تدقيق لغوي: أ. موانا دبس

احتلت المنشآت البيتونية المركز الأول في عالم البناء والتشييد منذ زمن بعيد، لكن مع التطور بدأ الفولاذ يلمع كمادة بناءٍ مهمة وشائعة، وذلك يعود للقرن الثامن عشر. بدأت فكرة الفولاذ تأخذ حيزاً هاماً في صناعة التشييد وبأشكال مختلفة، وصولاً للمنشآت والهياكل الفولاذية الكاملة تماماً دون تدخل البيتون في بعض الحالات، وفي حينٍ آخر يدخل البيتون، وتسمّى بالمنشآت المختلطة.

بدأ انتشار الفولاذ بشكله الأول الحديد المطاوع، والذي استخدم لأغراض بسيطة، كالدرابزين، والبوابات، وذلك بسبب توافره الكبير الواسع، مما أدى لانخفاض ثمنه، ومن ثم جاء الفولاذ الذي كان يعتبر مادةً متميزةً بمواصفاتٍ عديدة والأكثر تكلفة، ففي مطلع القرن التاسع عشر أحدثت السكك الحديدية ثورةً تجاريةً كبيرة.

حيث تمّ استخدام الفولاذ لتصنيع قضبان السكك الحديدية، وكان يتوجب أن تتمتع هذه القضبان بمتطلبات الشد والضغط، ولكن المشكلة كانت في ارتفاع التكاليف، ورغم ذلك أدت التطورات السريعة بالوسائل اللازمة لتصنيع الفولاذ، وإنتاجه بكمياتٍ ضخمة لاستخدامه بأمور عديدة لتخفيض تكلفة إنتاجه.

أصبحت الهياكل الفولاذية أكثر انتشاراً وأهمية، فبدأت من المنازل السكنية وصولاً للمنشآت الكبيرة، كالملاعب، والمسارح، وغيرها من الصالات الكبيرة، وبالتالي تعرف الهياكل الفولاذية بأنها هياكل قادرة على تحمل الأحمال، ونقلها عن طريق الصفائح الفولاذية والمقاطع الفولاذية المدرفلة على الساخن، أو البارد، أو الملحومة بواسطة وصلات.

نلجأ لهذه المنشآت عندما تكون الأحمال كبيرةً جداً والمجازات كبيرةً تصل من 50 إلى 100 متر، عندها تكون المنشآت المعدنية الخيار الأفضل للبناء، ونستبعد المنشآت البيتونية. ^[1]

ما هي ميزات المنشآت المعدنية؟

1- المتانة والقوة

يتمتع الفولاذ بمتانةٍ ومقاومةٍ عالية، وقدرتها على تحمل الظروف الجوية القاسية، كالثلوج، وكذلك الأمر بالنسبة للزلازل.

2- سرعه التنفيذ

المقاطع الفولاذية والعناصر، كالأعمدة، والجوائز المصنوعة مسبقاً في مصانع التصنيع، وبالتالي يتمُّ نقلها للموقع، ونقوم بتركيب العناصر مع بعضها، مما يوفر وقت الصب.

3- القساوة العالية مع الليونة الجيدة

من المعروف أن الفولاذ أقسى من البيتون بـ 10 أضعاف تقريباً، وهذا ما يجعلنا نصغر من مقاطع الفولاذ عند التصميم، مما يجعلها أكثر خفةً بالوزن. أما بالنسبة لليونة، فالمنشأ الفولاذي لا ينهار بشكل مفاجئ مثل المنشأ البيتوني.

4- صديقة البيئة

تعتبر المنشآت الفولاذية من أكثر المواد صداقةً للبيئة، وذلك لأنها تتمتع بالقدرة على إعادة تدويرها، وإعادة استخدامها، مما يجعلها من الخيارات الأكثر استدامة.

5- فعّالة من حيث التكاليف

تعتبر المنشآت الفولاذية والتكاليف أولية، ولكن على المدى الطويل من حيث الصيانة، فهي قليله الصيانة مقارنةً مع غيرها من المواد، وكذلك أكثر متانةً من المواد الأخرى.

6- تجانس المادة الفولاذية

يعتبر الفولاذ مادةً متجانسة، وهذا ما يجعله يلبي المواصفات المطلوبة من أجل التصميم، والتحليل، وكذلك فإن خصائص الفولاذ لا تتغير مع مرور الوقت مقارنةً مع البيتون الذي تتغير خصائصه مع الوقت بشكلٍ كبير.

7- الهياكل الفولاذية مقاومة للماء

توفر المنشآت الفولاذية مقاومةً كاملةً للماء والسوائل بشكلٍ عام، وعلى ذلك يفضل أن تكون الخزانات، وأنابيب الغاز، وغيرها مصنوعة من الهياكل الفولاذية حصراً. ^{[2] [3]}

ما هي سلبيات المنشآت الفولاذية؟

1- مشكلة التآكل

إن أغلب أنواع الهياكل الفولاذية تتعرض للهواء والماء، لذلك يجب أن يتمّ طلاؤها بشكلٍ دوري، وهذا ما يجعل تكاليف العناية كبيرة، وعلى ذلك فإن استخدام فولاذٍ مقاومٍ للعوامل الجوية يخفف من هذه التكاليف، وفي حال عدم صيانتها بشكلٍ جيد، فقد تفقد هذه الهياكل من وزنها ما يقارب 35 بالمئة، وهذا ما يؤدي لفشلها بنقل الأحمال الكبيرة.

2- تكاليف مقاومة الحرائق

على الرغم من أن عناصر الهياكل الفولاذية غير قابلةٍ للاشتعال، ولكن قوتها تقل بشكلٍ كبيرٍ عندما تكون درجات الحرارة مرتفعة، وعند درجة 1300 درجة مئوية يصبح الزحف (التشوه البلاستيكي تحت حملٍ ثابتٍ لفترةٍ طويلة) أكثر وضوحاً.

3- الموصلية

يعدُّ الفولاذ موصلاً جيداً للحرارة، وهذا ما يجعل عزل المباني الفولاذية ضدّ الحرارة أكثر صعوبة.

4- الناحية الجمالية

يفضل العديد من مهندسي العمارة أنواعاً معينةً من المباني الهياكل الفولاذية، ولكن من أجل المباني السكنية والمسارح تعتبر الهياكل الفولاذية لهذه المباني ذات مظهرٍ رديء، ولذلك تمّ إنفاق تكلفةٍ كبيرة من أجل الكسوة، وهي عبارة عن غطاءٍ من المعدن، أو الخشب، أو البلاستيك، وتقوم هذه الكسوة بوظيفتين حماية العنصر، وبذات الوقت تحسين مظهره. ^{[2] [3]}

ما هي المكونات الرئيسية للهياكل الفولاذية؟

1- الأعمدة

هي العناصر الشاقولية التي تنقل الأحمال إلى الأساسات.

2- الجوائز

هي عناصر أفقية تتوضع بين مسندين تقوم بنقل الأحمال عن طريق القص والانعطاف.

3- العوارض الشبكية

هي عبارة عن عناصر تحول الأحمال إلى قوى محورية، فنعامل العنصر المضغوط، كعمود، والعنصر المسدود كشداد.

4- الوصلات

تتضمن البراغي واللحام، وهي عبارة عن عقدٍ مسؤولةٍ عن وصل العناصر مع بعضها، تستخدم من أجل ربط الجوائز مع الأعمدة أو من أجل ربط الأعمدة مع الأساسات لنقل الأحمال إليها. ^[2]

ما هو الفرق بين المقاطع الفولاذية المدرفلة على الساخن والمقاطع الفولاذية المدرفلة على البارد؟

المقصود بالمدرفلة هي عملية تشكيل المعادن باستخدام سلسلةٍ من البكرات والوسائل لتغير الشكل، وتحسين وتقوية الخصائص الميكانيكية للمواد. ^[4]

1- الفولاذ المدرفل على الساخن

هو الفولاذ الذي خضع لعملية تشكيل عند درجات حرارة عالية تصل إلى 1700 فهرنهايت أعلى من درجة حرارة إعادة تبلور الفولاذ. بعد أن تتمّ عملية تسخين اللوح الفولاذي وضغطه في لفافة بكرة كبيرة يتمّ تمريره بسلسلةٍ من الأسطوانات الدوارة لتحقيق الأبعاد والأشكال المطلوبة، ويترك ليبرد.

فوائده

يعتبر ذو تكلفةٍ أقل من المقاطع المدرفلة على البارد، والإجهادات الداخلية قد تكون معدومةً نظراً لتبريد الفولاذ تدريجياً، مما يسمح للمادة بأخذ بنيتها بشكلٍ أساسي وصحيح دون وجود ضغوطٍ داخلية.

2- الفولاذ المدرفل على البارد

يعتبر الفولاذ المدرفل على البارد هو نفسه المدرفل على الساخن إلا أنه خضع لعمليات معالجة إضافية لتحسين خصائصه المتعلقة بالأبعاد، حيث يمر الفولاذ المدرفل على الساخن المبرد ضمن سلسلةٍ من الأسطوانات بدرجة حرارة الغرفة، وباعتبار أن المادة لم تعد ساخنة، وقابلة للطرق والثني، ونحتاج إلى كميةٍ كبيرةٍ من الضغط لضغطها، والحصول على الشكل المطلوب، ولكن تعتبر هذه العملية أكثر تكلفة.

فوائده

من أهمّ فوائده يُظهر الفولاذ المدرفل على البارد قوةً أكبر تصل إلى ما يقارب 20 بالمئة من الفولاذ المدرفل على الساخن، وهذا ما يجعله مناسباً للاستخدام في تطبيقات الضغط العالي، ويتمتع الفولاذ المدرفل على البارد بجودهٍ عالية، حيث لا يتطلب معالجةً بعد التشكيل، وهذا ما يجعله قادراً على تشكيل مكوناتٍ عالية الدقة. تتمتع منتجات الفولاذ المدرفلة على البارد، مثال: جوائز على شكل (U, H, I) أو زاوية تثبيت بسطحٍ أملس لامع وخالٍ من الصدأ.