مبادئ التصميم لاستقرار الهيكل الصلب

الملخص: باعتباره الشكل الإنشائي الرئيسي في التصميم المعماري، الهيكل الصلب يستخدم على نطاق واسع في تصميم ورش عمل كبيرةوالجسور والمباني الشاهقة. يتمتع فولاذ البناء المستخدم في الهيكل الفولاذي بالعديد من المزايا مثل مقاومة التشوه ومقاومة التآكل ومقاومة الزلازل ومتطلبات حماية البيئة، لذلك يمكن استخدامه على نطاق واسع في مجال التصميم المعماري.

عندما يتم استخدام الهياكل الفولاذية في مشاريع البناء، فإن استقرارها الهيكلي، كمؤشر حاسم، يحدد بشكل مباشر جودة المباني وعمرها الخدمي. مرتكز على K-homeسنوات من الخبرة في التصميم المعماري، تناقش هذه الورقة استقرار الهياكل الفولاذية في هندسة البناء وتوفر مراجع للقضايا المقابلة.

مقدمة

في التطور الطويل لتكنولوجيا هندسة البناء، يحتل الهيكل الفولاذي مكانة مهمة. في الوقت الحاضر، باعتباره هيكلًا معماريًا سائدًا، يتم استخدامه على نطاق واسع في التصميمات المعمارية المختلفة، خاصة في المصانعوالجسور والمطارات والمسارح والمباني الشاهقة. وغيرها من المباني الكبيرة.

في القرن الماضي، نظرًا لتكنولوجيا صهر الفولاذ المتخلفة والمحتوى العالي من الكربون في فولاذ البناء، فإن صلابتها ومقاومتها للتآكل جعلت الهياكل الفولاذية غير ذات قيمة في مجال التصميم المعماري، وتم تهميشها وكاد يتم القضاء عليها في السابق.

في السنوات الأخيرة، مع التقدم المستمر في تكنولوجيا صهر المعادن، تم إنتاج فولاذ البناء عالي القوة والمتانة والمقاوم للتآكل على نطاق واسع، وقد تم تفضيل الهياكل الفولاذية من قبل المهندسين المعماريين مرة أخرى، ويتم استخدامها بشكل متزايد في مشاريع مختلفة. أثناء البناء، لعبت دورًا إيجابيًا في تقليل الوزن الهيكلي الإجمالي للمبنى وتحسين السلامة العامة للمبنى.

مع التطور المستمر لتكنولوجيا البناء، أصبح استخدام الهياكل الفولاذية أكثر وأكثر اتساعًا، وقد وضعت ظروف الاستخدام المعقدة المختلفة اختبارًا صارمًا لاستقرارها.

مفهوم الهيكل الصلب

كما يوحي الاسم، الهيكل الفولاذي هو نوع من هياكل البناء التي تستخدم الفولاذ كمادة خام رئيسية للبناء الهيكلي. من خلال مكونات فولاذية مختلفة مثل العوارض الفولاذية والألواح الفولاذية والأعمدة الفولاذية، يتم استخدام اللحام والتثبيت وطرق الاتصال الأخرى للربط والتجميع لبناء المباني الكبيرة. تستخدم الهياكل الفولاذية أنواعًا مختلفة من الفولاذ كمواد رئيسية.

يختلف الفولاذ عن الخرسانة العادية ومواد البناء الأخرى، ويتميز بخصائص الوزن الخفيف والمتانة القوية وما إلى ذلك، ويمكنه تحمل قوى أكبر. ولذلك، غالبا ما يستخدم تصميم الهياكل الفولاذية في تصميم المباني الكبيرة والمتوسطة الحجم. يتمتع الهيكل الفولاذي بهيكل مستقر ولا يتشوه بسهولة، مما يوفر أمانًا واستقرارًا جيدًا للمبنى. ومع ذلك، في بعض الحالات الخاصة، قد يحدث أيضًا عدم استقرار الهيكل الفولاذي.

هناك حالتان شائعتان: الأولى هي أن الضغط الزائد يؤثر بشكل مباشر على نقطة توازن القوة، مما يؤدي إلى ضغط غير متساوٍ على الهيكل ككل. والآخر هو أنه بسبب الاستخدام طويل الأمد للأعضاء الهيكلية الفولاذية، يعاني الهيكل الداخلي من مشاكل مثل التعب العقلي، ويفقد الهيكل الداخلي وظيفته الداعمة، مما يؤدي إلى عدم استقرار الهيكل العام.

قبل تصميم الهيكل الفولاذي، من الضروري توضيح خصائص الاستقرار لهذا الهيكل، وذلك للحصول على عملية تصميم مستهدفة، وتجنب نقاط الضعف الهيكلية، وإفساح المجال كاملاً لمزايا الهياكل الفولاذية، وجعل الهياكل الفولاذية في المباني تلعب بشكل أفضل دور.

مبادئ تحسين استقرار تصميم الهياكل الفولاذية

يعد استقرار الهيكل الفولاذي العامل الأكثر أهمية في تصميم الهيكل الفولاذي. في الممارسة الهندسية طويلة المدى والبحث النظري، قام المهندسون والفنيون بتلخيص ثلاثة مبادئ تصميمية لتحسين استقرار الهيكل الفولاذي.

1. مبدأ الاستقرار

يتطلب مبدأ استقرار تصميم الهيكل الفولاذي أنه في مرحلة رسم المخطط التخطيطي لتصميم الهيكل الفولاذي، يجب رسم المخطط التخطيطي للهيكل الفولاذي وفقًا للمتطلبات المقابلة للمباني المختلفة، مع التركيز على ضمان أجزاء الدعم في الرسم التصميمي للهيكل الفولاذي وضمان دعم الاستقرار في مستوى الموقع.

إن استقرار الهيكل الفولاذي على المستوى هو جوهر وأساس الاستقرار الشامل للهيكل الفولاذي بأكمله. فقط من خلال ضمان بقاء مكونات الهيكل الفولاذي مستقرة على المستوى، يمكننا تجنب عدم استقرار المواضع الفردية أثناء عملية البناء ثلاثية الأبعاد اللاحقة.

2. مبدأ الوحدة

الحساب الدقيق هو الفرضية والأساس لتصميم الهيكل الفولاذي. عند تصميم إطارات الهيكل الفولاذي، يجب تحديد طريقة الحساب وقيم المعلمات المتوقعة وفقًا للعلاقة المتوازنة بين الإطار المحدد والإطار.

هذه الخطوة هي المفتاح لحساب القوة لتصميم الهيكل الفولاذي بأكمله. وصلة. ومع ذلك، من الناحية العملية، سيعتمد العديد من المصممين كثيرًا على الخبرة الشخصية، ويقومون مباشرة بإجراء حساب ثبات إطار الهيكل الفولاذي وفقًا لخبرتهم الخاصة ويتجاهلون خطوات حساب التوازن.

تفتقر طريقة التشغيل هذه إلى بيانات حسابية علمية وشاملة، ومن السهل أن تسبب أخطاء في حساب العلاقة المستقرة. ونتيجة لذلك، فإن تصميم الهيكل الفولاذي يفشل في تلبية متطلبات القوة الهيكلية للمبنى، مما يؤدي إلى مخاطر محتملة على السلامة.

لذلك، يجب إجراء حساب التوازن وحساب الاستقرار في نفس الوقت، ولا غنى عنهما ويجب توحيدهما.

3. مبدأ التعاون

يتكون الهيكل الفولاذي بالكامل من مكونات هيكل فولاذي مفردة متعددة من خلال اللحام، التثبيت، التثبيت اللولبي ووسائل التوصيل الأخرى، ويشكل أخيرًا هيكل بناء كبير. [3] لذلك، في عملية تصميم الهيكل الفولاذي، يجب مراعاة تنسيق المكونات الهيكلية المختلفة، سواء كانت المكونات الكبيرة أو الصغيرة بحاجة إلى التعاون مع بعضها البعض، وأخيرًا يمكن دمجها بشكل مثالي في هيكل فولاذي صلب ككل. في تصميم الهيكل الفولاذي، لا يمكن النظر في استقرار مكون هيكل فولاذي واحد فقط، ويجب مراعاة ظروف جميع المكونات بشكل شامل، ويجب إجراء حساب دقيق للتركيبة. فقط عندما يكون كل مكون متطابقًا تمامًا، يمكن للهيكل بأكمله أن يكون مستقرًا للغاية، ويزيد دور كل مكون إلى أقصى حد، ويضمن القوة الإجمالية للهيكل.

النقاط الرئيسية لتصميم استقرار الهيكل الصلب

1. تصميم القوة

أحد أهم مؤشرات الهيكل الفولاذي هو مستوى الضغط. عند التصميم، فإن قدرة تحمل الهيكل الفولاذي هي الاعتبار الأول.

يعتمد الهيكل الفولاذي عمومًا تصميمًا على شكل حرف T أو على شكل حرف L، وهو ما يعتبر استقرارًا للهيكل. إن استخدام هذين الشكلين يمكن أن يؤدي إلى تشتيت الوزن الإجمالي للمبنى وتحقيق غرض الدعم المتوازن.

في ممارسة هندسة البناء، الهيكل الفولاذي هو هيكل شائع على محيط المبنى، والذي يلعب دورًا في دعم المبنى. في التصميم العام للمبنى، يجب أن يتبع استخدام الهياكل الفولاذية مبدأ التماثل قدر الإمكان.

والغرض من ذلك هو السماح لكل هيكل فولاذي بتحمل قوة المبنى بأكمله بالتساوي ومنع الهياكل الفولاذية الفردية من تحمل ضغط أكثر أو أقل من اللازم.

بالإضافة إلى ذلك، تختلف أيضًا متطلبات الضغط والثبات للأجزاء المختلفة من الهيكل الفولاذي. على سبيل المثال، شرط الدعم الثابت في الهيكل الفولاذي هو منع الإزاحة، لذا يجب أن تكون قدرة الدعم لهذا الجزء عالية، ولكن بالنسبة لإطار العارضة الفولاذية، بالإضافة إلى لعب دور داعم طولي، فهو أيضًا ضروري من الضروري النظر في منع حدوثه في وضع أفقي.

يجب أن تنعكس خصائص الضغط للأجزاء المختلفة من الهيكل الفولاذي في التصميم لتجنب عدم الاستقرار بسبب عدم الاهتمام الكافي. أخيرًا، تعتبر عملية البناء المحددة للهيكل الفولاذي مهمة جدًا أيضًا. يجب على موظفي البناء في الموقع اتباع رسومات التصميم بدقة، وتقليل أخطاء البناء، وتعزيز التعاون المتبادل بين الإدارات، وتنفيذ البناء بما يتفق بدقة مع المعايير، وتعزيز إدارة التفاصيل.

2. تصميم مضاد للتآكل

سوف تتعرض المباني للتآكل في ظل ظروف طبيعية مختلفة عند استخدامها في بيئات مختلفة. في ظل بيئات الاستخدام الخاصة مثل الرطوبة ورذاذ الملح، بسبب الخصائص المتأصلة للمعادن، فإنها تتآكل بسهولة وتؤثر على استقرارها.

بشكل عام، المواد المعدنية عرضة لكل من التآكل الجلفاني والتآكل الكيميائي. لقد طور علم المواد الحديث طلاءات مضادة للتآكل تناسب الظروف البيئية المختلفة لبيئة استخدام المعادن المستخدمة في البناء.

في البيئة الرطبة، يمكن أن يؤدي تلطيخ الطلاء المضاد للتآكل على سطح الهيكل الفولاذي إلى عزل الماء والهواء، وهما عاملان رئيسيان يسببان تآكل المعدن، ويمنعان الهيكل الفولاذي من التآكل. بالنسبة للهياكل الفولاذية المستخدمة في البيئات عالية الملوحة، فمن السهل أن تسبب تآكلًا كهروكيميائيًا مع أيونات الصوديوم في مياه البحر.

وفقا لمبدأ التفاعل الكهروكيميائي، تصبح المادة المعدنية واحدة من المنتجات. هذه الطريقة يمكن أن تحل مشكلة الهياكل الفولاذية. مشكلة التآكل، وذلك لضمان قوة الهيكل الفولاذي نفسه وتحقيق استقرار الهيكل.

3. التصميم المتعلق بالاستقرار

في عملية تصميم وبناء الهيكل الفولاذي، بالإضافة إلى إكمال حساب الثبات، من الضروري أيضًا تعزيز فحص الهيكل الفولاذي بأكمله. يعد الفحص الصارم هو الرابط الرئيسي لضمان أن مواد الهيكل الفولاذي مؤهلة وتلبي متطلبات التصميم. تعد طريقة حساب الضغط الحرج طريقة شائعة للتنبؤ بقيمة الضغط للهياكل الفولاذية أثناء الاستخدام الفعلي وغالبًا ما تستخدم لاختبار الهياكل الفولاذية.

عندما تتجاوز نتيجة قياس الضغط على الهيكل الفولاذي القيمة الحرجة، فهذا يثبت أن استقراره قد تم تدميره، ويجب تعديل تصميم الإجهاد للهيكل الفولاذي في الوقت المناسب لتجنب عدم الاستقرار.

انتبه إلى تحليل القوة لكل جزء داخل الهيكل الفولاذي، وتحسين تفاصيل القوة للأجزاء، وتجنب مشكلة القوة غير المتساوية والتأثير على السلامة الهيكلية الشاملة. خلاصة القول، إن استقرار الهيكل الفولاذي له تأثير حاسم على السلامة العامة وعمر الخدمة للمبنى.

في عملية تصميم الهيكل الفولاذي، يجب على المصمم إجراء حسابات دقيقة، والنظر بشكل شامل في علاقة القوة بين المكونات، وإجراء معالجة جيدة ضد التآكل للصلب، وتجنب عيوب الهيكل الفولاذي إلى أقصى حد، وإعطاء كامل اللعب على مزايا الهيكل الفولاذي، وبالتالي تعزيز التقدم المستمر للتصميم المعماري.