ما هي المباني الخرسانية الشاهقة؟
المباني الخرسانية الشاهقة: هي مباني متعددة الطوابق يزيد ارتفاعها عن 21 مترًا أو من 21 إلى 29 طابقًا بارتفاع غير معروف يوصف بأنه مبنى شاهق. كما تتوفر أنظمة هيكلية مختلفة لاستخدامها في تشييد المباني الشاهقة. حيث أنه في هذه المقالة، سيتم تقديم أنواع مختلفة من الأنظمة الهيكلية الشاهقة.
ما هي أنواع الأنظمة الإنشائية للمباني الشاهقة؟
1. النظام الهيكلي الداعم:
- الإطارات ذات الدعامة عبارة عن دعامات عمودية ناتئة تقاوم الأحمال الجانبية بشكل أساسي أعضاء قطرية تشكل مع العوارض شبكة الجمالون الرأسي، حيث تعمل الأعمدة كالحبال.
- تعمل أعضاء الدعامة على التخلص من الانحناء في العوارض والأعمدة.
- يتم استخدامه في البناء الفولاذي. وهذا النظام مناسب للمباني متعددة الطوابق في نطاق الارتفاع المنخفض إلى المتوسط.
- فعّالة واقتصادية لتعزيز الصلابة الجانبية ومقاومة نظام الإطار الصلب.
- يسمح هذا النظام باستخدام أعضاء نحيلة في المبنى. ومن المزايا البارزة للإطار المدعم أنه يمكن أن يكون متكررًا على ارتفاع المبنى مع توفير اقتصادي واضح في التصميم والتصنيع.
2. النظام الهيكلي الصلب:
- في هيكل الإطار الصلب، يتم إنشاء العوارض والأعمدة بشكل موحد لتحمل اللحظات المفروضة بسبب الأحمال.
- تعتمد الصلابة الجانبية للإطار الصلب على صلابة الانحناء للأعمدة والعوارض والوصلات في المستوى.
- يمكن استخدامه أيضًا في الإنشاءات الفولاذية، لكن التوصيلات ستكون مكلفة.
- تتمثل إحدى مزايا الإطارات الصلبة في احتمال تخطيط النوافذ وتركيبها بسبب الترتيب المستطيل المفتوح.
- يتحمل أعضاء نظام الإطار الصلب عزم الانحناء وقوة القص والأحمال المحورية.
- يمكن تشييد المباني المكونة من 20 إلى 25 طابقًا باستخدام نظام الإطار الصلب.
- تشمل مزايا الإطار الصلب سهولة البناء ، ويمكن للعمال تعلم مهارات البناء بسهولة والبناء بسرعة ويمكن تصميمه اقتصاديًا.
- يبلغ الحد الأقصى لمدى الحزمة 12.2 مترًا وستعاني حزم الامتداد الأكبر من انحراف جانبي.
- العيب هو أن الوزن الذاتي يقاوم بفعل الإطارات الصلبة.
3. نظام الإطار الجداري:
- يتكون من جدار وإطار يتفاعلان أفقيًا لتوفير نظام أقوى وأكثر صلابة.
- عادة ما تكون الجدران صلبة (غير مثقبة بالفتحات) ويمكن العثور عليها حول السلالم أو أعمدة المصاعد أو في محيط المبنى.
- قد يكون للجدران تأثير إيجابي على أداء الهياكل مثل منع الانهيار الناعم للطوابق.
- نظام الإطار الجداري مناسب للمباني التي يتراوح عدد طوابقها من 40-60 طابقًا وهو أكبر من نظام القص أو الإطار الصلب بشكل منفصل.
- توفر الإطارات الداعمة والأطر الصلبة الفولاذية مزايا مماثلة للتفاعل الأفقي.
4. نظام جدار القص:
- إنه جدار رأسي مستمر مبني من الخرسانة المسلحة أو جدار البناء.
- تتحمل جدران القص كلاً من الجاذبية والأحمال الجانبية، وتعمل كحزمة ناتئة ضيقة عميقة.
- إنّه مناسبة للغاية لتدعيم المباني الشاهقة سواء من الخرسانة المسلحة أو الهياكل الفولاذية. هذا لأن جدران القص لها صلابة.
- يُعد نظام جدار القص مناسبًا للفنادق والمباني السكنية حيث يسمح التخطيط المتكرر من طابق إلى آخر للجدران بأن تكون مستمرة رأسياً.
- قد يكون بمثابة عوازل صوتية وحرائق ممتازة بين الغرف والشقق.
- يمكن أن يكون النظام الإنشائي لجدار القص اقتصاديًا حتى 35 هيكلًا للمبنى.
- لا يلزم أن تكون جدران القص متناظرة في الخطة ، ولكن يفضل التناسق لتجنب التأثيرات الالتوائية.
5. النظام الهيكلي الأساسي والركائز:
- الركيزة عبارة عن هياكل أفقية صلبة مصممة لتحسين صلابة وقوة قلب المبنى من خلال توصيل اللب أو العمود الفقري بالأعمدة الخارجية المتقاربة
يحتوي اللب المركزي على جدران القص أو الإطارات المقواة.
- تعمل أنظمة الدعامة من خلال ربط نظامين هيكليين (نظام أساسي ونظام محيط)، وجعل المبنى يتصرف تقريبًا مثل ناتئ مركّب.
- الركائز على شكل جدران في مبنى من الخرسانة المسلحة ودعامات في الهياكل الفولاذية.
- يمكن أن توفر أنظمة الركائز متعددة المستويات ما يصل إلى خمسة أضعاف المقاومة اللحظية لنظام الركيزة الفردي.
- من الناحية العملية، يتم استخدام أنظمة مداد للمباني حتى 70 طابقًا. ومع ذلك، يمكن استخدامه للمباني العالية.
- لا يقتصر الأمر على انخفاض نظام الركيزة في تشوهات المباني الناتجة عن لحظات الانقلاب ولكن أيضًا يتم تحقيق قدر أكبر من الكفاءة في مقاومة القوى.
6. نظام هيكل الإطار المملوء:
- يتكون نظام هيكل الإطار المملوء من إطار العارضة والعمود الذي تم ملؤه ببعض الخلجان بالبناء أو الخرسانة المسلحة أو جدران الكتل.
- يمكن أن تكون جدران الملء جزئية الارتفاع أو تملأ الإطار بالكامل.
- قد تكون الجدران متصلة بالقوالب وقد لا تكون كذلك.
- كبيرة في صلابة الخطة وقوة الجدران تمنع ثني الحزم والأعمدة تحت الأحمال الأفقية. نتيجة لذلك، سيتم تحسين الأداء الهيكلي للإطار.
- أثناء الزلزال، تتشكل دعامات ضغط قطرية في الحشوات بحيث يتصرف الهيكل بشكل أشبه بإطار مقوس بدلاً من إطار اللحظة.
- يمكنها تشييد ما يصل إلى 30 طابقًا.
7. النظام الهيكلي للّوح المسطح:
- يتكون هذا النظام من ألواح (مسطحة أو صفيحة) متصلة بأعمدة (بدون استخدام عوارض).
- اللوح المسطح عبارة عن نظام تأطير خرساني مقوى ثنائي الاتجاه يستخدم لوحًا بسماكة موحدة، وهو أبسط الأشكال الهيكلية.
- اللوح المسطح عبارة عن نظام هيكلي مقوى ثنائي الاتجاه يتضمن إمّا ألواحًا مُسقطة أو تيجان أعمدة على أعمدة لمقاومة الأحمال الثقيلة وبالتالي السماح بمسافات أطول.
- تعتمد المقاومة الجانبية على صلابة الانحناء للمكونات ووصلاتها، حيث تتوافق اللوح مع عارضة الإطار الصلب.
- مناسبة لبناء ما يصل إلى 25 طابق.
8. نظام هيكل الأنبوب:
- يتكون هذا النظام من أعمدة وعوارض خارجية تشكل إطارًا صلبًا وجزءًا داخليًا من النظام وهو إطار بسيط مصمم لدعم أحمال الجاذبية.
- يتصرف المبنى مثل الأنبوب المجوف المكافئ.
- إنّه اقتصادي إلى حد كبير ويحتاج إلى نصف المواد المطلوبة لبناء المباني المؤطرة العادية.
- تقاوم الأحمال الجانبية بوصلات مختلفة، صلبة أو شبه صلبة، تستكمل عند الضرورة بعناصر تقوية وتروس.
- يتم استخدامه لتشييد المباني حتى 60 طابقا.
- تشمل أنواع أنظمة هيكل الأنبوب نظام الأنبوب المؤطر ونظام الأنبوب المدموج ونظام الأنابيب المجمعة ونظام الأنبوب في الأنبوب.
- يتم تشكيل نظام أنبوب الدعم عند إضافة دعامة خارجية لجعل الهيكل أكثر صلابة. وهذا النوع من الهياكل مناسب لبناء ما يصل إلى 100 طابق.
- يتكون نظام الأنابيب المجمعة من أنابيب متصلة وتتحمل الأحمال الهائلة.
- يتم الحصول على نظام أنبوب في أنبوب (قلب بدن)، إذا تم وضع اللب داخل هيكل إطار الأنبوب.
9. نظام الجدار المزدوج:
- يتكون هذا النظام من اثنين أو أكثر من جدران القص المترابطة
يتم توصيل جدران القص على مستوى الأرضية بواسطة شعاع أو ألواح صلبة.
- إنّ صلابة النظام بأكمله أكبر بكثير من صلابة مكوناته.
- إنّ تأثير أعضاء التوصيل المقاومة للقص هو التسبب في أن مجموعات الجدران تتصرف في جزء منها كعنصر ناتئ مركّب، ينحني حول المحور المركزي المشترك للجدران.
- النظام مناسب للمباني التي يصل ارتفاعها إلى 40 طابقًا.
- نظرًا لأن جدران القص المسطحة تدعم الأحمال في مستواها فقط، فإنّ الجدران في اتجاهين متعامدين تحتاج إلى تحمل الأحمال الجانبية في اتجاهين.
10. النظام الهيكلي الهجين:
- إنّه مزيج من شكلين أو أكثر من الأشكال الهيكلية الأساسية إمّا عن طريق الجمع المباشر أو عن طريق اعتماد أشكال مختلفة في أجزاء مختلفة من الهيكل.
- يتطلب افتقارها إلى الصلابة الالتوائية اتخاذ تدابير إضافية، ممّا أدّى إلى دعامة خارجية رأسية واحدة للخليج وعدد من مستويات الضمادات المحيطة.
- يمكن استخدامه للمباني التي يصل ارتفاعها إلى 300 متر.
