النظام الهيكلي للركائز في المباني الخرسانية الشاهقة

ما هي الركائز في المباني الخرسانية الشاهقة؟

الركائز: هي أنظمة هيكلية جانبية داخلية يتم توفيرها لتحسين صلابة الانقلاب وقوة المباني الشاهقة، وهي نظام مقاوم للحمل الجانبي يقع داخل المبنى. حيث يتكون النظام بأكمله من هيكل أساسي متصل بالأعمدة المحيطة بالمبنى عن طريق أعضاء هيكلية تسمى أذرع الامتداد. كما يمكن أن تكون الركائز على شكل عوارض أفقية أو تروس أو جدران.

يتم تصنيف الركائز على أنها أنظمة هيكلية داخلية يمكنها العمل بكفاءة حتى 150 طابقًا. كما أنها أحد التكوينات الناجحة والمستقرة المستخدمة في البناء الشاهق. حيث يحظى النظام الإنشائي المداد بشعبية في البناء منذ الثمانينيات نظرًا لمزيج فريد من المرونة المعمارية والكفاءة الهيكلية.

الأنظمة الهيكلية المدادة في المباني الخرسانية الشاهقة:

يعمل هيكل الركيزة في مبنى شاهق من خلال ربط نظامين معًا، وهما:

• النظام الأساسي.

• النظام المحيط.

إنّ الهيكل الأساسي هو الوحدة الأكثر أهمية في مبنى شاهق، وهو عبارة عن مجموعة من الوحدات مثل المصاعد والسلالم والقنوات وما إلى ذلك. في حين أن نظام المحيط عبارة عن مزيج من الأعمدة الضخمة، كما يتم توصيل النظام الأساسي والأعمدة الضخمة الموجودة في المحيط باستخدام أذرع الامتداد.

الدعامة من نوع الجمالون متصلة بعمود المحيط. بخلاف الركائز، يكون الهيكل مصحوبًا بدعامات أحزمة حول المحيط لتوفير مقاومة جانبية إضافية، كما يتحكم كل من النظام الأساسي والمحيط جنبًا إلى جنب مع الدعامة في سلوك المبنى بأكمله. حيث يتم تنفيذ ذلك من خلال التفاعل الإيجابي بين القلب والنظام المحيط من خلال أذرع الامتداد.

مبدأ الأنظمة الهيكلية للركيزة في المباني الشاهقة:

تتعرّض المباني الشاهقة لتشوه جانبي كبير إما بسبب الرياح أو الأحمال الزلزالية، كما يتعرض الهيكل الأساسي للمبنى الشاهق لتشوه ناتئ، بينما تتعرض هياكل الإطار المحيطة بالنواة لتشوه نوع المدخل. حيث يؤدي هذا إلى تأثيرات انجراف وانقلاب عالية على الهيكل.

يتحكم دمج الركائز بكفاءة في الانجراف المفرط بسبب الأحمال الجانبية. وهذا بالتالي، يسمح بمنع الأضرار الهيكلية وغير الهيكلية في الهيكل. كما يعتمد الإجراء الهيكلي لأنظمة الركائز في المباني الشاهقة على زوج ضغط الشد المستحث في الأعمدة الخارجية. بحيث تحت تأثير الأحمال الجانبية، يتعرض الهيكل بدون أي نظام دعم جانبي للانقلاب.

تعمل أذرع الامتداد كذراع صلب يتصل بالعمود المحيط. كما أنها تشرك الأعمدة الخارجية والقلب المركزي لنقل الحمولة بأمان. وعندما يتعرض هيكل بنظام دعامة للحمل الجانبي، يتم نقل القوة الجانبية للهيكل الأساسي إلى الأعمدة المحيطة عبر أذرع الامتداد ثم إلى الأرض. وبهذه الطريقة، يتم تقليل لحظة الانقلاب الكلية.

يعتمد أداء النظام الهيكلي للركيزة على:

• ارتفاع المبنى.

• عمق أعضاء الركيزة.

• المواد الإنشائية الأولية للهيكل.

• عدد مستويات الركائز المتوفرة.

أنواع نظام الركيزة في المباني الخرسانية الشاهقة:

بناءً على موقع وترتيب الركائز في المباني العالية، يمكن تصنيف نظام الركائز إلى الأنواع التالية:

1. نظام الدعامة التقليدية:

في النظام الهيكلي التقليدي لِلركائز، ترتبط الركائز مباشرة بالهيكل الأساسي والأعمدة الموجودة في محيط الهيكل. كما يُعد مركز شنغهاي المالي العالمي الذي يبلغ ارتفاعه 492 مترًا والمكون من 101 طابقًا، والذي صممه ليزلي إي روبرتسون أسوشيتس (Leslie E Roberston Associates) في عام 2008، أحد الهياكل الشهيرة التي دمجت نظام الركائز التقليدي في ثمانية مستويات بناء مختلفة.

2. نظام التعويض الفعال الهيكلي:

في هذا النظام، توجد أذرع الامتداد في أماكن أخرى غير مستويات الجدران الأساسية. حيث يحتفظ هذا الترتيب بجميع مزايا الركائز ويلاحظ أنه يقلل الانحراف الجانبي للمباني الشاهقة عن نظام الركائز التقليدي. وللحصول على نظام مداد تعويض فعال، يجب أن يكون ذراع الركيزة ولوح الأرضية صلبين بدرجة كافية لنقل القص المستوي الأفقي في الألواح بين الدعامة والقلب.

عندما يتعرّض مبنى به نظام دعامة تعويض لأحمال جانبية، فإنّ قوى البلاطة تتسبب في وجود زوجين في الدعامة. ولمواجهة هذا، يتم إنشاء زوج مقيد بواسطة أعمدة المحيط. كما يعود هذا الزوج المقيد من أعمدة المحيط عبر الألواح إلى الهيكل الأساسي.

تم استخدام نظام التعويض الفعال في بناء برج دبي، الدوحة، والذي يبلغ ارتفاعه 438 مترًا ويتكون من 90 طابقًا. كما أنه مزيج من النظام الهيكلي التقليدي وذات الركائز.

3. نظام الركيزة الافتراضي:

في نظام دعامة افتراضية، يتم نقل لحظة الانقلاب من الهيكل الأساسي إلى الأعمدة دون اتصال مباشر بين العمود الأساسي والأعمدة الطرفية. كما يتم تحقيق ذلك باستخدام أغشية الأرضية، والتي تنقل لحظة الانقلاب من القلب إلى الخارج باستخدام زوج أفقي. ونوع آخر من أنظمة الركائز الافتراضية هو دعامات الحزام. حيث يتم إنشاء دعامات الحزام من خلال ربط الأعمدة الطرفية.

ميزات النظام الهيكلي للركيزة في المباني الشاهقة:

تربط الركائز الأساسية والنظام الهيكلي المحيط معًا مما يخلق تصميمًا فريدًا يوفر حلولًا لمشاكل البناء الشاهقة. وبعض ميزات الأنظمة الهيكلية للركائز هي:

• اعتماد نظام الدعامة للمباني التي تتعرض لحظات انقلاب كبيرة مقارنة بالقص والانحرافات الجانبية.

• تعمل الدعامة في الهياكل على تقليل الانجراف الكلي ولحظات الرياح الأساسية.

• يقلل نظام الدعامة من تسارع المبنى الكلي بسبب الرياح العاتية ويحسن راحة الركاب.

فوائد النظام الهيكلي للركيزة في المباني الشاهقة:

بعض فوائد الأنظمة الهيكلية للركائز هي:

• يمكن للمبنى الطويل الذي يستخدم نظامًا هيكليًا للركيزة أن يقلل من لحظة الانقلاب بنسبة 40%.

• إنه يقلل من الانجراف الكلي للمبنى أثناء حركة التحميل الجانبي. ويعتمد التخفيض على الصلابة النسبية للقلب والذراع.

• يقوم نظام الركيزة بإشراك الأعمدة المحيطة بالهيكل لتقليل لحظة الانقلاب بكفاءة.

• يساعد النظام الهيكلي للركيزة على توزيع أحمال الانقلاب على الأساس بشكل فعال. وهذا يقلل من القوة في الأسس الأساسية.

أسئلة وأجوبة حول النظام الهيكلي للركائز في المباني الشاهقة:

1. ما هو نظام الهيكل في المباني الشاهقة؟

النظام الهيكلي للركيزة هو نظام داخلي لمقاومة الحمل الجانبي يقع داخل الجزء الداخلي من المبنى. كما يتكون من هيكل أساسي متصل بالأعمدة المحيطة بالمبنى عن طريق أعضاء هيكلية تسمى أذرع الامتداد. ويمكن أن تكون الركائز على شكل عوارض أو جدران أو تروس أفقية.

2. ما هو مداد وحزام الجمالون؟

أذرع الامتداد والجمالون الحزام هما نظامان لمقاومة الحمل الجانبي يستخدمان في المباني الشاهقة. وكلاهما يخدم غرض تحسين صلابة الدوران وقوة المبنى. حيث تربط الركائز الهيكل الأساسي للمبنى بالأعمدة المحيطة، بينما يربط حزام الجمالون الأعمدة المحيطة بالهيكل الأساسي.

3. ما هي أنواع الأنظمة الهيكلية للركائز؟

الأنواع الرئيسية للأنظمة الهيكلية للركائز هي:

1. نظام مداد تقليدي.

2. نظام الأوفست مداد.

3. نظام مداد افتراضي.

4. ما هي مزايا استخدام الركائز في تشييد المباني الشاهقة؟

يوفر النظام الهيكلي للركيزة الفوائد التالية لِهيكل المبنى:

1. التقليل من لحظة الانقلاب.

2. الحد من الانجراف الجانبي.

3. التخفيض الآمن ونقل قوى الهيكل الأساسي إلى الأساس.