لقد غيرت الهندسة الإنشائية عالمي بعدة طرق ، من بناء ناطحات سحاب شاهقة إلى بناء الجسور التي تعبر أنهارًا بأكملها.
يعد عمود الشعاع البسيط أحد أهم أجزاء العديد من هذه المباني.
يخضع هذا الجزء من الهيكل لكل من الحمل المحوري ولحظات الانحناء الناتجة عن القوى الجانبية أو الانحراف اللامركزي للحمل الطولي في نفس الوقت.
العديد من الأعاجيب الهندسية اليوم لن تكون ممكنة بدون أعمدة الشعاع.
في هذه المقالة ، سألقي نظرة على أعمدة الشعاع وأتحدث عن ماهيتها ، وكيف تعمل ، ولماذا هي مهمة.
هذا المنشور مخصص لأي شخص ، سواء كنت طالب هندسة جديدًا أو مهندسًا متمرسًا يرغب في تعلم شيء جديد.
لذلك دعونا نبدأ ونكتشف ما هي أعمدة الشعاع وماذا تفعل.
مقدمة
تعريف رسمي:
يتعرض العضو الهيكلي في وقت واحد للحمل المحوري ولحظات الانحناء الناتجة عن القوى الجانبية أو الانحراف اللامركزي للحمل الطولي.
يعد عمود الشعاع جزءًا مهمًا من الهندسة المستخدمة لدعم المباني والجسور والهياكل الأخرى.
في هذه المقالة ، سنلقي نظرة على الطرق المختلفة لاستخدام أعمدة الحزمة في الهندسة ومشاريع البناء.
ما هو شعاع العمود؟
عمود الشعاع هو عضو هيكلي مصنوع ليقاوم الأحمال على محوره الطويل.
يمكن أن يطلق عليه عضو ضغط ، مما يعني أن معظم الوزن يوضع عليه عند ضغطه.
يمكن أن يحمل عمود الشعاع وزن الحزم والجدران والألواح وغيرها من الهياكل.
أنواع أعمدة الشعاع
هناك أنواع مختلفة من أعمدة الشعاع المستخدمة في الهندسة.
أعمدة العارضة الفولاذية المدرفلة هي نوع شائع من الأعمدة المستخدمة في الإنشاءات الفولاذية.
إنه مصنوع عن طريق درفلة الألواح الفولاذية إلى شكل يمكنه حمل الأحمال عند الضغط عليها معًا.
- عمود العارضة الخرسانية المسلحة: هذا النوع من أعمدة العارضة مصنوع من الخرسانة ومُقوى بقضبان فولاذية.
يتم استخدامه للبناء بالخرسانة المسلحة وهي طريقة رائعة لنقل الأشياء الثقيلة.
- عمود العارضة الخشبية: هذا النوع من أعمدة العارضة مصنوع من الخشب وغالبًا ما يستخدم في البناء السكني.
- عمود الشعاع المركب: يتكون هذا النوع من أعمدة العارضة من خلال الجمع بين مادتين أو أكثر ، مثل الفولاذ والخرسانة ، للحصول على هيكل أقوى وأكثر متانة.
لماذا ترضى بالقليل عندما يمنحك عمود الشعاع كل شيء؟
ما زال من الصعب فهمها؟ اسمحوا لي أن أغير وجهة النظر قليلاً:
هل سئمت من الحزم المستقيمة المملة التي يمكنها فعل شيء واحد فقط في كل مرة؟ لا تنظر في أي مكان آخر سوى عمود الشعاع! لماذا تستخدم شعاعًا بسيطًا أحادي البعد بينما يمكنك استخدام عضو يقوم بكل شيء؟
نعم ، عمود الشعاع هو الإنجاز المفرط للهندسة الإنشائية لأنه يمكنه بسهولة التعامل مع كل من الأحمال المحورية ولحظات الانحناء.
فلماذا تختار نوعًا واحدًا فقط من الأحمال بينما يمكنك الحصول عليها جميعًا؟ مع عمود الشعاع متعدد الاستخدامات ، يمكنك احتضان غرابة الحمل الطولي وإضافة بعض القوة الجانبية إلى حياتك.
حسنًا ، كانت هذه مجرد مزحة لتبدو وكأنها إعلان تلفزيوني.
الآن دعنا نعود إلى الشرح.
المواد المستخدمة في أعمدة الشعاع
يمكن صنع أعمدة الشعاع من الحجر أو الخشب أو الخرسانة أو الفولاذ ، من بين أشياء أخرى.
ومع ذلك ، في البناء الحديث ، غالبًا ما تستخدم الأعمدة الفولاذية على شكل H لأنها قوية وصلبة.
تكون جوانب الحافة الطويلة للعمود على شكل حرف H أكثر سمكًا من قطعة الويب الوسطى ، مما يجعلها أكثر قدرة على مقاومة قوى الانضغاط.
غالبًا ما يتم تعليق المباني الحديثة بواسطة أنظمة العوارض والأعمدة المصنوعة من الخرسانة المسلحة.
التعريف والاختلافات
تعريف الشعاع والعمود
العارضة عبارة عن قطعة من المبنى تم تصميمها لمقاومة الأحمال عن طريق الانحناء.
عادة ، يكون مسطحًا ويتم تثبيته عند نهاياته أو بطوله.
يتم تثبيت معظم الطوابق والأسطح والجسور بواسطة عوارض.
من ناحية أخرى ، العمود هو جزء رأسي من مبنى تم تصميمه لمقاومة الأحمال الانضغاطية في الغالب.
عادة ما يتم استخدامه لتثبيت مبنى أو هيكل آخر ونقل الوزن إلى الأساس.
الاختلافات بين الشعاع والعمود
هناك بعض الاختلافات الرئيسية بين الحزم والأعمدة.
- قدرة تحمل الأحمال: تصنع الحزم في الغالب لحمل الأحمال المثنية ، بينما تصنع الأعمدة في الغالب لتحمل الأحمال المضغوطة.
لهذا السبب ، تميل الحزم إلى أن تكون أقوى عند الانحناء وأضعف عند الضغط ، بينما تميل الأعمدة إلى أن تكون أقوى عند الضغط وأضعف عند الانحناء.
- الاتجاه: عادة ما تكون الحزم على الجانب ، وعادة ما تكون الأعمدة في الأعلى.
- شروط الدعم: عادةً ما يتم دعم الحزم في نهاياتها أو بطولها ، بينما يتم دعم الأعمدة عادةً في قاعدتها وأعلىها.
- شكل المقطع العرضي: تكون الحزم عادةً مربعة أو دائرية أو على شكل I ، بينما تكون الأعمدة عادةً مربعة أو دائرية أو مستطيلة.
المفاهيم والاختلافات الرئيسية
عمود العارضة عبارة عن قطعة من المبنى تم تصميمها للتعامل مع كل من الأحمال المحورية والانحناء.
يتم استخدامه عند الحاجة إلى نقل الأحمال الثقيلة من الهيكل إلى الأساس.
ينتقل عمود الشعاع من البنية التحتية إلى البنية الفوقية.
إنه جزء أساسي من نقل الوزن من أعلى المبنى إلى الأساس.
الاختلافات بين أعمدة الشعاع والحزم والأعمدة
فيما يلي أهم الاختلافات بين أعمدة الشعاع والحزم والأعمدة:
- قدرة تحمل الأحمال: عمود شعاع مصنوع لحمل كل من الأحمال المحورية والانحناء ، بينما يتم تصنيع العارضة في الغالب لتحمل أحمال الانحناء ويتم تصنيع العمود في الغالب لحمل الأحمال المحورية.
العمود هو عضو ضغط رأسي ، بينما الحزمة هي عضو ضغط أفقي.
يربط عمود الشعاع الأساس بالطبقة العليا ، والتي يمكن أن تكون أفقية أو رأسية.
من حيث الشكل المقطعي ، عادةً ما تكون الحزمة مربعة أو دائرية أو على شكل I ، بينما يكون العمود عادةً مربعًا أو دائريًا أو مستطيلًا.
يمكن أن يكون المقطع العرضي لعمود الحزمة بأي شكل ، ولكنه عادة ما يكون مزيجًا من الأشكال المربعة والمستديرة.
- الاستعمال: تستخدم الحزم في الغالب لدعم الأرضيات والأسقف والجسور ، بينما تستخدم الأعمدة في الغالب لدعم وزن المبنى أو أي هيكل آخر.
تُستخدم أعمدة الشعاع في المباني التي تحتاج إلى نقل كل من الأحمال المحورية والانحناء إلى الأساس.
اتصال عمود الشعاع
تربط وصلات عمود الشعاع الحزم والأعمدة معًا في هيكل.
في هذه المقالة ، سنلقي نظرة على الأنواع المختلفة لتوصيلات أعمدة الحزمة وكيف تساعد في الحفاظ على المبنى آمنًا ومستقرًا.
أنواع وصلات عمود الشعاع
بناءً على مدى صلابة الاتصال ، يوجد نوعان رئيسيان من اتصالات عمود الحزمة: اتصالات مرنة وتوصيلات صلبة.
- اتصال مرن: في اتصال مرن ، والذي يسمى أيضًا اتصالًا بسيطًا أو اتصالًا مثبتًا ، لا يوجد انتقال للحظة بين الأجزاء المتصلة.
يتحرك القوى المحورية أو القص ، لكن ليس اللحظات.
غالبًا ما تستخدم الوصلات المرنة في الهياكل حيث يجب أن تتعامل الوصلات بين الحزم والأعمدة مع التقلبات أو المنعطفات الصغيرة.
- اتصال جامد: اتصال جامد ، يُطلق عليه أيضًا اتصال مقاوم للعزم أو اتصال ثابت ، ينقل كل من القص واللحظة بين الأجزاء المتصلة.
تُستخدم الوصلات الصلبة عندما يتعين على الاتصال بين الحزمة والعمود التعامل مع التقلبات الكبيرة أو قوى الالتواء.
وصلات خاصة
بالنسبة للمفاصل الملتوية ، والحزم اللامتراكزة على الأعمدة ، والوصلات بشبكات الأعمدة ، يمكن استخدام وصلات بسيطة.
تعتبر هذه الوصلات خاصة.
من خلال جعل مقاطع الحزمة أصغر ، يمكن أن تتمتع الوصلات البسيطة بمقاومة أكبر للربط معًا.
يمكن القيام بذلك عن طريق قطع ثقوب في شبكة الحزمة أو عن طريق قطع جزء من حواف الحزمة (قسم الويب المصغر).
العوامل المؤثرة في تصميم توصيل عمود الشعاع
يعتمد نوع اتصال عمود الشعاع المستخدم على عدد من الأشياء ، مثل مقدار الوزن الذي يمكن أن يحمله الهيكل ، ومتطلبات التصميم الإنشائي ، وخصائص المواد.
بعض الأشياء التي تؤثر على كيفية إجراء اتصالات عمود الحزمة هي:
- سعة التحميل: يجب أن يكون لاتصال عمود الشعاع سعة تحميل كافية لمقاومة القوى واللحظات التي من المحتمل أن تعمل على أساسها.
- متطلبات التصميم الإنشائي: يجب أن يفي تصميم توصيل عمود الشعاع برمز البناء ومواصفات المشروع للتصميم الإنشائي.
- خصائص المواد: يجب أن يأخذ التصميم في الاعتبار قوة وصلابة المواد المستخدمة في توصيل عمود الشعاع.
أقصى لحظة والتصميم
في التصميم الهيكلي ، تعد قدرة الهيكل على مقاومة لحظات الانحناء جزءًا أساسيًا للتأكد من ثباته.
اللحظة القصوى
تُستخدم معادلات وصيغ عزم الانحناء لمعرفة مقدار انحناء الحزمة.
أقصى لحظة هي أعلى لحظة يمكن أن يمر بها الهيكل تحت حالة تحميل معينة.
من المهم أن تتذكر أن أهم حالة للتصميم قد لا تكون دائمًا اللحظة القصوى.
نظرًا لكيفية تفاعل قوى الانحناء والمحورية أو الالتواء ، فقد ينتهي الأمر بالإبلاغ عن حالة تحميل مختلفة ذات قيمة أقل للحظة باعتبارها أهم حالة للتصميم.
لحظات التصميم
لحظات التصميم وأقصى لحظات ليست نفس الشيء.
يتم التعرف على لحظات التصميم من خلال النظر في متطلبات الكود وعوامل الأمان ، بينما يتم التعرف على اللحظات القصوى من خلال النظر في نتائج التحليل.
تأخذ لحظات التصميم في الاعتبار أشياء مثل خصائص المواد وعوامل الأمان ومجموعات الأحمال بناءً على ما يقوله الكود.
تعد لحظات التصميم مهمة جدًا للتأكد من أن الهيكل يمكنه التعامل مع الأحمال الموضوعة عليه ولا يزال به مساحة كافية للأمان.
ضع في اعتبارك الأشياء التالية لمعرفة لحظة التصميم:
- خصائص المواد: عند تحديد لحظة التصميم ، تؤخذ في الاعتبار قوة الخضوع ومعامل مرونة الحزمة.
- مجموعات الأحمال: يتم تحديد لحظة التصميم باستخدام قائمة كود البناء لمجموعات الأحمال المختلفة.
- عوامل الأمان: تتضمن لحظة التصميم عوامل الأمان للتأكد من أن الهيكل يمكنه التعامل مع الأحمال التي تتجاوز الحد الأقصى للأحمال المتوقعة.
تصميم أعمدة الشعاع
أعمدة الشعاع عبارة عن أعضاء هيكلية يتم ضغطها بطولها وثنيها عبر عرضها.
في المباني ، يتم استخدامها لنقل الوزن من العارضة أعلاه إلى الأساس.
لتصميم عمود شعاع ، عليك معرفة مقدار الوزن عليه ومقدار حجمه.
يمكنك القيام بذلك باستخدام برنامج مثل حاسبة شعاع / عمود من Autodesk Inventor أو يدويًا باستخدام الصيغ من كتب الهندسة المدنية أو مواقع الويب مثل CivilJungle.com أو Civiconcepts.com.
حساب الأحمال على عمود الشعاع
تتمثل الخطوة الأولى في إنشاء هيكل عمود الشعاع في معرفة مقدار الوزن الذي يتم وضعه على الشعاع والعمود.
في معظم الأحيان ، يتم وضع الأحمال على أعمدة في نهاياتها ، مما يتسبب في ضغوط ضغط محورية.
في بعض الأحيان ، يمكن أن تعمل القوى المحورية والقوى العرضية ولحظات الانحناء على عمود (على سبيل المثال ، أعمدة الشعاع).
بقسمة توزيع الحمل الفعلي على طول الحزمة ، يمكنك إيجاد الحمل الموزع بشكل موحد بالكيلونيوتونس لكل متر.
حساب حجم الشعاع والعمود
بعد أن تحدد مقدار الوزن على عمود الشعاع ، تحتاج إلى معرفة حجم الشعاع والعمود الذي يجب أن يعتمد على مقدار الوزن على كل منهما.
على سبيل المثال ، حجم الخرسانة لشعاع 230 مم × 450 مم ، باستثناء سماكة اللوح ، سيكون 0.23 × 0.60 × 1 = 0.138 م 3 ، ويزن 0.138 × 2400 = 333 كجم.
بالطريقة نفسها ، يمكن إيجاد الوزن الإجمالي لعمود يكون طوله عادةً ثلاثة أضعاف أصغر عرض مقطع عرضي له عن طريق جمع أوزان جميع أجزائه.
اتصال شعاع العمود
اتصال عمود الشعاع هو المكان الذي يجتمع فيه شعاع وعمود في المبنى.
يتكون من الوصلة وأجزاء الحزم والأعمدة والبلاطة المجاورة للمفصل.
اعتمادًا على مدى صلابة الاتصال ، هناك أنواع مختلفة من اتصالات عمود الحزمة.
ينقل الاتصال المرن ، والذي يسمى أيضًا الاتصال البسيط أو المثبت ، القص أو القوة المحورية ولكن ليس اللحظات.
اتصال جامد ، والذي يسمى أيضًا اتصال مقاوم للحظة أو اتصال ثابت ، ينقل كلاً من القص واللحظة بين الأجزاء المتصلة.
بالنسبة للمفاصل الملتوية ، والحزم اللامتراكزة على الأعمدة ، والوصلات بشبكات الأعمدة ، يمكن استخدام وصلات بسيطة.
أقصى لحظة الانحناء
عندما يتم تطبيق قوة خارجية على عمود شعاع ، مما يؤدي إلى ثنيه وانكساره في النهاية ، يكون ذلك عندما تكون لحظة الانحناء في أعلى مستوياتها.
عند استخدام الدعامات المثبتة لتثبيت شعاع مستمر ، تحدث لحظات الركود عند الدعامات الوسيطة وتحدث لحظات الترهل عند الامتدادات.
قريبة جدا من الدعامات الوسيطة هي نقاط كونترافلكسور.
من الممكن أن تكون نقطة الحد الأقصى للحظة هي المكان الذي يتم فيه تطبيق اللحظة الأولية الأكبر.
لحظات التصميم وأقصى لحظات
يتم التعرف على لحظات التصميم من خلال النظر في متطلبات الكود وعوامل الأمان ، بينما يتم التعرف على اللحظات القصوى من خلال النظر في نتائج التحليل.
عند تصميم اللحظات ، يتم أخذ العديد من الأشياء في الاعتبار ، مثل خصائص المواد وعوامل الأمان ومجموعات الأحمال.
لا تأخذ اللحظات القصوى في الاعتبار سوى الأحمال الموضوعة على الهيكل ، وليس متطلبات السلامة أو التعليمات البرمجية.
نسبة النحول
في الهندسة المدنية ، نسبة النحافة هي النسبة بين طول العمود وأصغر أبعاده الجانبية.
لمعرفة ذلك ، اقسم الطول الفعال للعمود على نصف قطر الدوران.
تُستخدم نسبة النحافة لمعرفة مقدار الوزن الذي يمكن أن يحمله العمود قبل أن ينحني.
إذا كانت نسبة النحافة أقل من أو تساوي 12 ، فإن الأعمدة تعتبر قصيرة.
إذا كان العدد أكثر من 12 ، فإن الأعمدة تعتبر طويلة أو نحيفة.
يتم التحكم في الأعمدة القصيرة بطولها وعرضها ، بينما يتم التحكم في الأعمدة الرفيعة والطويلة من خلال نسب الطول إلى العرض.
شعاع / عمود ينضم
نصيحة: قم بتشغيل زر التسمية التوضيحية إذا كنت بحاجة إليه. اختر "ترجمة آلية" في زر الإعدادات ، إذا لم تكن معتادًا على اللغة المنطوقة. قد تحتاج إلى النقر فوق لغة الفيديو أولاً قبل أن تصبح لغتك المفضلة متاحة للترجمة.
يستخدم عمود الشعاع
الجسور:
غالبًا ما تُستخدم أعمدة الشعاع لبناء الجسور لأنها تستطيع التعامل مع لحظات الانحناء التي يسببها وزن المركبات بالإضافة إلى القوى الجانبية التي تسببها الرياح والزلازل.
يمكن أيضًا تصنيعها لتناسب الامتدادات والأحمال المختلفة ، مما يجعلها خيارًا جيدًا لكل من الجسور قصيرة المدى وطويلة المدى.
المباني الشاهقة الكبيرة:
غالبًا ما تستخدم أعمدة الشعاع في المباني الشاهقة لأنها يمكن أن تحمل أوزانًا ثقيلة وتتحمل قوى الرياح والزلازل.
كما أنها رائعة للمباني الشاهقة لأنها يمكن صنعها بأطوال وأقطار مختلفة.
هذا يساعد على توزيع الوزن بشكل متساوٍ ويجعل المبنى أكثر استقرارًا ككل.
الهياكل الصناعية:
نظرًا لقدرتها على الاحتفاظ بالمعدات والآلات الثقيلة ، غالبًا ما تستخدم أعمدة الشعاع في المباني الصناعية مثل المصانع والمستودعات.
في هذه الأنواع من المباني ، غالبًا ما تستخدم أعمدة الشعاع لدعم دعامات السقف وتحريك الوزن من السقف إلى الأساس.
الهياكل السكنية:
تستخدم أعمدة الشعاع أيضًا في المباني السكنية ، خاصة لجدران وأساسات الأقبية.
يمكن استخدامها أيضًا كأعمدة دعم في مخططات الأرضيات المفتوحة للمساعدة في الحفاظ على ثبات الطوابق العليا.
مشاريع البنية التحتية:
تستخدم أعمدة الشعاع بشكل متكرر في مشاريع البنية التحتية مثل الأنفاق والسدود والجدران الاستنادية.
في الأنفاق ، تعمل أعمدة الشعاع على تثبيت السقف والجدران.
في السدود ، تساعد في توزيع وزن الماء بالتساوي عبر الهيكل.
يمكن استخدام أعمدة الشعاع في الجدران الاستنادية لإيقاف القوى الجانبية الناتجة عن ضغط التربة والمياه.
خاتمة
عندما نختتم نظرتنا إلى أعمدة الشعاع ، من الواضح أن أجزاء البناء هذه مهمة جدًا في عالم الهندسة.
من أسس مبانينا إلى الطرق التي تربط مدننا ، توفر أعمدة العوارض العديد من الهياكل التي نستخدمها كل يوم الدعم والاستقرار الذي يحتاجون إليه.
لكن أعمدة الشعاع مثيرة للاهتمام أيضًا لأنها تعطينا نظرة فريدة على كيفية عمل الشكل والوظيفة معًا.
يمكن أن يكون لكيفية صنع عمود الشعاع ووضعه في مكانه تأثير كبير على شكل المبنى ككل.
لهذا السبب ، يمكننا التفكير في أعمدة الشعاع ليس فقط كأدوات مفيدة ، ولكن أيضًا كجزء مهم من الهندسة كفن وعلم.
لذا في المرة القادمة التي تمشي فيها بجوار ناطحة سحاب أو تعبر جسرًا ، خذ لحظة لتقدير عمود الشعاع البسيط الذي يساعد على جعل كل شيء ممكنًا.
الروابط والمراجع
مقدمة في تصميم الأعمدة الفولاذية أو أعضاء الضغط
تفاصيل البناء بالحديد
الاستخدام الإنشائي للخرسانة
مشاركه فى…
