يشمل تصميم الهياكل الفولاذية اختيار نوع المقطع العرضي وطريقة البناء والتشغيل وموقع البناء. يعتبر التصميم في المباني ذات الإطار الفولاذي ضروريًا للغاية. فيما يلي سوف نتعلم المزيد عن تصميم هذه الهياكل.
من أجل التمكن من الحصول على المواد المطلوبة للهياكل ، يجب إيلاء الكثير من الاهتمام لمرحلة واحدة من البناء ، وهي مرحلة تحليل الهيكل وتصميمه. عندما يكون المبنى من نوع الإطار الفولاذي ، يصبح تصميم وتحليل الهياكل الفولاذية أكثر أهمية. تم تأطير هذه الهياكل ودور الإطار فيها هو استقرار الهيكل بأكمله ونقل الأحمال الميتة والأحمال الحية والزلازل وأحمال الثلج من الهيكل إلى الأساس.
في حساب وتحليل وتصميم وتقوية الهياكل الفولاذية ووضع أعمدة لهذه الهياكل ، ينبغي إيلاء أكبر قدر من الاهتمام لمعايير مثل نوع المقطع العرضي ، وطريقة وضع وترتيب المقطع العرضي ، والدعم المسافات ونوع الدعامة او المشابک ونوع نظام تقوية الهيكل وموقع الهيكل.
عادة ما يتم تصميم هذه التحليلات باستخدام برامج متقدمة. يتم استخدام برامج مثل ITBS و Sep و Safe لهذا الغرض. بشكل عام ، الغرض من تصميم الهيكل هو تحديد التكوين والأبعاد والمواصفات لأجزائه. من أجل التحليل والمراجعة ، يجب أولاً معرفة أنواع الهياكل الفولاذية.
أنواع الهياكل الفولاذية
هياكل تاطیر المدرفلة على الساخن: الأقسام المصنوعة في مصانع صهر الحديد وتصنيعه.
هياكل ذات تاطیر المدرفله على البارد أو LSF: أقسام متصلة خارج مصانع البناء وبأدوات مختلفة ؛ تستخدم هذه اقسام في الغالب في مباني الفلل خارج المدينة.
هياكل القشرة ، مثل صهاريج تخزين السوائل أو الغاز ، والهياكل المعلقة ، والتي تستخدم في الغالب في الأعمال والتصاميم المعمارية البارامترية.
طرق مختلفة لتحليل وتصميم الهياكل الفولاذية
يتم تحليل وتصميم الهياكل الفولاذية بالطرق الثلاث التالية:
• طريقة تصميم الضغط المسموح بها (ASD) أو المرونة
• طريقة تصميم القوة القصوى أو البلاستيك
• طريقة تصميم الحالة المحدودة (LSD)
في ما يلي ، سنتعرف على كل من هذه الطرق على حدة.
طريقة تصميم الضغط المسموح بها (ASD) أو مرنة
طريقة الضغط المسموح بها هي واحدة من أقدم طرق تحليل وتصميم الهياكل الفولاذية. في هذه الطريقة ، تتم تأثيرات الانخفاض المحتمل في المقاومة والزيادة المحتملة في الأحمال بمساعدة عامل يسمى عامل الثقة وفي خطوة واحدة فقط. في هذه الطريقة ، تم تصميم العناصر الهيكلية بحيث لا تتجاوز الضغوط الحسابية فيها القيم المسموح بها تحت تأثير الأحمال التشغيلية المفترضة. صيغة هذه الطريقة على النحو التالي.
(عامل الموثوقية> 1) / (إجهاد الفشل أو إجهاد الخضوع) = الإجهاد المسموح به
القوة القصوى أو طريقة التصميم البلاستيكية (LRFD)
في طريقة LRFD ، تتم السلامة على مرحلتين ويتم أخذ زيادة الحمل في الاعتبار باستخدام معاملات الحمل ويتم اعتبار تقليل المقاومة باستخدام معاملات تقليل المقاومة. في هذه الطريقة ، يجب أن تكون المقاومة النهائية للتصميم أو قدرة التحمل القصوى للعضو في كل قسم أكبر من أو مساوية للجهود الحالية في هذا القسم تحت تأثير الأحمال المحسوبة على الهيكل.
طريقة تصميم حالة الحد LSD
في هذه الطريقة ، يتم تطبيق جزء من معامل الموثوقية على الأحمال ويتم تطبيق جزء من معامل الموثوقية على المقاومات. هذا يعني أن كلا الأحمال تزداد وتقل المقاومة. يرجع عدم اليقين في التصميم إلى كل من الأحمال والمقاومات ؛ لذلك ، من الأفضل النظر في كلا الشكين و عدم الیقین بشكل منفصل.
تصميم وتحليل الهيكل حسب المواصفات الفولاذية
يجب أن يتم تصميم وتحليل الهياكل الفولاذية بناءً على خصائص الفولاذ مثل الشد والقص والصلابة والزحف و النزوح والتعب. فيما يلي نذكر هذه الحالات وتأثيرها على تصميم وتحليل الهياكل الفولاذية
خصائص القص في تحليل وتصميم الهياكل الفولاذية
عادة ما یحدد قوة القص عند التمزق تحت إجهاد القص. يجب أن تكون هذه المقاومة حوالي 0.57 مرة من إجهاد الخضوع للفولاذ. يعبر معامل مرونة القص عن نسبة إجهاد القص إلى إجهاد القص في النطاق المرن للفولاذ الهيكلي. عادة ، يمكن اعتبار معامل مرونة القص للفولاذ الإنشائي 75.84 GPa أو يمكن استخدام الصيغة التالية لحساب معامل مرونة القص.
(G =E/2(1+μ
- G: نموذج القص المرن من الفولاذ
- E: نموذج مرونة الفولاذ
- U: نسبة بواسون
صعوبة في تصميم الهياكل الفولاذية
الصلابة هي مقاومة الفولاذ الهيكلي ضد التشوه غير المرن. عادةً ما يحدد معيار الاختبار والتعاريف المستمدة من الاختبار الميكانيكي للأجزاء الفولاذية (A370-05) ثلاثة نماذج اختبار مختلفة لتقييم صلابة الفولاذ. تشمل هذه الاختبارات اختبار برينل واختبار روكويل والاختبار المحمول.
هذه الاختبارات قادرة على تقدير صلابة الفولاذ الإنشائي. يستخدم تحديد صلابة الفولاذ ليس فقط لاختبار تجانس المنتجات المختلفة ، ولكن أيضًا لتقييم قوة شد الفولاذ.
الزحف في تصميم الهياكل الفولاذية
يحدد معدل الزحف وفقًا للتغيير التدريجي في إجهاد الفولاذ تحت ضغط مستمر. في بعض الحالات ، يحدث الزحف بسبب الإجهاد المستمر أو بسبب الحريق. بالطبع ، يتفق الخبراء أحيانًا على أنه يمكن حذف الزحف في تصميم وبناء الاطار الهياكل الفولاذية. لكن فيما يتعلق بتأثير الزحف على النار ، لا يمكن تجاهل ذلك.
تحليل وتصميم الهياكل الفولاذية حسب طريقة المشابک او التدعیم
يتم إجراء أحد أنواع تحليل وتصميم الهياكل الفولاذية وفقًا لطريقة المشابک او التدعیم. تعتبر المشابک او الدعامه مهمة وضرورية للغاية لزيادة مقاومة المبنى للزلازل والرياح. في هذه الحالة ، يجب إنشاء نظام تقوية أفقي على المبنى لنقل القوى الجانبية إلى الأساس ومنع النزوح الأفقي.
يعتمد حجم القوى الأفقية المطبقة بسبب الرياح على العوامل التالية:
- سرعة الرياح
- الشكل الأيروديناميكي للمبنى
- حالة سطح الواجهة
- طرق التصلب او التقسیه
يمكن تدعیم الاطار الفولاذي الهيكلي بإحدى الطرق التالية:
- أنظمة الإطارات الصلبة
- أنظمة إطارات دعامات الرياح
تصميم الهياكل الفولاذية حسب مكونات الفراغات الداخلية للمبنى
يعتمد اختيار النظام المناسب للمكونات الداخلية للمبنى على عوامل مختلفة. تستخدم الطرق التالية بشكل شائع في بناء الأسقف القائمة على عوارض فولاذية:
- بلاطة خرسانية في الموقع على قوالب مناسبة
- بلاطة خرسانية مسبقة الصنع
- سطح فولاذی مع خرسانة في الموقع