تصميم الهيكل المعدني

تصميم الهياكل الفولاذية هو علم إنشاء الإطار الأساسي لأي هيكل، مثل المباني والجسور وناطحات السحاب وما إلى ذلك. يجب أن يكون هذا الإطار قويًا بما يكفي لتحمل جميع أنواع القوى الخارجية مثل الزلازل والعواصف. حيث أن التصميم الهيكلي هو الهيكل العظمي للهيكل، يجب أن يكون قويًا بدرجة كافية لتحمل حمل السقف وفرض مواد البناء الأخرى وأحمال الأرضية.

ما هي طرق تصميم الهياكل الفولاذية؟

هناك ثلاث طرق مختلفة لتصميم الهيكل الفولاذي، أيّ التصميم البسيط والتصميم المستمر والتصميم الفولاذي شبه المستمر. كما يُفترض أن المفاصل في الهياكل تتصرف إمّا بشكل مثبت أو صلب لجعل حسابات التصميم قابلة للإدارة.

في التصميم البسيط، تكون المفاصل مثالية كدبابيس مثالية. حيث يفترض التصميم المستمر أن المفاصل صلبة ولا يحدث أي دوران نسبي للأعضاء المتصلة مهما كانت اللحظة المطبقة.

تصنع الغالبية العظمى من التصاميم التي يتم تنفيذها اليوم أحد هذين الافتراضين، ولكن هناك بديل أكثر واقعية أصبح ممكنًا الآن، والذي يُعرف باسم التصميم شبه المستمر.

1. التصميم البسيط للهيكل الفولاذي:

التصميم البسيط هو النَهج الأكثر تقليدية ولا يزال شائع الاستخدام. ومن المفترض أنه لا يتم نقل أي لحظة من عضو متصل إلى آخر، باستثناء اللحظات الاسمية التي تنشأ نتيجة الانحراف المركزي في المفاصل. كما أنه عادةً ما يتم ضمان مقاومة الهيكل للأحمال الجانبية والتمايل من خلال توفير دعامة أو في بعض المباني متعددة الطوابق، بواسطة النوى الخرسانية.

من المهم أن يتعرف المصمم على الافتراضات المتعلقة بالاستجابة المشتركة ويضمن أن تكون تفاصيل الاتصالات بحيث لا تتطور أي لحظات يمكن أن تؤثر سلبًا على أداء الهيكل. ولقد أظهرت سنوات عديدة من الخبرة أنواع التفاصيل التي تفي بهذا المعيار ويجب على المصمم الرجوع إلى التوصيلات القياسية على الوصلات في البناء البسيط.

2. التصميم المستمر للهيكل الفولاذي:

في التصميم المستمر، من المفترض أن تكون المفاصل صلبة وتنتقل لحظة بين الأعضاء. حيث يتم استقرار الإطار ضد التأرجح عن طريق عمل الإطار (أيّ عن طريق ثني الحزم والأعمدة). كما يُعد التصميم المستمر أكثر تعقيدًا من التصميم البسيط، لذلك يتم استخدام البرنامج بشكل شائع لتحليل الإطار. بحيث يجب مراعاة التركيبات الواقعية لتحميل النموذج عند تصميم الإطارات المستمرة.

يجب أن تتمتع الوصلات بين الأعضاء بخصائص مختلفة اعتمادًا على ما إذا كانت طريقة تصميم الإطار مرنة أم بلاستيكية. وفي التصميم المرن، يجب أن تمتلك المفاصل صلابة دوران كافية لضمان عدم اختلاف توزيع القوى واللحظات حول الإطار بشكل كبير عن تلك المحسوبة. كما يجب أن يكون المفصل قادرًا على تحمل اللحظات والقوى والمقصات الناتجة عن تحليل الإطار.

في التصميم البلاستيكي، عند تحديد سعة الحمل القصوى، تكون قوة (وليس صلابة) المفصل ذات أهمية قصوى. حيث ستحدد قوة المفصل ما إذا كانت المفصلات البلاستيكية تحدث في المفاصل أو في الأعضاء، وسيكون لها تأثير كبير على آلية الانهيار.

إذا كانت المفصلات مصممة لتحدث في المفاصل، فيجب تفصيل المفصل مع ليونة كافية لاستيعاب الدورات الناتجة. وستكون صلابة المفاصل مهمة عند حساب انحرافات الحزمة وانحرافات التأثير واستقرار التأرجح.

3. التصميم شبه المستمر للهيكل الفولاذي:

يعتبر التصميم شبه المستمر الحقيقي أكثر تعقيدًا من التصميم البسيط أو المستمر حيث يتم تمثيل استجابة المفصل الحقيقية بشكل أكثر واقعية. إنّ الإجراءات التحليلية لمتابعة سلوك الاتصال الحقيقي عن كثب متضمنة للغاية وغير مناسبة للتصميم الروتيني، لأنها تتطلب استخدام برامج كمبيوتر متطورة.

ومع ذلك، يوجد إجراءان مبسطان لكل من الإطارات المقواة وغير المقواة، يشار إلى هذه باختصار أدناه. كما أن الإطارات الداعمة هي تلك التي يتم فيها توفير مقاومة الأحمال الجانبية بواسطة نظام تقوية أو قلب. حيث تتولد هذه المقاومة في الإطارات غير المتشابكة عن طريق لحظات الانحناء في الأعمدة والعوارض.