Published in: الهندسة المدنية

الحمولات على المُنشأة – ما هي أنواعها؟

Author م. مناس مراد

Published on: 29 أغسطس، 2023

م. مناس مراد

تدقيق لغوي: أ. موانا دبس

الأحمال الإنشائية هي القوى المؤثرة على أي عنصرٍ إنشائي، حيث تحتوي جميع عناصر المُنشأة أحمالاً إنشائيةً سواءً كان هذا العنصر صغيراً أو كبيراً، وتتمُّ دراسة هذه الأحمال بدقة، وعند التصميم يتمُّ حساب توزيع الأحمال وشكلها، ومدى الاستمرارية، وطبيعة العنصر إذا كانت ساكنةً أو متحركة، وبشكلٍ أدقّ يُصمم المُنشأ لتحمُّل القوى دون مشاكل، فإن كانت دراسة الأحمال غير صحيحة ظهرت حينها التشقُّقات في العناصر الإنشائية، ونستنتج أن هنالك حملٌ زائد. ^[1]

ما هي أنواع الحمولات على المُنشأة؟

الحمولات المباشرة

وتشمل الحمولات الآتية:

1- الحمولات الدائمة

هي القوى الدائمة الناتجة عن الجاذبية، والتي تؤثر يقيمةٍ ثابتة خلال عمر المُنشأة بالإضافة إلى الأوزان الذاتية للمُنشأة، وهناك أوزان العناصر الإنشائية فوقها، كالقواطع، والجدران، والبلاط، وتمديدات التجهيزات، والأتربة، والطبقات العازلة. تُحسب الحمولات الدائمة حسب أحجامها وأوزانها الحجمية الأكثر ملائمةً في ظروف استخدامها. ^[2]

2- الحمولات الإضافية

الحمولات الإضافية غير الديناميكية

تتألف على الغالب من قوىً مفردة قيمتها غير ثابتة وتوضُّعها متغير، وتُشكل هذه الحمولات الأوزان الستاتيكية التي يمكن أن تتحرك من مكانها من حين لآخر، مثل: الأجهزة، وأثاث البيوت، والمواد المخزونة، وأوزان الأشخاص مُستخدمي المنشأة بشرط أن يؤخذ في الحسبان عند تقدير هذه الأوزان العامل الديناميكي عند وجوده (قاعات الاجتماعات).

الحمولات الإضافية على عناصر الارتكاز، كالأعمدة، والجدران حيث تعدُّ الجدران الداخلية الفاصلة المحمولة على الأسقف المسلحة خفيفةً لا يزيد وزنها عن(1.5kn/m²)، ويمكن الاستعاضة عن حمل الجدار الخفيف المركّز على خطٍ طولي بحملٍ مكافئٍ موزع بانتظام على مساحة السقف المسلح المتواجدة عليها .

الحمل الإضافي للجدران الثقيلة على الأسقف المسلحة حيث تعدُّ الجدران المحمولة على الأسقف المسلحة ثقيلةً إذا كانت أوزانها تزيد عن (1.5kN/m²) من مساحات الجدران، ويمكن الاستعاضة عن حمل الجدار الثقيل المركّز على خطٍ طوليّ بحملٍ مكافئٍ يتمُّ توزيعه بانتظامٍ على مساحة السقف المسلّح المتواجد عليها. ^[2]

الحمولات الإضافية الديناميكية

نتيجة الارتجاج الحاصل على المُنشأة من تحرُّكات الأحمال والتركيز الديناميكي تظهر في المنشأ قوىً إضافية تُضاف إلى قيمة القوى الأساسية، وهذه الأحمال تدخل في الحساب، وتُضرب بمعاملٍ يُحسب على أساس نسبة قيمة تردّد المنشأة، وقيمة تردّد الحمل الديناميكي، كما تدخل فيه نسبة قيمة الأحمال الثابتة. ^[2]

3- الحمولات المناخية

حمولات الرياح

تولّد الرياح في المنشآت التي تتعرَّض لها قوىً أفقيةً تنتقل عن طريق الجمل الإنشائية الحاملة إلى الأرض مُسبّبةً في هذه الجمل إجهاداتٍ وقوىً إضافيةً كبيرة، فالطاقة الحركية للرياح الناتجة عن سرعتها تتحول إلى طاقة ضغطٍ عموديةٍ على الأسطح الخارجية للمُنشأ. ويتعلق تأثير حمولات الرياح على المنشأ بعدة عوامل منها:

1- ارتفاع البناء، وطبيعته، ونسب أبعاده الأخرى.

2- الطبيعة المناخية التي سيقام عليها المنشأ.

3- كثافة الهواء، وسرعته، واتجاه حركة الرياح. وعادةً ما يتمُّ تحديد سرعة الرياح في تصميم المبنى من السجلات التاريخية باستخدام نظرية القيمة القصوى للتنبُّؤ بسرعات الرياح غير العادية التي قد تحدث في المستقبل.

4- نوع العنصر المدروس، وطبيعته، وموقعه في المنشأ.

تولد قوى الرياح المؤثرة خارجياً على السطوح المواجهة للرياح بأحمال دفع (+) موزعة، بينما تؤثر قوى الرياح المؤثرة خارجياً على السطوح الأخرى بأحمال سحب (-) كما تؤثر داخلياً على الجدران بأحمال دفعٍ أو سحبٍ نتيجةً لنفوذية الجدران ^[3]

حمولات الثلج

تؤخذ حمولات الثلج في الحسبان في البلدان والمناطق التي يتساقط فيها الثلج، ويمكن أن نهمل هذه الحمولات في حال كانت المنطقة لا يسقط فيها الثلج إلا نادراً جداً حيث يتمُّ الحساب بأخذ العوامل الثلاثة التالية في الاعتبار، وهي: ^[4]

1- الوزن الحجمي للثلج، وهو يتعلق بشكلٍ رئيسي بتكاثفه، ويتراوح بين ( 1 إلى 4 ) kn/m³.

2- السمك المتوسط المُحتمل تجمُّعه فوق سطح المُنشأة.

3- ميول السطح الذي يتساقط عليه الثلج.

4- ارتفاع المُنشأة عن سطح البحر.

حمولات الزلازل

تولّد الزلازل في المنشآت قوىً إضافيةً فراغيةً يمكن تحليلها إلى قوىً أفقيةً وشاقولية حيث يمكن إعادة خطورة الزلازل على المنشأة بشكلٍ أساسي إلى تراكب العوامل الثلاثة: ^[2]

1- زلزالية المنطقة.

2- ذبذبة المُنشأة.

3- تأثير أساس البناء المُقام.

تجدر الإشارة إلى أنه من النادر أن يحدث الزلزال والعواصف الرعدية في نفس اللحظة لذلك، فإننا عندما نراكب الحمولات على منشأةٍ ما، فإننا نقارن التأثيرات الجانبية الناتجة عن كل منهما على حداً، وندخل في الحساب أخطر هاتين الحمولتين، وتُحسب القوة الأفقية (قوة القص القاعدي) وفقاً للعلاقة التالية ( V = Z. I. K.C.S.W ) وذلك عند منسوب اتصال الأساس مع المُنشأة:

1- (V): تمثل قوة القصّ الكلية الأفقية عند منسوب اتصال المنشأة مع الأساس.

Z) -2): يمثل معامل زلزاليـة المنطقة المدروسة.

I) -3): معامل أهمية المنشأة، والغرض من استخدامه.

K) -4): يمثل تأثير السلوك اللا مرن للمنشآت على الأحمال الزلزالية، (معامل السلوك اللا مرن).

5- (C): يمثل النسبة بين التسارع الأرضي، والتسارع الناجم عن الزلازل، وتُحدد قيمه من علاقةٍ رياضيةٍ خاصة.

الحمولات غير المباشرة

هي الحمولات التي قد تتعرض لها المنشأة، كالقوى الناتجة عن انكماش البيتون، والحرارة، والزحف، والإجهاد المُسبق، وحدوث التشقّقات، وتحرُّكات الركائز، ونذكر منها تأثير الحرارة الناتجة عن حريق في المنشأة حيث يتعلق تحسين مقاومة المنشأة للحريق بشكلٍ عام بالعوامل التالية: ^[5]

1- استخدام المواد الحصوية الجبرية في الخلطة البيتونية.

2- استخدام فولاذ تسليح مشغول على الساخن.

3- اختيار أبعاد مناسبة للعناصر الإنشائية.

4- تغطية فولاذ التسليح بسماكةٍ محددةٍ لمقاومة حريقٍ يمتدُّ لفترةٍ زمنيةٍ معينة.

تتدهور الخواص الميكانيكية للبيتون والحديد إلى درجاتٍ مختلفة تحت التعرُّض للحريق، مما يضعف قدرة التحمُّل لأعضاء الخرسانة المسلحة. لذلك من الأهمية النظرية والعملية إجراء بحثٍ حول قدرة التحمُّل للعناصر المُعرّضة للنيران.