تصميم الجسور والأعمدة الفولاذية
يشرح هذا المقال استخدام وحدة تصميم الجسور والأعمدة الفولاذية في StatiCAD. تُجرى الحسابات وفق TBDY 2018 وÇYTHYE (المبادئ التركية لتصميم وحساب وإنشاء المنشآت الفولاذية — بمنهج LRFD): في الجسور الانعطاف (بما فيه الانبعاج الالتوائي الجانبي) والقص والتأثير المركّب والترخّم؛ وفي الأعمدة انبعاج الضغط المحوري والتأثير المركّب للقوة المحورية مع الانعطاف ثنائي المحور. تُؤخذ قوى المقاطع من الحل بالعناصر المحدودة الخاص بالبرنامج، مع القيم الغلافية وتوليفات الأحمال التي تعود إليها. لمطالعة العلاقات انظر مقال الأسس النظرية للتصميم الفولاذي، ولمقارنات الحساب اليدوي انظر مقال دراسات التحقق للمنشآت الفولاذية.
في أي الإصدارات؟ حسابات المنشآت الفولاذية متوفرة في إصدار StatiCAD Ultimate.
النطاق: يُجرى حساب قدرة التحمل للمقاطع I/H المدرفلة على الساخن (IPE وIPN وHEA/HEB/HEM وHD/HL/HP). يمكن إسناد المقاطع U وL وT والصندوقية والأنبوبية؛ وتظهر في النموذج وفي العرض ثلاثي الأبعاد. أما حساب المقاطع المشكّلة على البارد (C وZ وSigma وغيرها) فيُجرى في وحدة المنشآت الفولاذية الخفيفة.
1. التسلسل العام
- نمذج المبنى بالطريقة المعتادة (الجسور كروابط أفقية، والأعمدة كروابط رأسية).
- افتح نافذة الخصائص للعنصر الذي سيكون فولاذياً، وأسند المقطع من نموذج اختيار المقطع المصنّع بالزر اختيار المقطع (القسم 2). عند إسناد المقطع تُسجَّل مادة الفولاذ (S235 وغيرها) على العنصر مع المقطع.
- في النافذة نفسها حدّد نوع تصميم العنصر على “فولاذ” (القسم 3) ثم اضغط موافق.
- شغّل التحليل. تُجرى فحوص التصميم الفولاذي تلقائياً في نهاية التحليل.
- احصل على التقرير بتحديد مجموعة تقارير العناصر الفولاذية في شجرة اختيار التقارير (القسم 6).
إذا أُسند مقطع إلى عنصر لم يُحدَّد له نوع التصميم “فولاذ”، فإن العنصر يظهر في النموذج بمقطعه الفولاذي (الوزن، الجساءة، العرض ثلاثي الأبعاد) لكنه لا يدخل في فحص التصميم الفولاذي.
2. مكتبة المقاطع المصنّعة وإسناد المقطع
يُفتح نموذج اختيار المقطع المصنّع من الزر اختيار المقطع في نافذتي الجسر (خصائص الرباط) والعمود (خصائص الرباط الرأسي).
| حقل النموذج | وظيفته |
|---|---|
| نوع الإنتاج | Hadde (الافتراضي): مقاطع مدرفلة على الساخن. Cold Formed: مقاطع مشكّلة على البارد (وحدة الفولاذ الخفيف). |
| الفئة | في وضع Hadde: الكل / I-Wide Flange / Channel / Tee / Angle / Pipe / Tube. |
| مربع البحث | يُصفّي بحسب الاسم (مثل “IPE 3”). |
| المعاينة | يُرسم مقطع الشكل المختار بهندسته الفعلية، وتُدرج أبعاده الأساسية وخصائص مقطعه. |
| المادة... | اختيار درجة الفولاذ (S235 وS275 وS355 وغيرها). إن لم تُختر تُستخدم درجة الفولاذ الافتراضية. تُسند المادة إلى العنصر مع المقطع. |
| إسناد | يكتب المقطع والمادة في نافذة العنصر المفتوحة؛ ويُضاف المقطع كذلك إلى مكتبة مقاطع المشروع، وتُنتَج صورة المقطع للتقارير. |
| مقطع معرَّف من المستخدم... | ينتقل إلى مسار المقطع المعرَّف من المستخدم بدلاً من مكتبة المقاطع المصنّعة. |
يُفتح النموذج نفسه من الجسر ومن العمود؛ ويتم الإسناد إلى العنصر الذي فُتح من نافذته. يُحفظ المقطع المسند في مكتبة المشروع وينتقل مع الملف.
3. اختيار نوع التصميم
| العنصر | النافذة | الخيار |
|---|---|---|
| جسر | خصائص الرباط ← مجموعة نوع التصميم | فولاذ (إلى جانب خيارات خرسانة مسلحة / بناء بالحجارة / خشب) |
| عمود | خصائص الرباط الرأسي ← مجموعة نوع التصميم | فولاذ |
عند تحديد الخيار والضغط على موافق يُحفظ نوع تصميم العنصر على أنه فولاذ؛ وفي نهاية التحليل تدخل هذه العناصر في فحص التصميم الفولاذي وتظهر مجموعة تقارير العناصر الفولاذية في شجرة التقارير.
4. حساب الجسر الفولاذي
| الفحص | الكود | الشرح |
|---|---|---|
| الانعطاف | ÇYTHYE الفصل 9 | الخضوع والانبعاج الالتوائي الجانبي غير المرن والمرن؛ تُحسب حدود Lp وLr وتُعرض في التقرير. يُكتب في التقرير حدُّ الحالة الحاكمة. |
| القص | الفصل 10 | Vn = 0.6·Fy·Aw·Cv |
| التأثير المركّب | الفصل 11 | فحص تفاعل الانعطاف والقوة المحورية والقص |
| الترخّم | قابلية الاستخدام | فحص f ≤ L/K؛ ويُعرض في التقرير بالسطر “Sehim f = ... ≤ L/K = ...” (Sehim: الترخّم). |
طول الإسناد الجانبي Lb: إذا تُركت حقول الإسناد الجانبي (Le) في نافذة خصائص العنصر تلقائية فيُعتمد طول الجسر L (بين العقدتين الطرفيتين)؛ وإذا أُدخلت قيمة يدوياً تُستخدم هي. وإذا وُجد إسناد جانبي عند نقاط وسطية من الجسر (مثل جسر ثانوي مغروس أو تكتيف قطري)، فأدخل أكبر طول غير مسند في حقل Le.
معامل تصحيح العزم Cb: يُحسب Cb (ÇYTHYE المعادلة 9.1) لكل توليفة أحمال على حدة من مخطط العزم بالعناصر المحدودة. ولأن Cb يتغير بتغير التوليفة، فإن التوليفة الحاكمة ليست التي تعطي أكبر عزم، بل التي تعطي أكبر نسبة طلب/قدرة؛ ويكون عزم التصميم واسم التوليفة وCb في التقرير عائدة إلى هذه التوليفة.
- في الجسور الكابولية (التي لا يتصل أحد طرفيها بعمود أو جدار أو جسر آخر) يؤخذ Cb = 1.0 (ÇYTHYE 9.1(e)).
- عند إدخال طول أقصر من طول الجسر في حقل Le يؤخذ Cb = 1.0 (الجانب الآمن).
- يُعدّ طرف الجسر الثانوي المغروس في جسر رئيسي مسنداً؛ ويُحسب Cb من مخطط العزم.
حد الترخّم K: يُحدَّد لكل عنصر من الموضع نفسه الذي يُختار منه K للترخّم في الجسور الخشبية (الافتراضي K = 300؛ وبحسب الاختيار 200 / 150 / قيمة تُدخل يدوياً). يُحسب الترخّم من عزم الخدمة (G+Q أو G+S بلا معاملات)؛ وفي الجسر الكابولي يُستخدم مكافئ الحمل الطرفي.
5. حساب العمود الفولاذي
| الفحص | الكود | الشرح |
|---|---|---|
| الضغط المحوري | الفصل 8 | الانبعاج الانعطافي في المحورين x وy، والانبعاج الالتوائي في المقطع ثنائي التناظر؛ وعبر إجهاد الانبعاج المرن الحاكم يُحسب Fcr وφcPn (φc = 0.90). يُكتب نمط الانبعاج الحاكم في التقرير. |
| نحافة المقطع العرضي | الجدول 5.1A | تُفحص حدود b/2tf للشفة وhw/tw للجذع. يُعلَّم العنصر ذو المقطع النحيف صراحةً في التقرير بأنه “narin enkesit” (مقطع نحيف) ويُعدّ غير كافٍ. |
| نسبة النحافة | توصية ÇYTHYE | إذا كانت KL/r > 200 يُعرض في التقرير تحذير أحمر “KL/r>200!”. |
| التأثير المركّب | الفصل 11.3 | ضغط محوري + انعطاف ثنائي المحور: المعادلة 11.3a (Pr/Pc ≥ 0.2) أو 11.3b؛ وتُذكر المعادلة المستخدمة في التقرير. |
طول الانبعاج الفعّال KL: يُؤخذ افتراضياً طول العمود داخل الطابق (ارتفاع الطابق وفروق المناسيب السفلية/العلوية) ويُفترض K = 1.0. ويمكن تعريف طول الانبعاج لكل محور على حدة بإدخال قيم يدوياً في حقول Le في نافذة خصائص الرباط الرأسي.
6. توليفات الأحمال
منهج الحساب هو LRFD (φb = φc = φv = 0.90). تُؤخذ الطلبات من غلاف توليفات LRFD في ÇYTHYE (1.4G؛ 1.2G + 1.6Q + 0.5S؛ 1.2G + 1.6S + 1.0Q؛ وعند وجود الرياح 1.2G + 1.0Q + 0.5S + 1.6W و0.9G + 1.6W) وتوليفات الزلزال في البرنامج (1.2G في الزلزال، وQ لا تقل عن 1.0). لا تغيّر هذه التوليفات قائمة توليفات الأحمال في المشروع؛ وتُستخدم في التصميم الفولاذي فقط. ويظهر في التقرير اسم التوليفة التي أعطت الغلاف بجانب الطلب.
يشير السطر “Çelik kiriş/kolon tasarımında rüzgâr birleşimleri yok” (لا توجد توليفات رياح في تصميم الجسور/الأعمدة الفولاذية) في تحذيرات التحليل إلى أنه لا توجد حالة حمل رياح معرَّفة في المشروع. لا توجد رياح في قائمة التوليفات الافتراضية (TBDY)؛ ولإدخال الرياح في الحساب اختر حالات الأحمال وتوليفاتها المعرَّفة في تبويب توليفات الأحمال.
7. التقارير
بعد التحليل تظهر في شجرة اختيار التقارير مجموعة تقارير العناصر الفولاذية:
| التقرير | المحتوى |
|---|---|
| حسابات الجسور الفولاذية | طابقاً طابقاً، كتلة لكل جسر: اسم المقطع؛ المادة (Fy)؛ خصائص المقطع (A وIx وWel وWpl وry)؛ Lb وCb وLp وLr؛ عزم التصميم (مع التوليفة التي أعطت الغلاف)، وMn والنسبة والحالة الحدّية الحاكمة؛ قص التصميم وVn والنسبة؛ التأثير المركّب؛ سطر الترخّم؛ النتيجة: Yeterli / Yetersiz (كافٍ / غير كافٍ) |
| حسابات الأعمدة الفولاذية | خصائص المقطع (A وIx وIy وrx وry)؛ KLx وKLy وأكبر KL/r (مع تحذير عند اللزوم)؛ القوة المحورية (مع توليفتها) وφcPn والنسبة ونمط الانبعاج الحاكم؛ العزوم وقدراتها في المحورين؛ معادلة التفاعل وقيمتها؛ النتيجة |
تُعلَّم الفحوص المتحققة بالعلامة الخضراء UYGUN (مطابق)، وغير المتحققة بالعلامة الحمراء X. تُنتَج التقارير بالتركية عندما تكون لغة البرنامج التركية، وبالإنجليزية في اللغات الأخرى.
8. العرض ثلاثي الأبعاد
تُرسم الجسور والأعمدة المسند إليها مقطع في النافذة ثلاثية الأبعاد بهندسة المقطع الفعلية (جذع–شفة لمقطع I/H، صندوقي، أنبوبي، محيط خارجي لمقطع مشكّل على البارد). أما العناصر غير المسند إليها مقطع فتظهر كمنشور مستطيل. وتُضاف صور المقاطع كذلك إلى جداول المقاطع في التقارير.
9. ملاحظات مهمة
- لا تُطبَّق طريقة المساحة الفعّالة على الأعمدة ذات المقاطع النحيفة في هذا الإصدار؛ ولا ينتج البرنامج قدرة تحمل ويُعلّم العنصر صراحةً. ولا تُعرض النتيجة “آمنة” بصمت أبداً.
- يُحسب Cb في حساب الجسر من مخطط العزم لكل توليفة؛ ويؤخذ 1.0 في الكابولي وعند إدخال Lb قصير يدوياً في حقل Le (انظر القسم 4).
- يُفترض K = 1.0 في طول انبعاج العمود؛ ولظروف إسناد مختلفة أدخل قيمة K·L يدوياً في حقول Le.
- يُقرأ معامل مرونة المادة الفولاذية من مكتبة المواد؛ ولا فرق إن عُرِّف بوحدة kg/cm² أو MPa (تُتعرَّف الوحدة تلقائياً).
- شروط مطاوعة المقطع العرضي للزلزال في الفصل 9 من TBDY، ونسبة قدرة العمود إلى الجسر، والعناصر المتقاطعة (الأقطار) خارج نطاق هذا الإصدار.
10. الأسئلة الشائعة
لا تظهر “تقارير العناصر الفولاذية” في شجرة التقارير. تظهر المجموعة إذا وُجد في المشروع جسر أو عمود واحد على الأقل حُدِّد نوع تصميمه فولاذاً، وبعد التحليل. تأكد من تحديد خيار “فولاذ” في نافذة خصائص العنصر ومن إعادة إجراء التحليل.
يُكتب في التقرير “Profil katalogda bulunamadı” (لم يُعثر على المقطع في الكتالوج). لم يُعثر على اسم المقطع المسند إلى العنصر مطابقاً تماماً في مكتبة المقاطع المصنّعة (مثلاً اسم مقطع جرى تعديله يدوياً). أعد إسناد المقطع من نموذج اختيار المقطع المصنّع.
خرجت القدرات أقل أو أعلى بكثير مما توقعت. قارن أولاً سطر خصائص المقطع في التقرير (A وIx وWpl) بجدول المقاطع؛ ثم انظر إلى قيم Lb وCb وKL — فقد يكون الإسناد الجانبي أو طول الانبعاج قد أُدخل يدوياً. ويمكن في التقرير رؤية اتساق الحالة الحدّية للجسر (خضوع / انبعاج التوائي جانبي غير مرن / مرن) مع Lp وLr.
يظهر الجسر أو العمود الفولاذي مستطيلاً في العرض ثلاثي الأبعاد. لم يُسند إلى العنصر مقطع. أسند المقطع بالخطوات الواردة في القسم 2.
هل يمكن أن يخضع العنصر نفسه لفحص الفولاذ والخرسانة المسلحة معاً؟ لا؛ فنوع التصميم خيار واحد. يدخل العنصر في فحص الوحدة التي حُدِّد نوعها له.