المنشات الفولاذية تعد احد دعائم البناء في الهندسة المدنية لما لها من اهمية كبيرة في مجال انشاء ابنية كبيرة وذات فائدة كبيرة على قطع ارض وبفضاءات واسعة يمكن الاستفادة منها بشكل كبير.
المنشآت الفولاذية Steel Constructions
تستخدم المنشات الفولاذية عند الحاجة لاعطاء فضاءات كبيرة ، وعندما لا يشكل العمق في الروافد ضرر في استخدام المنشأ كما في مسنمات المخازن الكبيرة والابنية الصناعية والورش وحضائر الطائرات ومضلات الانتظار ، وتكون عادة ذات طابق واحد.
تصمم الروافد غالبا في مثل هذه الحالات تبعا لنظرية المسنمات ( كتيفة مسنمة ) وتستخدم الهياكل الفولاذية في الابراج وخزانات مياه الشرب والوقود ، وكذلك في انشاء الأبنية الهيكلية لطوابق متعددة ، وتكون اقتصادية عندما يزيد عددها على
العشرين طابقا، حيث أن استخدام هيكل من الخرسانة المسلحة يجعل مقاطع الاعمدة في الطوابق السفلى كبيرة مما يقلل من حجوم الفضاءات المستغلة بالنسبة لمساحة المنشأ.
تتميز المنشات الفولاذية بسرعة انشائها اذ ان اكثر العمل يجري ويهيأ في المعمل وان ما ينجز في مواقع المنشأ هو اعمال التركيب والربط والتثبيت فقط.
تتكون المنشات الفولاذية من مقاطع قياسية وتقرأ هذه المقاطع باشكالها ويرمز لها بالرموز المؤشرة :
- مقطع بشكل حرف (I (I beam
- مقطع بشكل حرف (T (T beam
- مقطع بشكل حرف (Z ( Z beam
- مقطع I العريضة ( WF (Wide Flanged
- زاوية متساوية الأضلاع (L (Equal Angle
- زاوية غير متساوية الأضلاع Unequal Angle) L)
- صفائح Plate) PL )
- مقطع قناة Channel) C)
المنشات الفولاذية
وعندما يكون المقطع القياسي غير كاف لتحمل الاحمال بشكل منفرد فيمكن ثبيت مقاطع قياسية مختلفة مع بعضها او باشكال مختلفة بواسطة مسامير برشام (RIvets) او صامولات (Bolts) او لحام (Welling) لتكوين المقاطع المركبة .
تكون مسامير التثبيت عادة بصف واحد أو صفين متجاورين بالتقابل او بالتبادل وتكون الخطوة (Pitch) بين مسمارين متجاورين تتراوح بين ( 2- 9) أمثال قطر المسمار ، وتكون مسافة البداية والنهاية على الأقل (۱) قطر المسمار.
كما يجب أن يكون الثقب المعد للمسمار يزيد على قطر المسمار ب ( 1-2 ملم ) .
تصدر المعامل المصنعة للمقاطع الفولاذية جداول تحدد فيها المواصفات والا بعاد الحقيقية والخصائص الأخرى المتعلقة بالمقاطع.
تشید المنشآت الفولاذية من اعضاء (Members) ذات مقاطع قياسية منفردة أو مركبة ، كل حسب طبيعة القوى التي ينقلها لتكون الأعضاء الرئيسة الآتية :
الاعمدة والدعامات Columns and Stanchions
وهي الاعضاء العمودية التي تستند عليها نهايات الحمالات والروافد وتنقل الحمل المركزي بصورة عمودية إلى الأسفل واما ان تكون اعمدة بسيطة بمقاطع قياسية منفردة او اعمدة مركبة مقاطع قياسية مختلفة مربوطة بواسطة براشيم او صامولات أو لحام
الحمالات والروافد Beams and Girders
وهي الأعضاء الأفقية التي تقوم بنقل الثقل الساقط عليها إلى الأعمدة واما ان تكون حمالات بسيطة بمقاطع قياسية منفردة ، ويعتبر مقطع اقتصاديا حيث تقوم الصفائح الأفقية في المقطع (Flanges تحمل قوى الضغط والشد وبعيدة نظريا عن المستوى المحايد للمقطع (Neutral Plane) في حين تقوم الصفائح العمودية في المقطع (Webs) بمقاومة قوى القص او ان تكون الحمالات والروافد بمقاطع مركبة من مقاطع قياسية مختلفة يؤخذ بنظر الاعتبار عند تنظيمها وربطها .
يراعى عند رسم المقاطع والتوصيلات في المنشآت الفولاذية الملاحظات الآتية :
يكون مقياس الرسم عادة 1:5,1:10 ,1:20 وفي الحالات التي تكون ابعاد المنشأ كبيرة يرسم الشكل العام بمقياس رسم صغير ثم ترسم التفاصيل بالمقياس اعلاه. توضع القياسات على خطوط الأبعاد التي يجب أن تبتعد عن حدود الجزء المقاس بمسافة ملائمة . يرمز لمسمار البرشام الرأسي بخطين متقاطعين بشكل علامة (+) يمثلان محورية في مسقطه الأفقي ، وبخط واحد ([) في مسقطه الراسي او الجانبي. تحدد عدد المسافات المسامير والخطوة على خط الابعاد كما في مسافة البداية والنهاية لاول واخر مسمار. تكتب ابعاد المقاطع القياسية ورموزها على الرسم وفي بعض الاحيان يرمز للمقطع بارقام أو حروف وتنظم قياساته بجداول .
المسنمات الشبكية ( الجملونات ) (Trusses)
تعتبر المسنمات الشبكية (Trussed Girder) وتکوں من الروافد المكتفة مسطحة او بميل قليل او شد ید حسب المتطلبات المعمارية والانشائية .
تستعمل المسنمات عادة لتحقيق فضاءات كبرى وارتفاعات عالية في المنشات ذات الطابق الواحد او سقف الطابق الأخير في ابنية متعددة الطوابق.
تتكون المسنمات من مقاطع فولاذية قياسية مستقيمة تقع في مسترق وأحد وتتصل أطرافها اتصالا مفصليا مكونة اعضاء علوية تسمى الوتر العلوي (Top chord members) واعضاء سفلية تسمى الوتر السفلى (Bottom chord members) واعضاء
رأسية (Vertical members) واعضاء قطرية (Diagonal Members).
تربط المسنمات الشبكية مع بعضها باعضاء تکتیف افقية (Bracing) من اعلى المسنم أو اسفله وهذا ضروري بالنسبة للمسنمات الخارجية وعند المفاصل لضمان استقرارية المسنمات.
المنشات الفولاذية
تحمل المسنمات الشبكية عادة احمالا خفيفة وتصمم لاسناد اوزانها الذاتية واحمال الرياح واحمال اسمية لأغراض الصيانة فقط، وتؤثر هذه الأحمال في مفاصل الجملون بشكل اجهادات محورية وبدون عزوم انحناء .
تعرف المسنمات الشبكية بتسميات خاصة تبعا لشكلها الخارجي كالمسنمات المسطحة ونصف المسطحة والمسنم بانحدار شدید والمسنم المقصي او قليلة الانحدار او المتدرج.
وتشمل الاجهادات المحورية قوی شد او ضغط تمرکزي وتسمى الأعضاء التي تقاوم قوى الدفع بالدوافع Compression Members، والاعضاء التي تقاوم قوى الشد بالشدادات (Tension Members) وتربط الاعضاء ببعضها في منطقة المفاصل باستعمال صفائح تقوية بسمك كاف (Plates Gusset).
تبعد المسنمات الشبكية عن بعضها بمسافات أو فسح (Bays) تعتمد على طبيعة الأحمال المسلطة عليها ومتانة الهيكل ، وتكون عادة متساوية وبحدود (6 أمتار ) .
بعد تثبيت المسنمات على مساندها تربط من الاعلى مع بعضها بطراحيات (Purlin) تكون بمقاطع مختلفة منها الساقية أو الزاوية أو على شكل حرف (z) والاخير اكثر شيوعا تربط عليها الألواح المعدنية أو الاسبستية المضلعة بواسطة عکفات التثبيت (Hooks) بشكل (ل ) لتكون سقيفة المسنم .
ويفضل اسناد اللوحة الواحدة إلى ثلاثة طراحيات لغرض التثبيت الجيد ومقاومة الاهتزاز عند تعرضها للرياح ، كما يتطلب تشكيل الألواح طولية على بعضها بمسافة (10 سم ) على أن يكون مفصل التشكيل على عكس اتجاه سير مياه المطر على السطح.
وتشكل الألواح عرضيا بموجتين من تموجات اللوحة ، كما يلاحظ أن تكون عكفة التثبيت في اعلى التموج وذات غطاء ( واشر ) معدني وآخر مطاطي لمنع تسرب مياه الأمطار من خلال ثقوب العكفات أو أن تعرف تبعا لتركيبها الشبكي كالترتيب على شكل (N-Truss) وعلى شكل حرف (W) وعلى شكل حرف (K).
كما يمكن ان تكون المسنمات الشبكية بفضاء واحد أو أكثر.
ملاحظات مهمة يجب مراعاتها في رسم المسنمات الشبكية
- عند رسم تفاصيل مفاصل المسنمات الشبكية يجب أن تكون الخطوط المارة بمراكز ثقل الأعضاء المكونة للمفصل (Gravity Lines) ملتقية في نقطة واحدة ، لجعل عزم انحناء المفصل يساوي صفر ضمانا لاستقرارية المفصل انشائيا.
- عند تحديد اشكال صفائح الربط وقياساتها في المفصل (Gusset Plates) يراعى أن تكون الزوايا الداخلية لصفيحة الربط لا تزيد على زاوية مستقيمة وأن تبتعد نهايتها عن آخر مسمار بمسافة لا تقل عن مرة ونصف بقدر قطر المسمار، كما يفضل استخدام سمك واحد لكافة صفائح الربط في مفاصل المسنم الواحد.
- في مناطق جلوس المسنمات على مساندها تستعمل صفيحتان بسمك كبير ( بالقدر الذي لا يسمح بتقوسها ) الأولى تثبت في نهاية المسنم ، والثانية تثبت افقيا على المسند، يربطان مع بعضهما عند التركيب بشكل يعطي لاحدى النهایتین مجالا للانزلاق (Sliding) بحيث تسمح لحركة المسنم افقيا عند التمدد والتقلص او حركته بتاتير الرياح.
الهياكل ( الاطر) الفولاذية (Steel Frames)
تعمل هياكل الأطر الفولاذية كبديل عن المسنمات الشبكية الفضاءات كبيرة قد تصل إلى (10 مترأ )، هناك هياكل احادية بفضاء واحد، وهياكل ثنائية لتسقيف فضائین أو ثلاثة فضاءات وقد تكون بارتفاع واحد أو مختلفة الارتفاعات.
تنتج بابعاد قياسية ، وتتكون هياكلها من مقاطع فولاذية مركبة أو مشبكة ، ومن محاسن الهياكل الفولاذية انها تكون خفيفة الوزن مقارنة بالمسنمات الشبكية الأخرى ويمكن فكها ونقلها كأجزاء التركيب وتستعمل ثانية في مواقع اخرى .
تكون الهياكل الفولاذية بمقطع ثابت و متغیر وعند ذلك تحتاج إلى صفائح تقوية في المفاصل وعند تغير اتجاه المقطع لمنع التحدب والانبعاج ، وتحتاج إلى رباط عند المساند لمنع الدحرجة والانزلاق الجانبي .
يمكن متابعة باقي المواضيع الهندسية بالضغط على الهندسة المدنية