الأنظمة الهيكلية الشاملة مسبقة الصب في المباني الخرسانية

المباني الخرسانية مسبقة الصب:

الخرسانة سابقة الصب: هي الخرسانة التي تم تصنيعها في قالب تحت ظروف خاضعة للرقابة في بيئة المصنع. حيث يمكن أن يكون هناك العديد من أنواع المكونات مسبقة الصب في المبنى، ويتم الضغط على الألواح مسبقة الصب والوحدات الأخرى لتحسين القوة والأداء ويتم إحكام إغلاقها قبل التثبيت.

يمكن استخدام الخرسانة سابقة الصب للأرضيات والجدران الخارجية والداخلية الخرسانية والسلالم وتكسية الجدران بالإضافة إلى مجموعة من استخدامات البناء الأخرى. كما يوجد الكثير من المباني الخرسانية سابقة الصب، والتي يمكن تصنيفها على أنها مباني مسبقة الصب بالكامل، وهياكل بناء جزئية مسبقة الصب ومختلطة.

إنّه من الضروري دراسة كل نظام من أجل فهم أفضل والوصول إلى التطبيق المناسب، حيث يتألف إجمالي المباني الجاهزة مسبقة الصب من العديد من المكونات مسبقة الصب مثل الأساسات والعوارض والألواح والأعمدة والجدران والواجهات وما إلى ذلك.

يمكن إنشاء المباني مسبقة الصب من مكونات مسبقة الصب ومجسمات خرسانية مسبوكة. حيث يُعرف هذا النوع من المباني أيضًا باسم البناء الحديث. كما تتكون مباني البناء المختلطة من مكونات مسبقة الصب إلى جانب الخرسانة أو الفولاذ أو البناء أو الخشب. ويمكن تجميع النظام المختلف للمباني الخرسانية مسبقة الصب تحت العناوين التالية:

• الأنظمة الهيكلية الشاملة.

• أنظمة مقاومة الحمل الجانبي.

• نظام الأرضية والسقف.

الأنظمة الهيكلية الشاملة في المباني الخرسانية:

النظام الهيكلي للمبنى هو ذلك الجزء من المبنى الذي يقاوم الأحمال المؤثرة على المبنى، حيث يمكن تصنيفها على نطاق واسع ضمن أربع مجموعات كما هو موضح أدناه.

1. إطارات الهيكل الخرساني:

تُستخدم الإطارات الهيكلية بشكل شائع لِلمباني منخفضة الارتفاع نسبيًا والتي لا تحتوي على العديد من الأقسام، والاستخدام الشائع في مباني مواقف السيارات واسعة النطاق. كما أن المباني الشائعة الأخرى التي تم بناؤها باستخدام الإطارات هي مباني المكاتب والمباني التجارية.

يمكن تصميم الإطارات كإطارات لحظية وغالبًا ما يتم دمجها إمّا مع أنظمة جدران القص سابقة الصب أو جدران القص المصبوبة في الموقع. حيث تُعد سرعة البناء والجودة العالية للمكونات الفوائد الرئيسية لاستخدام أنظمة الهيكل العظمي سابقة الصب.

غالبًا ما يمكن بناء مبنى يستخدم نظامًا مسبقًا بالكامل في حوالي 10-14 يومًا لكل طابق اعتمادًا على المنطقة والقيود اللوجستية. كما يمكن تصميم نظام الإطار لمقاومة القروض الجانبية. ومع ذلك، قد تكون هناك حاجة لمقاومة القرض الجانبي التكميلي من خلال استخدام الأقواس أو الجدران. وبالتالي، يتم توفير الجدران الأساسية أو القص.

وهو يشتمل على شبكة أو نظام من الأعمدة وعوارض التوصيل التي تدعم الأرضيات الداخلية والجدران الخارجية للمبنى وتحمل جميع الأحمال إلى الأساسات. حيث يمكن إنشاء إطارات الهيكل الخرساني من مكونات خشبية أو خرسانية أو فولاذية هيكلية، ويتكون غلاف المبنى من الزجاج والطوب والكسوة وما إلى ذلك من الخارج.

تم تقديم الهيكل الخرساني في أواخر القرن التاسع عشر وأوائل القرن العشرين، وسمح بالتشييد السريع للمباني، مثل ناطحات السحاب المبكرة. ولقد مكّن تصميمات الأرضيات الداخلية من أن تكون خالية من الجدران الثابتة، ممّا يجعلها أكثر مرونة، ويعني أنه يمكن استخدام مواد مختلفة للواجهات. كما كان لهذا تأثير في تقليل أهمية البناء من عنصر هيكلي إلى دور أكثر تزيينيًا.

2. نظام اللوحة الكبيرة:

تُعد الهياكل ذات الألواح الكبيرة واحدة من أكثر أنواع العناصر الهيكلية الصناعية تقدمًا. كما في البناء الحديث يتم استخدامها في بناء المنازل السكنية والمباني العامة والصناعية والطرق والمجالات الجوية والسدود والقنوات.

لقد أصبحت أكثر انتشارًا في المساكن واسعة النطاق والبناء المدني، حيث يتيح تشييد المباني من الألواح الكبيرة المصنعة في مجمعات بناء المساكن والمصانع تقليل وقت البناء بمقدار 1.5 إلى 2.0 مقارنة بتشييد المباني من الطوب أو المواد التقليدية الأخرى.

بالإضافة إلى انخفاض بنسبة 30-40 في المائة في نفقات العمالة في موقع البناء. حيث أنه قد تتكون جميع الأجزاء الرئيسية للمبنى، بما في ذلك الجدران الخارجية والداخلية وألواح الأرضيات والأسقف والسلالم، من هياكل ذات ألواح كبيرة. وتُستخدم الهياكل ذات الألواح الكبيرة في مخططين رئيسيين للتصميم، المباني ذات الألواح الهيكلية والألواح (بدون إطار).

في المباني ذات الألواح الهيكلية، يتحمل إطار المبنى جميع الأحمال الأساسية، وعادة ما تستخدم الألواح لملء الإطار وكعناصر حاوية. كما يتم تجميع المباني بدون إطار من الألواح التي تؤدي وظائف التحميل والإحاطة في وقت واحد. حيث تتكون هياكل الألواح الكبيرة للجدران الخارجية من ألواح بارتفاع طابق أو طابقين وعرض غرفة أو غرفتين.

قد تكون الألواح عمياء (بدون فتحات) أو بها فتحات لِلنوافذ أو الأبواب. ومن حيث التصميم، قد تكون ألواح الجدران أحادية الطبقة (صلبة) ومتعددة الطبقات (شطيرة). حيث يتم تصنيع الألواح الصلبة من مواد لها خصائص عازلة وفي نفس الوقت يمكن أن تؤدي وظائف داعمة. على سبيل المثال، الخرسانة خفيفة الوزن والخرسانة الخلوية وحجر السيراميك المجوف.

ألواح الجدران العازلة مصنوعة من طبقتين أو ثلاث طبقات، كما يعتمد سُمكها على الظروف المناخية للمنطقة والخصائص التقنية الفيزيائية للمواد المستخدمة للطبقة العازلة والطبقات الخارجية (الداعمة). وعادة ما تكون الطبقات الخارجية للألواح مصنوعة من خرسانة سيليكات ثقيلة أو خفيفة الوزن أو صلبة أو من الطوب أو الألواح (الأسمنت الأسبستي أو الفولاذ أو الألومنيوم).

يمكن استخدام رغوة البوليسترين، ألواح الصوف الصخري الصلبة وشبه الصلبة، أو الخرسانة الخلوية للطبقة العازلة. حيث يتم إنتاج ألواح الحوائط في شكل نهائي كامل، مع أسطح جاهزة للطلاء وبنوافذ وأبواب. كما يمكن أيضًا تركيب مواسير التدفئة والأنظمة الأخرى والأسلاك في الألواح.

يكون سطح ألواح الجدران الخارجية مغطى بملاط زخرفي أو مغطى بالسيراميك أو بلاط تشطيب آخر. وبعد التجميع، تمتلئ الوصلات بين الألواح بملاط أو بالخرسانة خفيفة الوزن أو عادية ثم يتم ختمها بحشو مرن ومعاجين خاصة.

تُستخدم عناصر الأسقف ذات الألواح الكبيرة في المساكن والمباني العامة بشكل أساسي في شكل أسقف مدمجة بدون علية، وفي المباني الصناعية تمتد ألواح السقف إلى 12 مترًا. حيث يعتمد وزن هياكل الألواح الكبيرة على طريقة تقسيم المبنى إلى عناصر مسبقة الصنع، وعادة ما يكون 1.5-7.5 طن.

3. نظام الصندوق:

يتم صب الجدران والألواح المتعامدة معًا كوحدات متكاملة لإنشاء هيكل من النوع الصندوقي. كما هو الحال مع هيكل الذبيحة أو الهياكل الجاهزة مع ألواح الجدران الحاملة، تتكون أنظمة الوحدات الصندوقية المعيارية من مزيج من القضبان أو العناصر الحاملة السطحية.

تكمن المشكلة الأساسية في نظام بناء الوحدة النمطية الصندوقية في كيفية ربط الصندوق الفردي معًا. حيث أن التفاوتات بين وحدات الصندوق الفردية ضرورية. وأنظمة الوحدات الصندوقية متطورة للغاية فيما يتعلق بتصنيع تشييد المباني، بمعنى آخر، فهي أنظمة ذات مستوى عالٍ من التصنيع.

الوحدات الصندوقية هي عناصر مكانيّة ثلاثية الأبعاد تتكون من مزيج من ألواح الجدران ووحدات الأرضية. ويتم تفضيل هذه الأنظمة، التي تشكل تقدمًا في أنظمة الألواح الثقيلة والخفيفة الوزن، لتحقيق درجة عالية من الإكمال من خلال تصنيع المصنع للمنتج، أي المبنى.

يتيح تطوير نظام الصندوق إمكانية تصنيع منتج كامل في المصنع. حيث أن هياكل الوحدات الصندوقية هي مباني ذات تصميم دائم ومقاوم للحريق في الإنشاءات الفولاذية والخرسانية. وهنا يتم بناء الهيكل بأكمله في المصنع، ثم تقسيمه إلى وحدات، ونقله إلى موقع البناء.

اليوم، تجد أنظمة الصندوق تطبيقًا في مجالات متنوعة بشكل متزايد، نظرًا لأن استخدام مثل هذه الأنظمة في البناء يرتبط بمزايا مثل خفض التكلفة والتركيب السريع والانتهاء من الأعمال في الوقت المناسب وتقليل الخسائر المادية، ممّا يؤدي إلى إنشاء مادية عالية الجودة المساحات.

4. نظام الطوب:

تحتوي كتل الطوب سابقة الصب ذات الشكل المنشور المستطيل أو رباعي الزوايا على غلاف خرساني هيدروليكي بوزن طبيعي، أو خرسانة خفيفة الوزن أو مادة مماثلة، لجدران البناء أو الألواح. حيث أن كتل الطوب المقواة بالفولاذ للجدران أو الميزانين أو ألواح الأسطح لها طول الجدار أو البلاطة المراد بناؤها.

توفر مادة خفيفة الوزن عازلة للحرارة الصوتية وَالموجودة في الداخل في وقت واحد الطوب خفيف الوزن بدرجة كافية لنقله وتثبيتها يدويًا في الموقع. وبالنسبة للجدران، يتم تلبيس الكتل وحفرها على الجانبين العلوي والسفلي وتوضع أفقيًا واحدة فوق الأخرى باستخدام الطوب أو مادة لاصقة مماثلة بينهما.

في الزوايا أو التقاطعات، يتم وضع الطوب بدلاً من ذلك وتشكيل إطارات رأسية مسلحة من أجل الثبات والمقاومة. وبالنسبة للطوب للألواح، يكون نظام اللسان والأخدود على الجانبين، ويتم تثبيت أحدهما بجانب الآخر، باستخدام الطوب أو مادة لاصقة مماثلة بينهما. حيث يتم وضع قضبان مستعرضة على البلاطة لتجنب تراجع درجة الحرارة.