القصية هو منع الحركة بين البلاطة والهيكل المعدني ، ويمكن تقسيم أنواع الوصلات إلى:-
- الوصلات الصلبة Rigid Connectors وهي وصلات غير مرنة.
- الوصلات نصف صلبة Semi – Rigid Connectors وهى أكثر مرونة.
- وصلات الإلتحام Bond Connectors وتعتمد بشكل كامل على إجهادات الالتحام بين الخرسانة المجاورة للوصلات والوصلات نفسها لتطوير ثبوت البلاطة على الهيكل المعدني.
دراسة الهبوط في المنشآت المركبة
– تعد دراسة الهبوط في النظام الإنشائي المركب من الأمور التي يجب أخذها فى الحسبان، ويتم دراسة حساب الهبوط للكمرات المركبة في طريقة الإنشاء للمنشآت المركبة سواء مع دعائم مؤقتة أو بدون دعامات.
– إذا تم التنفيذ من خلال دعامات فإن المقطع المركب سيقاوم الأحمال الحية والميتة.
– إذا لم يتم سند الكمرات المعدنية خلال فترة تصلب البلاطة الخرسانية ( الإنشاء بدون دعامات ) فإن مقطع الكمرات المعدنية سيقاوم الإجهادات الناتجة عن الحمل الميت قبل تصلب البلاطة الخرسانية والمقطع المركب سيقاوم الإجهادات الناتجة عن باقى الأحمال الحية والميتة.
ختامًا:
عرضنا خلال هذا المقال النظام الإنشائي المركب، ومدى أهمية استخدامه في الأبنية الإنشائية المرتفعة، ولكن يجب التأكيد على التحقق من الاستقرار الجانبي للهيكل المعدني المستخدم في المنشآت المركبة أثناء عملية الإنشاء، حيث يتوقف تصميم الأحمال الجانبية على قدرة البلاطة الخرسانية المسلحة على توفير دعم جانبي للهيكل.
المصادر:
تابع أيضًا: