تصاميم انشائية – خطوات الدراسة
تدخل خطوات دراسة تصاميم انشائية ضمن عمل المهندس الإنشائي بعدما يستلم مخطّط المنشاة من المهندس المعماري. ويتضمّن عمله عندها عدداً من الخطوات اللازمة لضمان الأمان والحماية للمنشأة ومستخدميها.
الهدف من تصاميم انشائية هو تحويل المخططات المعمارية إلى إنشائية مع ضمان السلامة والقيمة الجمالية وعدم تعارض المخططات الإنشائية مع المعمارية.
موجز عن هندسة الإنشاءات
الهندسة الإنشائية (Structural engineering) هي مجال هندسي يتعامل مع تصميم المنشآت التي تدعم أو تقاوم الأحمال. تعنى الهندسة الإنشائية بدراسة التحليلات النظرية والتصاميم لكافة أنواع المنشآت وتطبيقاتها. آخذين بنظر الاعتبار كافة التأثيرات الاستاتيكية والديناميكة وعلاقتها بكافة تأثيرات البيئة من رياح وزلازل وظروف الطقس المختلفة.
يقوم المهندسون الإنشائيون بتحليل، تصميم، تخطيط، ودراسة كيفية استخدام العناصر والأنظمة الإنشائية للوصول إلى بناء منشأ آمن، اقتصادي ومريح للمستخدم. حيث يتضمّن عملهم الاهتمام بالأمان والسلامة مع الأخذ في الاعتبارالتكلفة والبيئة.
وتتفرّع طرق الإنشاء بداية إلى طريقتين:
الطريقة الكلاسيكية (Working design method). يتم من خلالها ضرب مقدار قدرة تحمّل الخرسانة بعوامل أمان أصغر من الواحد أي يتحصّل الأمان بتخفيض قدرة مقاومة الخرسانة نظرياً عن قدرتها الحقيقية.
الطريقة الحدية (تصعيد الحمولات ultimate design method). حيث يتمّ ضرب قيم الحمولات بعوامل أمان كثيرة مثل مضاعفتها مرة أو اثنتين ومن ثم تصميم المنشأ على هذا الأساس، وذلك بأقل تكلفة ممكنة تناسب هذه العوامل.
خطوات التصميم الإنشائي
الهدف من التصميم الإنشائي هو تحويل المخططات المعمارية إلى إنشائية مع ضمان السلامة والقيمة الجمالية وعدم تعارض المخططات الإنشائية مع المعمارية. ويمكن تلخيص هذه الخطوات كالتالي:
- يضع المهندس الإنشائي بعض الفرضيات مثل نوع الكود الانشائي الذي سيستخدمه في التصميم، قوة إجهاد الحديد، قوة إجهاد الخرسانة لكلّ عنصر من عناصر الإنشاء، وقوة تحمّل التربة.
- بعد التحقق من الأرض والظروف المحيطة ومعرفة أهمية المنشأة يبدأ التصميم الإنشائي من الأعلى إلى الأسفل. حيث يبدأ المهندس الإنشائي أولاً بتصميم السقف ثم تصميم الكمرات، فالأعمدة، وأخيراً القواعد.
- يلقي المهندس الإنشائي بداية نظرة عامة على مسطح البناء والفراغات الموجودة فيه ويتخيل طريقة توزيع الكمرات التي ستحمل هذا المسطح. ثمّ يختار نوع السقف بناء على البحور أو المسافات بين الأعمدة.
- يدرس المهندس الانشائي التمديدات الكهربائية والصحية والميكانيكية في المنشأة حتى لا تتعارض هذه التمديدات مع العناصر الإنشائية مثل الأعمدة والكمرات.
- يقوم المهندس الإنشائي بتحديد أماكن الأعمدة وتوزيعها بالتنسيق مع المهندس المعماري حتى لا تتعارض مع الفتحات أو الحوائط في الأدوار المتكرّرة، مع الانتباه إلى عدم تداخل القواعد المنفصلة، ثمّ يتم تحديد شكل الأعمدة المطلوبة (دائرية أو مربعة أو مستطيلة).
بالإضافة الى :
- يضع المهندس الإنشائي الفواصل بين الكتل، للتمدد والتقلص الحراريين، وللهبوط التفاضلي، وللزلازل.
- يضع المهندس الإنشائي الجملة الإنشائية (في كل كتلة) المقاومة للقوى الأفقية (رياح وهزات أرضية). ويمكن أن تكون الجملة المقاومة للقوى الأفقية جملة إطارات مقاومة للعزوم أو جملة جدران قص، أو جملة مختلطة من إطارات أو جدران قص، أو جملة أخرى.
- يراعي المهندس الإنشائي تنزيل مركز ثقل المنشأة للأسفل ما أمكن، سواء من جهة الأحمال الحية (وضع الأحمال الحية الثقيلة بالطوابق السفلى)، أم من جهة الأحمال الميتة (الوزن الذاتي/ التغطيات والقواطع وغيرها)، وذلك باختيار الشكل الذي يجعل الأحمال الميتة أقرب للأرض.
- يراعي المهندس الإنشائي استعمال الجمل الإنشائية غير المقررة، والبعد عن الجمل المقررة، خاصة الأظفار.
- يضع المهندس الإنشائي التحليل الإنشائي (حساب العزوم وقوى القص والقوى الناظمية) لجميع العناصر بصورة نهائية، مع تصميم المقاطع العرضية للعناصر الإنشائية وحساب قيم التسليح لها مع الأخذ بالحسبان الاشتراطات المتعلقة بالتسليح الواردة بالكود (النسب الدنيا والعظمى وترتيبات التسليح).
- يتابع المهندس الإنشائي مع المهندس المعماري والميكانيكي أحمال المصاعد وفتحات المكيفات مع الأخذ في الاعتبار أحمال الخزانات.