أهداف وطرق التصميم الإنشائي:
تنص الرموز على أن الهدف من التصميم هو تحقيق احتمال مقبول بأن الهيكل سيعمل بشكل مرضٍ خلال حياته. كما يجب أن تحمل الأحمال بأمان، وألّا تتشوه بشكل مفرط وأن تتمتع بمتانة ومقاومة كافية لتأثيرات سوء الاستخدام والحريق. كما تدرك الرموز أنه لا يمكن جعل أي هيكل آمنًا تمامًا وأنه من الممكن فقط تقليل احتمال الفشل إلى مستوى منخفض مقبول.
الطريقة الموصى بها في الكود هي تصميم الحالة المحددة حيث يتم أخذ النظرية والتجربة والخبرة في الاعتبار. وتضيف أن الحسابات وحدها لا تكفي لإنتاج هيكل آمن وصالح وقابل للخدمة. حيث أن الاختيار الصحيح للمواد ومراقبة الجودة والإشراف على البناء هي نفس القدر من الأهمية.
معايير التصميم الآمن وحالات التحديد:
معيار التصميم الآمن هو أن الهيكل لا ينبغي أن يصبح غير صالح للاستخدام، أيّ أنه لا ينبغي أن يصل إلى حالة حدية خلال فترة تصميمه. حيث يتم تحقيق ذلك، على وجه الخصوص، من خلال تصميم الهيكل لضمان عدم وصوله. ومن معايير التصميم الآمن ما يلي:
- طريقة إجهاد العمل: تفترض طريقة إجهاد العمل أن جميع المواد المستخدمة في التصميم تتصرف بطريقة مرنة خطية وتستند الحسابات إلى شروط الخدمة.
- حالة الحد النهائي: يجب ألّا ينهار الهيكل بأكمله أو عناصره أو ينقلب أو ينثقل عند تعرضه لأحمال التصميم.
- حالات حدود الخدمة: يجب ألّا يصبح الهيكل غير صالح للاستخدام بسبب الانحراف المفرط أو التشقق أو الاهتزاز.
يجب أن يكون الهيكل أيضًا متينًا، أيّ يجب ألّا يتدهور أو يتضرر بشكل مفرط بفعل المواد التي تتلامس معه. حيث يركز الكود بشكل خاص على المتانة. وبالنسبة للهياكل الخرسانية المسلحة، فإنّ الممارسة العادية هي التصميم لحالة الحد النهائية، والتحقق من إمكانية الخدمة واتخاذ جميع الاحتياطات اللازمة لضمان المتانة.
1. طريقة إجهاد العمل:
تم تصميم الهياكل وفقًا لرمز معياري له خصائص (أو معايير محددة) يجب الوفاء بها أثناء إجراء التصميم. حيث أن الحالة القصوى للهيكل هي عندما يتجاوز الهيكل المعايير المحددة وينكسر. لذلك، يمكن تعريف تصميم الحالة المحددة على أنه عملية تصميم هيكل بحيث لا ينكسر ويظل مناسبًا للاستخدام المصمم.
يتم تحفيز أحمال العمل المتوقعة على الهيكل كضغوط على الهيكل أثناء التصميم وهي مقيدة لتكون أقل من الضغوط المسموح بها ولضمان السلامة الكافية. حيث أن عامل الأمان هو نسبة قوة المادة إلى الإجهاد المسموح به. ومع ذلك، نظرًا لأنه لا يمكن الاحتفاظ بأحمال العمل ضمن الضغوط المسموح بها، فإنّ هذه الطريقة ليست دائمًا قابلة للتطبيق.
2. حالة الحد النهائي:
الافتراض في طريقة الحمل النهائي هو أن المادة ليست مرنة خطية ممّا يعني أن الأحمال المختلفة يمكن أن يكون لها عوامل أمان مختلفة. بحيث تستند الحسابات إلى ظروف الحمل النهائية ويتم تحليل ظروف الإجهاد في موقع الانهيار الوشيك. كما ينتج عن هذا أقسام أكثر رشاقة وبالتالي أكثر اقتصادية. ومع ذلك، يمكن أن تؤدي هذه الطريقة إلى تشققات وانحرافات مفرطة بسبب عدم تلبية خصائص الخدمة.
يجب أن يكون الهيكل مصممًا لتحمل أشد مجموعات الأحمال التي يتعرض لها. كما يجب أن تكون أقسام العناصر قادرة على مقاومة الأحمال المحورية والمقصات واللحظات المستمدة من التحليل. حيث تم تصميم التصميم للأحمال القصوى وقوة التصميم للمواد مع تطبيق عوامل الأمان الجزئية على الأحمال وقوة المواد.
يسمح ذلك بتقييم عدم اليقين في تقدير الأحمال وفي أداء المواد بشكل منفصل. كما يتم تحديد قوة المقطع باستخدام تحليل البلاستيك بناءً على منحنيات الإجهاد والانفعال المصممة على المدى القصير للخرسانة وحديد التسليح.
1. الاستقرار:
يجب أن يكون التصميم بحيث يعطي بنية مستقرة وقوية. حيث يشدد على أن المهندس المسؤول عن الاستقرار الشامل يجب أن يضمن توافق التصميم وتفاصيل الأجزاء والمكونات.
يتم توفير الاستقرار العام للهيكل من خلال جدران القص وأعمدة الرفع والسلالم وحركة الإطار الفولاذي أو مزيج من هذه الوسائل. حيث يجب أن يكون الهيكل مثل نقل جميع الأحمال الميتة، المفروضة والرياح، بأمان إلى الأساسات.
2. المتانة:
ينص الكود على أن التخطيط والتصميم يجب أن يكونا بحيث لا يتسبب الضرر الذي يلحق بمساحة صغيرة أو فشل عنصر واحد في انهيار جزء كبير من الهيكل. وهذا يعني أن التصميم يجب أن يكون مقاومًا للانهيار التدريجي. حيث يحدد الكود أنه يمكن تجنب هذا النوع من الفشل من خلال اتخاذ الاحتياطات التالية.
- يجب أن يكون الهيكل قادرًا على مقاومة الأحمال الأفقية الافتراضية المطبقة على مستوى السقف وعلى مستوى كل طابق. حيث تمثل الأحمال 1.5% من الوزن الساكن المميز للهيكل بين منتصف ارتفاع الطابق السفلي وإمّا في منتصف ارتفاع الطابق العلوي أو سطح السطح. ولا ينبغي أن تؤخذ حمولة الرياح على أنها أقل من الحمل الأفقي النظري.
- يجب تزويد جميع الهياكل بروابط أفقية فعالة. وهم العلاقات المحيطية، العلاقات الداخلية والروابط الأفقية بالعمود والجدران.
- بالنسبة للمباني المكونة من خمسة طوابق أو أكثر، يجب تحديد العناصر الرئيسية، والتي قد يتسبب فشلها في حدوث أكثر من قدر محدود من الضرر. كما يجب تصميم هذه العناصر الرئيسية لحمل نهائي ثقيل بشكل خاص يبلغ 34 كيلو نيوتن لكل متر مربع مطبقة في أي اتجاه في المنطقة التي يدعمها العضو.
- بالنسبة للمباني المكونة من خمسة طوابق أو أكثر، يجب أن يكون من الممكن إزالة أي عنصر تحميل رأسي بخلاف العنصر الرئيسي دون التسبب في أكثر من مقدار محدود من الضرر. حيث يتم تحقيق هذا المطلب بشكل عام من خلال إدراج الروابط الرأسية بالإضافة إلى الأحكام الأخرى المذكورة أعلاه.
3. حالات حد الخدمة:
ينص الكود على أن الحساب يجب أن يؤخذ في الاعتبار درجة الحرارة والزحف والانكماش والتأثير والتسوية. حيث أنه فيما يلي حالات حد الخدمة الرئيسية وأحكام الكود.
1. الانحراف:
يجب ألا يؤثر تشوه الهيكل سلبًا على كفاءته أو مظهر خارجي. حيث يمكن حساب الانحرافات، ولكن في الحالات العادية، يمكن استخدام نسب العمق الممتد إلى الفعال للتحقق من الامتثال للمتطلبات.
2. التكسير:
يجب أن يبقى التكسير ضمن الحدود المعقولة عن طريق التفاصيل الصحيحة. حيث يمكن حساب عرض التشققات، ولكن في الحالات العادية يمكن التحكم في التصدع من خلال الالتزام بقواعد تفصيلية فيما يتعلق بتباعد القضبان في المناطق التي تكون فيها الخرسانة متوترة.
في تحليل قسم لحدود الخدمة، يتم تقييم السلوك بافتراض وجود علاقة مرنة خطية لضغوط الفولاذ والخرسانة. حيث يتم تخصيص بدل لتأثير التقوية للخرسانة في منطقة التوتر والزحف والانكماش.
