تفاصيل الهيكل الصلب

بغض النظر عن نوع المبنى، فإن وجود هيكل داعم للأحمال يضمن جودة المبنى بأكمله أمر ضروري أثناء عملية البناء. يُعدّ المبنى ذو الهيكل الفولاذي أحد أنواع المباني، وهو يتكون من مواد فولاذية في هيكله الرئيسي. يتألف هذا النوع من المباني بشكل أساسي من عوارض فولاذية، وأعمدة فولاذية، وجمالونات فولاذية، ومكونات أخرى مصنوعة من الفولاذ المقطعي والصفائح الفولاذية. عادةً ما يتم توصيل مكونات أو أجزاء الهيكل الفولاذي باللحام أو البراغي أو المسامير ( أنواع الوصلات في الهياكل الفولاذية ).

تُلبي المباني ذات الهياكل الفولاذية احتياجات المباني الحديثة. فهي تُتيح إمكانية إنشاء مبانٍ ذات امتدادات واسعة وأحمال ثقيلة، وهو ما لا يتوفر في المنازل الخرسانية. وذلك لأن الهياكل الفولاذية خفيفة الوزن، عالية المتانة، سريعة التركيب، وفي وقت قصير. لذا، فهي تُستخدم على نطاق واسع في المستودعات ، وورش العمل ، والجراجات ، والمصانع الكبيرة ، والصالات الرياضية، والمباني الشاهقة، وغيرها من المجالات.

تفاصيل الهيكل الفولاذي لنظام الإطار الفولاذي:

هيكل الإطار

هيكل الإطار هو نظام ثلاثي الأبعاد لتحمل الأحمال، يتكون من عوارض وأعمدة فولاذية متصلة باللحام أو البراغي. يوزع هذا الهيكل قدرة تحمل الأحمال الأفقية والرأسية بالتساوي. يتميز بقوة شد عالية، وخفة وزن، ومتانة ممتازة. يقلل تصميمه المعياري من وقت البناء بنسبة 30% إلى 50%.

يُستخدم هذا النوع من الهياكل الهيكلية بشكل رئيسي في المباني المكتبية متعددة الطوابق أو الشاهقة والمجمعات التجارية. يوفر ترتيبه الأفقي مقاومةً لأحمال الرياح والزلازل، بينما تضمن مكونات الدعم الطولية الاستقرار الهيكلي العام.

إطار المدخل الهيكلية

يُعدّ الهيكل الفولاذي ذو البوابة نوعًا شائعًا من المباني الفولاذية. يتكون هيكله الأساسي الحامل للأحمال من عوارض وأعمدة فولاذية، مما يُضفي عليه شكلًا خارجيًا يُشبه البوابة. وبحسب توفر الرافعة، يُمكن تصنيف الهياكل الفولاذية ذات البوابة إلى خفيفة الوزن بدون رافعة، وثقيلة الوزن مع الرافعة. تشمل الأشكال الإنشائية أيضًا الهياكل ذات الفتحة الواحدة، والفتحتين، والفتحات المتعددة، بالإضافة إلى تلك التي تحتوي على بروزات وأسقف متصلة.

يتراوح الامتداد المثالي لإطارات البوابات بين ١٢ و٤٨ مترًا. في حال اختلاف عرض الأعمدة، يجب محاذاة جوانبها الخارجية. يُحدد ارتفاع الإطار بناءً على الارتفاع الصافي المطلوب داخل المبنى، والذي يتراوح عادةً بين ٤.٥ و٩ أمتار. علاوة على ذلك، يجب ألا يتجاوز نطاق درجة الحرارة الطولي ٣٠٠ متر، والعرضي ١٥٠ مترًا. مع ذلك، يمكن تعديل نطاقات درجات الحرارة هذه بإجراء حسابات كافية.

يعتبر الهيكل الفولاذي البوابة شكلًا شائعًا للمباني ذات المساحة الكبيرة مثل المصانع والمستودعات الصناعية.

1. الهيكل الفولاذي ذو الامتداد الواحد

الهيكل أحادي الامتداد، المعروف غالبًا باسم "إطار البوابة ذي الامتداد الواضح"، هو هيكل بناء مكون من صفين من الأعمدة يدعمان عارضة رئيسية واحدة، ويشكلان امتدادًا واحدًا. هذا النوع من الهياكل مناسب للمصانع أحادية الامتداد، حيث يتراوح امتداده الاقتصادي عادةً بين 9 و36 مترًا. عندما يتجاوز الامتداد 36 مترًا، تنخفض الجدوى الاقتصادية للهيكل بشكل ملحوظ، ويُنصح باختيار شكل هيكلي أكثر ملاءمة.

يجب أن يكون تصميم مبنى مصنع فولاذي ذي امتداد واحد منطقيًا وعقلانيًا، مع تقسيم الوظائف بناءً على المساحة الفعلية القابلة للاستخدام. ونظرًا للمساحة الإجمالية الكبيرة للمبنى، يجب أن يراعي تقسيم المساحات القابلة للاستخدام حركة الأفراد، والتهوية الطبيعية، والتخطيط الأمثل لمخارج الطوارئ، لضمان تلبية المساحة لاحتياجات الإنتاج ولوائح السلامة.

2. الهيكل الفولاذي ذو الامتداد المزدوج

يتكون الهيكل الفولاذي مزدوج الامتداد من هيكلين متجاورين أحاديي الامتداد، يتشاركان صفًا من الأعمدة الفولاذية لتشكيل إطار مكاني متواصل. بالمقارنة مع الهياكل أحادية الامتداد، توفر الهياكل مزدوجة الامتداد مرونة أكبر في الامتداد، مما يلبي متطلبات المساحات الأكبر. كما أنها تتميز بأداء زلزالي محسّن، حيث يوفر الامتدادان المتجاوران دعمًا متبادلًا، مما يعزز الاستقرار العام.

تتميز مباني مصانع الفولاذ ثنائية الامتدادات بنطاق أوسع من التطبيقات، لا سيما في سيناريوهات الإنتاج التي تتطلب مساحات واسعة ومرونة عالية ومقاومة قوية للزلازل. ومع ذلك، بالمقارنة مع المصانع أحادية الامتدادات، قد يكون بناء هذه المصانع أكثر صعوبة وتكلفة.

3. الهيكل الفولاذي متعدد الامتدادات

يشير مصطلح الهيكل الفولاذي متعدد الامتدادات أيضًا إلى الهيكل الفولاذي ذي الامتداد الكبير ، وهو هيكل فولاذي متعدد الامتدادات ذو امتداد أفقي كبير ويحتاج إلى أن يكون مدعومًا بأعمدة فولاذية متعددة وعوارض فولاذية.

أرضيات ورش الهياكل الفولاذية متعددة الامتدادات ليست مرتفعة بشكل عام. تصميم الإضاءة الخاص بها يشبه مباني مختبرات الأبحاث العلمية الشائعة، وما إلى ذلك، ويستخدم في الغالب مخططات الإضاءة الفلورية.

تتألف مصانع الإنتاج في قطاعات معالجة الآلات والمعادن والنسيج وغيرها عمومًا من مبانٍ صناعية من طابق واحد ، ولكن وفقًا لاحتياجات الإنتاج، قد تكون هذه المصانع متعددة الطوابق، أي مصانع متعددة الطوابق مرتبة جنبًا إلى جنب بشكل متوازٍ. وقد تتشابه هذه الاحتياجات أو تختلف.

يعد امتداد الورشة وارتفاعها من العوامل الرئيسية التي يتم أخذها في الاعتبار عند تصميم الإضاءة للورشة. بالإضافة إلى ذلك، ووفقاً لاستمرارية الإنتاج الصناعي واحتياجات نقل المنتجات بين أقسام العمل، فقد تم تجهيز معظم المنشآت الصناعية برافعات يمكن أن يكون وزن رفعها خفيفاً من 3 إلى 5 طن، كما يمكن أن تصل الرافعة الكبيرة إلى مئات الأطنان .

لذلك، يتم تحقيق إضاءة المصنع عادةً بواسطة المصابيح المثبتة على دعامات السقف. عادة ما يكون الجزء العلوي من مبنى المصنع مرتفعًا، ومعظمها عبارة عن إطارات هيكلية فولاذية. عند الديكور، يجب تصميم وسائل الحماية من الحرائق والتهوية والتكييف المركزي أولاً، لأن هذه هي مرافق الأجهزة الضرورية في ديكور المصنع.

تفاصيل الهيكل الفولاذي - اختيار الامتداد

يشير امتداد الهيكل الفولاذي إلى المسافة بين طرفيه، وعادةً ما يكون امتداد عارضة أو بروز. وهو مؤشر أساسي على قوة الهيكل واستقراره، إذ يحدد قدرته على تحمل أحمال التصميم. كما أنه يؤثر بشكل كبير على تكلفته وصعوبة بنائه.

يتبع نطاق مباني الهياكل الفولاذية عمومًا الممارسة الشائعة لمعامل البناء العام. مضاعفات الثلاثة أمتار هي 18 مترًا، و21 مترًا، وما إلى ذلك، ولكن إذا كانت هناك احتياجات خاصة، فمن الممكن أيضًا ضبط حجم المعامل، ولكن يتم شراء المكونات العلوية. إنه ليس مكونًا شائعًا، بل يحتاج إلى التخصيص.

في مشاريع الهياكل الفولاذية، تتم الإشارة إلى المسافة بين محورين طوليين متجاورين بواسطة رمز التصميم. يشير الهيكل الفولاذي ذو الامتداد الكبير إلى امتداد يزيد عن (24 مترًا). يجب أن يتزامن محور تحديد المواقع مع محور الشبكة الرئيسي. يجب أن تتوافق المسافة بين خطوط تحديد المواقع مع حجم المعامل لتحديد موضع وارتفاع الهياكل أو المكونات.

ينبغي أخذ العوامل التالية في الاعتبار عند تحديد الامتداد المناسب للهيكل الفولاذي:

1. متطلبات الحمل: يجب تحديد امتداد الهيكل الفولاذي بناءً على حجم ونوع الحمل التصميمي لضمان سلامة واستقرار الهيكل الفولاذي.
2. اختيار المواد: يجب تحديد امتداد عارضة الهيكل الفولاذي بناءً على قوة وصلابة المادة لضمان قدرة الهيكل الفولاذي على تحمل الأحمال.
3. معايير التصميم: يجب حساب وتحديد امتداد الهيكل الفولاذي وفقًا لمواصفات ومقاييس التصميم ذات الصلة لضمان تصميم معقول وآمن.
4. شروط المشروع: عند تحديد امتداد الهيكل الفولاذي، يجب أيضًا مراعاة ظروف المشروع المحددة، مثل ظروف البناء والقيود المكانية.

تفاصيل الهيكل الفولاذي – مسافة العمود

هناك العديد من العوامل المؤثرة التي تحدد مسافة العمود والتباعد المناسب للإطار الفولاذي. على سبيل المثال، سيؤثر عدد أسس مباني الهياكل الفولاذية للبوابة على مسافة العمود. عدد الأساسات الخرسانية له تأثير أكبر على التكلفة الإجمالية للمشروع.

بشكل عام، فإن مسافة العمود البالغة 9 أمتار ستقلل بشكل كبير من عدد أعمال الأساس مقارنة بمسافة العمود البالغة 6 أمتار. كما أنه يؤثر على فترة البناء. سيتم تقليل عدد المكونات إذا كانت المسافة بين الأعمدة كبيرة، وهو أمر مفيد لتقليل تكاليف النقل.

كما أنه يقلل من عدد أعمال الرفع ويقصر فترة البناء. كما أن تقليل عدد الأساسات الخرسانية سيساعد في تقصير فترة البناء ويساعد المالك على استخدامها في أسرع وقت ممكن.

تفاصيل الهيكل الفولاذي - منحدر السقف

هيكل إطار منحدر السقف: سقف بناء ذو ​​ميل أكبر من أو يساوي 10° وأقل من 75°. يختلف منحدر السقف المائل بشكل كبير.

قواعد الأسطح هي كما يلي:

• يجب استخدام السقف الذي يبلغ منحدره الواحد أكبر من 9 أمتار للعثور على المنحدر الهيكلي، ويجب ألا يقل المنحدر عن 3٪.
• عند البحث عن المنحدرات بمواد يمكن استخدام مواد خفيفة أو طبقات عازلة للعثور على المنحدرات، ويجب أن يكون الميل 2%.
• يجب ألا يقل المنحدر الطولي للميزاب والأفاريز عن 1%، ويجب ألا يتجاوز قطرة الماء في قاع الميزاب 200 مم؛ يجب ألا يتدفق تصريف الميزاب والأفاريز من خلال وصلات التشوه وجدران الحماية.

تفاصيل الهيكل الفولاذي - مكونات الهيكل الفولاذي

الأعمدة الفولاذية: تُعدّ الأعمدة الفولاذية من المكونات الأساسية الحاملة للأحمال في الهياكل الفولاذية، حيث تدعم وزن الهيكل بأكمله. ويختلف حجمها وعددها تبعًا للاحتياجات المحددة لتلبية مختلف تصاميم المباني ومتطلبات الأحمال.

العوارض الفولاذية: هي العناصر الأفقية الرئيسية التي تربط الأعمدة الفولاذية، وتُستخدم لدعم ونقل الأحمال. تُصنع عادةً من عوارض على شكل حرف I أو مقاطع فولاذية أخرى، مما يوفر مقاومة ممتازة للانحناء. يتم تحديد طول العوارض وأبعاد مقطعها العرضي بناءً على طول الامتداد والحمل ومتطلبات الدعم.

الدعامات والوصلات: تُصنع الدعامات الصلبة من مقاطع فولاذية مدرفلة على الساخن، وعادةً ما تكون من الفولاذ الزاوي. أما الدعامات المرنة فتُصنع من الفولاذ الدائري. والوصلات عبارة عن أنابيب فولاذية دائرية تتحمل الضغط، وتشكل مع الدعامات نظامًا مغلقًا لتحمل الأحمال.

مدادات السقف وعوارض الجدران: تُصنع عادةً من الفولاذ ذي المقطع العرضي C أو Z. وهي تتحمل القوى المنقولة من ألواح السقف والجدران، وتنقل هذه القوى إلى الأعمدة والعوارض.

الوصلات: هي نقاط التقاء أو اتصال المكونات في الهيكل الفولاذي. يُعد تصميم الوصلات وبناؤها أمراً بالغ الأهمية لاستقرار الهيكل بأكمله وسلامته. غالباً ما تُدعّم الوصلات بمكونات مثل ألواح وألواح التسليح لزيادة قدرتها على تحمل الأحمال واستقرارها.

في بناء الهياكل الفولاذية، تُرتَّب هذه المكونات وتُوصَل بذكاء لتكوين هيكل عام مستقر وآمن. تجدر الإشارة إلى أن نوع وعدد المكونات في الهيكل الفولاذي قد يختلفان باختلاف التصميم والاستخدام.

خصائص الهيكل الصلب:

1. قوة مادية عالية

على الرغم من أن الكثافة الظاهرية للفولاذ أكبر، إلا أن قوتها أعلى بكثير. بالمقارنة مع مواد البناء الأخرى، فإن نسبة الكثافة الظاهرية إلى نقطة الخضوع للفولاذ هي الأصغر.

شنومكس

عادة ما يكون محتوى الفولاذ للهيكل الرئيسي لمبنى الهيكل الفولاذي حوالي 25 كجم/-80 كجم، ووزن اللوحة الفولاذية الملونة أقل من 10 كجم. الوزن الذاتي للهيكل الفولاذي هو فقط 1/8-1/3 من الهيكل الخرساني، مما يمكن أن يقلل بشكل كبير من تكلفة الأساس.

3. آمنة وموثوق بها

الفولاذ عبارة عن نسيج، وتباين، ومعامل مرونة كبير، ولدونة جيدة، وصلابة. يتم حسابه وفقًا لهذا المنزل ذو الهيكل الفولاذي. دقيقة وموثوقة.

4. الإنتاج الصناعي

يمكن إنتاجه بكميات كبيرة على دفعات بدقة تصنيع عالية. إن طريقة البناء لتصنيع المصنع وتركيب الموقع يمكن أن تقصر فترة البناء بشكل كبير وتحسن الفوائد الاقتصادية.

5. جميل

إن غلاف الهيكل الفولاذي للمبنى مصنوع من صفائح فولاذية ملونة، وعمر الخدمة هو 30 عامًا دون أن يتلاشى أو يتآكل. نظرًا لتنوع ألوان الألواح الفولاذية، تكون خطوط المبنى واضحة، والمظهر مريح، وأسهل في التشكيل.

6. إعادة الاستخدام

يتم توصيل الإطار الرئيسي لمبنى الهيكل الفولاذي بمسامير عالية القوة، ويتم توصيل لوحة العلبة بواسطة براغي ذاتية التنصت. أنها مريحة للتفكيك.

7. حسن الأداء الزلزالي

نظرًا لأن المكون الرئيسي الحامل لمبنى الهيكل الفولاذي هو الهيكل الفولاذي، فإن صلابته ومرونته كبيرة نسبيًا. إن مقاومة القص والالتواء للمدادات والدعم بين الأعمدة والكمرات تعزز بشكل كبير استقرار الهيكل العام.

8. نطاق تطبيق واسع