ما هي الأحمال الهيكلية؟
يشير مصطلح “الحمل الهيكلي” إلى القوى المؤثرة على المكونات الهيكلية للأصول المبنية مثل المباني.
يعد التحليل الإنشائي جزءًا مهمًا جدًا من تصميم المباني والأصول المبنية الأخرى مثل الجسور والأنفاق، حيث يمكن أن تسبب الأحمال الإنشائية الإجهاد والتشوه والإزاحة التي قد تؤدي إلى مشاكل إنشائية أو حتى الفشل.
تتطلب لوائح البناء أن يتم تصميم الهياكل وبناؤها لتكون قادرة على تحمل جميع أنواع الأحمال التي من المحتمل أن تواجهها خلال دورة حياتها.
يتم تحديد متطلبات التصميم عمومًا من حيث الأحمال القصوى التي يجب أن يكون الهيكل قادرًا على تحملها.
ما هي أنواع مختلفة من الأحمال الهيكلية؟
هناك عدد من أنواع الأحمال المختلفة التي يمكن أن تؤثر على الهيكل، والتي تختلف طبيعتها وفقًا للتصميم والاستخدام والموقع والمواد المستخدمة داخل الهيكل أو المادة المطبقة عليه.
يتم تصنيف الأحمال عمومًا على أنها إما أحمال ميتة (DL) أو أحمال حية (LL):
- الاحمال الميتة: تظل الأحمال الهيكلية الميتة ثابتة نسبيًا، مثل الوزن الذاتي للهيكل.
- الاحمال الحية: قد تختلف الأحمال الهيكلية الحية مثل الأحمال المرورية.
- الأحمال الهيكلية البيئية.
- الأحمال الهيكلية المركزة.
- أحمال الخط الهيكلي.
- الأحمال الهيكلية الموزعة.
الأحمال الميتة (DL)
ترتبط الأحمال الميتة، والمعروفة أيضًا بالأحمال الدائمة أو الثابتة، في الغالب بوزن الهيكل نفسه، وبالتالي تظل ثابتة وثابتة نسبيًا بمرور الوقت.
قد تشمل الأحمال الميتة وزن أي عناصر هيكلية، وأقسام غير هيكلية دائمة، وتركيبات غير متحركة مثل ألواح الجبس، والخزائن المدمجة، وما إلى ذلك.
يمكن حساب الأحمال الميتة من خلال تقييم أوزان المواد المحددة وحجمها كما هو موضح في الرسومات. وهذا يعني أنه من الناحية النظرية، ينبغي أن يكون من الممكن حساب الأحمال الميتة بدرجة جيدة من الدقة.
ومع ذلك، يكون المهندسون الإنشائيون متحفظين في بعض الأحيان في تقديراتهم، حيث يقللون من الانحرافات المحتملة، ويسمحون بهامش الخطأ ويسمحون بالتعديلات بمرور الوقت، وبالتالي فإن أحمال التصميم الميتة غالبًا ما تتجاوز بكثير تلك التي تم تجربتها في الممارسة العملية.
الأحمال الحية (LL)
الأحمال الحية، والمعروفة أيضًا بالأحمال المفروضة، عادة ما تكون مؤقتة وقابلة للتغيير وديناميكية. وتشمل هذه الأحمال مثل حركة مرور المركبات والركاب والأثاث وغيرها من المعدات. قد تختلف شدة هذه الأحمال اعتمادًا على الوقت من اليوم، على سبيل المثال، قد يواجه مبنى المكاتب زيادة في الأحمال الحية خلال ساعات العمل خلال أيام الأسبوع ولكن أحمالًا أقل بكثير أثناء الليل أو في عطلات نهاية الأسبوع.
قد تكون الأحمال الحية مركزة أو موزعة وقد تنطوي على تأثير أو اهتزاز أو تسارع.
الأحمال الهيكلية البيئية
قد تؤثر الأحمال الهيكلية البيئية على الهيكل نتيجة للظروف الطبوغرافية أو الجوية. لاحظ أن هذا قد يتم اختصاره إلى الأحمال البيئية في سياق مناقشة الهياكل، فهناك العديد من الأحمال البيئية الأخرى التي تؤثر على المبنى على الرغم من أن بعضها له تأثير أقل على الأحمال الهيكلية ولكن مع ذلك يؤثر على أداء المباني ومستويات الراحة، وقد تكون هذه مصطلحات كعوامل بيئية.
وفي المقابل، لا ينبغي الخلط بين هذه التأثيرات وبين التأثيرات البيئية التي من المرجح أن تصف قضايا الاستدامة المحيطة باستخدام المواد، وأداء الطاقة، والنفايات، وتأثيرات التنوع البيولوجي وما إلى ذلك.
حمل الرياح (WL)
- يمكن تطبيق أحمال الرياح من خلال حركة الهواء بالنسبة للهيكل، ويعتمد التحليل على فهم الأرصاد الجوية والديناميكا الهوائية وكذلك الهياكل.
- قد لا يشكل حمل الرياح مصدر قلق كبير للمباني الصغيرة الضخمة والمنخفضة المستوى، ولكنه يكتسب أهمية مع الارتفاع واستخدام المواد الأخف واستخدام الأشكال التي تؤثر على تدفق الهواء، وعادة ما تكون أشكال السقف.
- عندما يكون الوزن الساكن للهيكل غير كافٍ لمقاومة أحمال الرياح، فقد تكون هناك حاجة إلى هيكل ومثبتات إضافية.
حمل الثلج (SL)
- هذا هو الحمل الذي يمكن أن يفرضه تراكم الثلوج ويشكل مصدر قلق أكبر في المناطق الجغرافية حيث يمكن أن يكون تساقط الثلوج كثيفًا ومتكررًا.
- يمكن أن تتراكم كميات كبيرة من الثلج، مما يضيف حمولة كبيرة إلى الهيكل. يعد شكل السقف عاملاً مهمًا بشكل خاص في حجم حمل الثلج.
- من المرجح أن يتراكم الثلج المتساقط على الأسطح المسطحة، بينما من المرجح أن يتساقط الثلج على الأسطح الأكثر انحدارًا قد تكون هذه مشكلات مماثلة في مناطق هطول الأمطار الغزيرة حيث قد يحدث البرك.
حمل الزلزال
يمكن فرض أحمال أفقية كبيرة على الهيكل أثناء وقوع الزلزال. تحتاج المباني في مناطق النشاط الزلزالي إلى التحليل والتصميم بعناية لضمان عدم فشلها في حالة حدوث زلزال.
الأحمال الحرارية
تتمدد جميع المواد أو تنكمش مع تغير درجة الحرارة، مما قد يؤدي إلى ممارسة أحمال كبيرة على الهيكل. يمكن توفير وصلات التمدد في نقاط على المقاطع الطويلة من الهياكل مثل الجدران والأرضيات بحيث تكون عناصر الهيكل منفصلة ماديا ويمكن أن تتوسع دون التسبب في أضرار هيكلية.
أحمال الهبوط
يمكن أن تحدث الإجهادات في المباني إذا استقر جزء منها أكثر من الآخر. سيكون الهيكل المرن قادرًا على استيعاب الضغوط الصغيرة، في حين أن الهيكل الصلب سيحتاج إلى تصميم دقيق للتخفيف من الضغوط الأكثر شدة التي قد يتم ممارستها.
