إرشادات التصميم الإنشائي للمباني الخرسانية والمعدنية

ما هي إرشادات التصميم الإنشائي للمباني الخرسانية والمعدنية؟

تنقسم عملية التصميم الإنشائي لمشروع البناء الكامل إلى ثلاث مراحل: التخطيط والتصميم والبناء. ستأخذ مرحلة التخطيط في الاعتبار العوامل المختلفة التي تؤثر على التخطيط وأبعاد الهيكل. هنا، يتم اتخاذ القرار بناءً على وظيفة المبنى. سيكون العامل التالي قيد النظر هو علم الجمال وعلم الاجتماع والاقتصاد والبيئة. في مرحلة التصميم، يتم تحديد تفاصيل التصميم الإنشائي لكل عضو في المبنى.

يشبه تشييد المباني الفولاذية أو الهيكل المعدني تشييد معظم المباني الأخرى وكلها تبدأ بأساس قوي. هنا، يتم تحديد الأبعاد والنِّسَب وتفاصيل الاتصال لجميع أعضاء الهيكل. سَتشمل مرحلة البناء لمشروع التصميم الإنشائي شراء المواد والمعدات، وحركة العمال وعملية الانتصاب. سوف تتطلّب الصعوبات العملية إعادة تصميم عمل معين. يتم شرح الإرشادات العامة في التصميم الإنشائي بإيجاز في القسم أدناه.

أسس التصميم الإنشائي للمباني الخرسانية والمعدنية:

يعتمد أساس التصميم الهيكلي لأي هيكل على نوع الهيكل الذي سيتم تصميمه. المعلومات التالية ضرورية للمضي قدماً في تصميم الهيكل:

1. ظروف الموقع.
   
2. الأحمال التي تعمل على الهيكل.
   
3. تصميم الهيكل.
   

بخلاف المعلومات الرئيسية المذكورة أعلاه، فإنّ البيانات المتعلّقة بنوع الهيكل والتعرّضات البيئية والمناطق (مناطق الزلازل أو الرياح) للهيكل مطلوبة أيضًا.

1- شروط الموقع للمباني الخرسانية والمعدنية:

ستتيح الدراسة الكاملة لظروف الموقع للمصمم أن يقرر ما يلي:

1. قدرة تحمل التربة.
   
2. الحمولة القصوى للتربة.
   
3. الأساس الذي سيتم اختياره للتربة.
   
4. متطلّبات تحسين التربة إن وجدت.
   
5. مستوى منسوب المياه الجوفية للموقع.
   

2- الأحمال على الهياكل الخرسانية والمعدنية:

سيتعرّض الهيكل الخرساني المشيّد لأنواع مختلفة من الأحمال. يتم وصف الأنواع المختلفة من الأحمال التي يجب أخذها في الاعتبار عند تصميم الهياكل أدناه.

1- الأحمال الميتة على الهياكل الخرسانية والمعدنية:

يشكّل الحِمل الناتج عن الوزن الذاتي للأعضاء الهيكلية الحمل الميت. العناصر الهيكلية هي أعمدة وعوارض وأحمال ناتجة عن التجصيص والتشطيب وأحمال الجدران وأحمال الألواح وما إلى ذلك. إذا كان أي عنصر ثابتًا وموضعًا بشكل دائم على الهيكل، فسيتم تضمينه أيضًا كحمل ميت. يمكن حساب الحمل الميت أو الوزن الذاتي لأي عضو على أنه ناتج حجمه ووزنه الذاتي.

2- الأحمال الحية على الهياكل الخرسانية والمعدنية:

تسمّى الأحمال المفروضة على الهياكل التي تخضع لها خلال فترة الإشغال بالأحمال الحية. يمكن أن تكون هذه الأحمال إمّا ثابتة أو ديناميكية بطبيعتها. في بعض الأحيان قد تكون هذه الأحمال موجودة أو غير موجودة أثناء الاستخدام. هذا الوضع شائع في المباني والمنشآت الصناعية، حيث تأتي الأحمال الحية من الأشخاص وأدوات الصيانة وما إلى ذلك. بالنسبة للهياكل المختلفة، تختلف الأحمال الحية.

بالنسبة للمبنى السكني، ستكون قيمة الحمل المباشر 3 كيلو نيوتن لكل م 2 بينما بالنسبة للمباني التجارية، يمكن أن تكون قيمة الحمل المباشر من 4 إلى 5 كيلو نيوتن لكل م 2. يوصى باستخدام القِيَم الدُنيا للحِمل لأنواع الهياكل المختلفة في الرموز القياسية للمنطقة المعنية. يوفر دليل الحد الأدنى من الأحمال الحية للمباني والهياكل الأخرى في الولايات المتحدة الأمريكية.

أمّا أثناء وجودك في الهند، يوفّر دليل الإرشادات للحد الأدنى من الأحمال الحية. أثناء التفكير في الأحمال الحية في التصميم، يجب مراعاة الأحمال التي يمكن تشكيلها إذا كان هناك احتمال للتوسّع المستقبلي للهيكل. لذلك يجب مراعاة احتمالات التحميل خلال عمرها أثناء التصميم للأحمال الحية.

3- أحمال الرياح على الهياكل الخرسانية والمعدنية:

تعمل أحمال الرياح بشكل أفقي على مساحة سطح المبنى في موقعه المواجه للريح. تقع كل منطقة أو موقع قيد الدراسة تحت منطقة الرياح. بناءً على منطقة الرياح، يتم حساب أقصى سرعة للرياح في المنطقة. ستُعطي خريطة الرياح للموقع كل هذه البيانات. بناءً على مساحة السطح واتجاه المبنى، يتم تحويل سرعة الرياح إلى قوة. يتم حساب قوة الرياح بالنسبة لاتجاه الرياح. أثناء حساب أحمال الرياح ليست هناك حاجة لمراعاة شكل المبنى أو عضو الهيكل.

يتم حساب أحمال الرياح فقط للهياكل المعرّضة للرياح أو تلك الهياكل المخصصة لمقاومة الرياح. يتم توفير الإرشادات الخاصة بحساب قوة الرياح على الهيكل من قبل دليل أحمال الرياح على المباني والمنشآت ودليل الحد الأدنى من الأحمال الحية للمباني والهياكل الأخرى وكود البيانات الأساسية لتصميم المباني وتحميل الحمولات الميتة والمفروضة أو أيًا كان يتم اعتبار الرموز المطبّقة بناءً على موقع المبنى أو الهيكل.

4- الأحمال الزلزالية على الهياكل الخرسانية والمعدنية:

يجب أن يتم تصميم الأحمال الزلزالية وفقًا لدليل الأحمال الزلزالية لتصميم الهياكل أو أيًا كان الكود القياسي المطبّق. يجب اتباع الإرشادات الواردة في هذه الرموز المعمول بها لحساب قوى الزلزال.

3- تصميم الهياكل الخرسانية والمعدنية:

يجب تنفيذ التصميم الإنشائي للمباني أو الهياكل الأخرى وفقًا لقواعد الممارسة ذات الصلة. يجب أن يتوافق تصميم الخرسانة الإنشائية مع متطلّبات كود البناء للخرسانة الإنشائية الأمريكي أو مدونة الممارسات للتصميم والبناء البريطانية أو دليل الخرسانة العادية والمسلّحة للمعيار الهندي أو أي كود آخر ينطبق. يجب أن يتوافق تصميم وتصنيع الفولاذ الإنشائي مع دليل العمل الهيكلي لاستخدام الفولاذ البريطاني أو مدونة قواعد الممارسات الهندية المعيارية للبناء العام في الفولاذ أو مواصفات المباني الفولاذية الإنشائية الأمريكية. يتم اختيار طرق التصميم الإنشائي بناءً على الممارسات المحلية. طرق التصميم الثلاثة هي:

1. طريقة إجهاد العَمل.
   
2. طريقة تحديد الحالة.
   
3. طريقة تصميم عَامل مقاومة الحمل.
   

هذه هي الأساليب المستخدمة لتصميم الأعضاء الهيكلية وتسترشد بقواعد الممارسة القياسية ذات الصلة.

العوامل المعتبرة في تصميم الهياكل الخرسانية والمعدنية:

العوامل التالية التي يجب مراعاتها عند تصميم المباني أو الهياكل الأخرى ويجب أن تتوافق مع الرموز القياسية:

1. الحد الأقصى المسموح به للتسوية للمؤسسة والهيكل.
   
2. الانحرافات الرأسية والجانبية للمباني والهياكل ككل والأعضاء الهيكلية الأخرى.
   
3. يجب التحقق من انزلاق وانقلاب المباني أو الهياكل ومنعها حسب التصميم.
   
4. يجب اتباع الإرشادات التفصيلية القياسية في الرسم.
   
5. يجب أن تمتثل جميع الهندسة والتصميمات لقواعد الممارسات ذات الصلة والقابلة للتطبيق واللوائح المحلية والقواعد وفقًا لمديرية الصناعات والمصانع وكما هو موضح في أساس تصميم المشروع.
   
6. يجب مراعاة ظروف التعرّض البيئي في التصميم ويجب تطبيق العوامل ذات الصلة في تصميم الأعضاء الإنشائية.
   
7. يجب استخدام أنواع مواد البناء والأعضاء الإنشائية وخصائصها أثناء التصميم.
   
8. يجب توخي الحذر بشكل خاص لتوفير هروب سهل للركاب أثناء حالات الطوارئ مثل الحريق.
   
9. هذه ليست سوى نقاط قليلة، يجب أيضًا مراعاة العديد من العوامل الأخرى التي قد تكون ذات صلة بالتصميم.
   
10. يجب الحفاظ على قائمة مرجعية لأنواع مختلفة من التصميم الإنشائي واتباعها لمنع أي خطأ أثناء التصميم وتفاصيل المباني والهياكل الأخرى.