بلاطة الفولاذ الخفيف: جسور البلاطة والديافرام
يتناول هذا المقال ثلاثة موضوعات تخص البلاطة في مباني الفولاذ الخفيف: فحص جسور البلاطة (joist)، والإنتاج التلقائي لجسور البلاطة بتقسيم بلاطة الفولاذ الخفيف إلى أشرطة، وفحص نقل البلاطة بوصفها ديافراماً لقوى الزلزال والرياح إلى الألواح. وللاطلاع على التصميم العام للجسور والأعمدة راجع مقال تصميم الجسور والأعمدة من الفولاذ الخفيف، وللمعادلات راجع مقال الأسس النظرية لتصميم الفولاذ الخفيف. ويستخدم مقال مثال محلول: مبنى من الفولاذ الخفيف بطابقين هذه الخصائص كلها في تطبيق خطوة بخطوة.
في أي الإصدارات؟ حسابات الفولاذ الخفيف وتبويبا الفولاذ الخفيف في نافذتي خصائص الرباط وخصائص البلاطة متوفرة في إصدار StatiCAD Ultimate.
1. فحوص جسر البلاطة (HCBTİE 4.8 و7.4 و7.5)
تُفحص الجسور من نوع الفولاذ الخفيف بوصفها جسور بلاطة. وتوجد المدخلات الخاصة بجسر البلاطة في تبويب الفولاذ الخفيف بنافذة خصائص الرباط. تُستخدم هذه المدخلات في نوع جسر الفولاذ الخفيف فقط؛ والقيم الافتراضية (0) في جانب الأمان.
| المدخل | المعنى | القيمة الافتراضية |
|---|---|---|
| الجناح العلوي مثبّت بالكسوة باستمرار | إذا كانت كسوة البلاطة (OSB أو الخشب الرقائقي أو الصفائح شبه المنحرفة) مثبّتة بمسامير على الجناح العلوي باستمرار فلا ينشأ انبعاج جانبي التوائي عند العزم الموجب (البحر، الجناح العلوي مضغوط)؛ وتأتي Md+ من أسطر الانبعاج الموضعي والتشوهي. | مغلق (Lb+ = طول العنصر) |
| مسافة الإسناد الجانبي للجناح السفلي Lb (mm) | عند العزم السالب (منطقة المسند، الجناح السفلي مضغوط): مسافة الحجز أو التكتيف (bridging) أو الكسوة السفلية. | 0 = طول العنصر |
| شكل المسند | تلقائي: إذا لم يوجد عمود عند الطرف ووُجد جدار فهو مرتكز (يُفحص تجعّد الجذع)، وعند العمود يُعدّ متصلاً من الجذع. ويمكن اختيار مرتكز أو متصل من الجذع (زاوية وصل؛ لا يوجد فحص تجعّد) يدوياً. | تلقائي |
| طول الارتكاز ss (mm) | طول الارتكاز عند المسند. يشترط HCBTİE 7.4(e) ألا يقل عن 40 mm؛ ويصدر تحذير إذا أُدخلت قيمة أقل. | 0 = 40 mm |
| مقوّي الجذع عند المسند | إذا أُعلن وجوده تُعدّ شروط 7.4 سارية بدلاً من تجعّد الجذع؛ ويُستخدم في الانحناء + القص المعادلة 4.8.6. | غير موجود |
| حمل من الأعلى عند المسند | إذا وُجد فوق المسند جدار أو دعامة من الطابق العلوي (قوتان موضعيتان متقابلتان) يُحسب تجعّد الجذع بالمعادلة المناسبة. | غير موجود |
| تباعد الجسور < 40 cm وصفّان على الأقل من التكتيف | الطريق الثاني في HCBTİE 7.5: عندما تتجاوز نسبة البحر/العمق 18 أو يقل التردد عن 8 Hz فإن هذا الإعلان يزيل تحذير الاهتزاز. | غير موجود |
عند التحديد المتعدد تظهر الحقول المختلفة بين الجسور المحددة غير معيّنة (مربع الاختيار رمادي، والنص فارغ، والقائمة بلا اختيار) ولا تُطبَّق ما لم تُغيَّر. تُحفظ هذه المدخلات مع المشروع؛ أما المشاريع المحفوظة قبل هذه المدخلات فتُفتح بالقيم الافتراضية.
1.1 الفحوص المنفَّذة
- الانحناء ذو الإشارة: تُحسب أغلفة العزوم الموجبة (البحر) والسالبة (المسند) على حدة. ويُقارن كل منها بـ Md+ وMd− المحسوبتين بطول الإسناد الجانبي ومعامل Cb الخاصين به (AISI S100 F2.1.1، HCBTİE 1.3). وتؤخذ Cb = 1 في الكابولي وفي الطول ذي الإسناد الوسيط.
- الانحناء + القص المتزامن (HCBTİE 4.8.2): يؤخذ M وV من المقطع والتوليفة نفسيهما معاً. ويُستخدم في المقام مقاومة الانحناء Mdlo التي يُستثنى منها الانبعاج الجانبي الالتوائي (ومع الجذع المقوّى تؤخذ الأصغر مع المقاومة التشوهية).
- تجعّد الجذع (HCBTİE 4.8.3): بما أن 4.8.3 لا يعطي معادلة للمقاومة فيُحسب وفق TS EN 1993-1-3 6.1.7.2 (HCBTİE 1.3). وعند المسند الوسيط (جسر فولاذ خفيف مستمر في الاتجاه نفسه) يكون الطلب مجموع قوتي القص الطرفيتين من الجانبين. المقاطع ذات جذع Sigma (Σ) والمقاطع التي r/t > 6 وhw/t > 200 خارج نطاق هذه المعادلات؛ وفي هذه الحالة يصدر تحذير “denetlenemedi” (تعذّر الفحص).
- ضرورة مقوّي الجذع (HCBTİE 7.4): إذا كان h/t > 180 في الجذع المستوي أو V > 0.8Vd فيلزم مقوٍّ وسيط.
- سهم الحمل الحي فقط (HCBTİE الجدول 7.1): الحد L/250. ولا يُطبَّق في نوع سهم الكابولي.
- الاهتزاز (HCBTİE 7.5): البحر/العمق ≤ 18 وتقدير التردد الطبيعي لجسر وحيد البحر ≥ 8 Hz.
تتضمن صفحة جسر الفولاذ الخفيف في التقرير أسطر تجعّد الجذع ومقوّي الجذع والاهتزاز؛ وتعرض أسطر الهندسة والطلب والانحناء والقص والسهم قيماً ذات إشارة (عزم موجب/سالب). وتبلّغ تحذيرات التحليل عن ضرورة مقوّي الجذع، وشرط الاهتزاز، وتجعّد الجذع الذي تعذّر فحصه، وطول الارتكاز الأقصر من 40 mm، وتفاعل العزم + القوة الموضعية وفق TS EN 1993-1-3 6.1.11 على سبيل المعلومة. ويعتمد شكل المسند التلقائي على مجاورة العمود والجدار عند الطرف. وإذا لم تُتعرَّف المجاورة (مثل بعض أعمدة الفولاذ الخفيف ذات المقطع المضلّع) يُعدّ الجسر كابولياً (Cb = 1) ولا يُفحص التجعّد؛ وفي هذه الحالة اختر شكل المسند مرتكز يدوياً.
2. بلاطة الفولاذ الخفيف: الأشرطة وجسور البلاطة
لتحويل بلاطة رباعية إلى بلاطة فولاذ خفيف استخدم تبويب الفولاذ الخفيف في نافذة خصائص البلاطة (يظهر فقط عند تحرير بلاطة واحدة):
- حدّد خانة بلاطة فولاذ خفيف؛ وأدخل مقطع جسر البلاطة (من قائمة المقاطع مسبقة التعريف، مثل CC C200x80x16x2)، والمادة (فارغ = S235)، وأكبر تباعد للجسور (mm)، واتجاه الجسور (موازٍ للمحور X أو Y)، ونوع الكسوة، وإعلان التكتيف.
- حدّد خانة إنتاج / تحديث الأشرطة وجسور البلاطة عند موافق ثم اضغط موافق.
يقسم البرنامج البحر إلى أجزاء متساوية بحيث لا تتجاوز التباعد المعطى (مثلاً 4.0 m و400 mm ← 10 فواصل، 9 جسور). تُنتج الجسور رباطاً من نوع الفولاذ الخفيف: طرفاها مفصليان M2 + M3، وجناحها العلوي مرتبط بالكسوة (القسم 1)، ويُعيَّن لها نوع الكسوة وتباعد الجسور لتثبيت دوران الكسوة (kφ). وتُقسَّم البلاطة بين الجسور إلى أشرطة تحمل الخصائص نفسها (السماكة وG وQ والمادة)؛ وتُجمع الأشرطة والجسور في مجموعة التحديد الخاصة بالبلاطة (وإذا لم توجد مجموعة تُنشأ باسم البلاطة).
- إعادة الإنتاج: غيّر التعريف في تبويب الفولاذ الخفيف لأي شريط وأكّد بـ إنتاج / تحديث؛ فتُحذف الأشرطة في المجموعة نفسها والجسور المنتجة، وتُنشأ البلاطة الأصلية وتُقسَّم بالتعريف الجديد.
- التراجع: ألغِ تحديد خانة بلاطة فولاذ خفيف وأكّد بـ إنتاج / تحديث؛ فتعود البلاطة الأصلية وتُحذف الجسور المنتجة.
- الهندسة: يجب أن يكون الضلعان الموازيان للجسور موازيين للمحور (الضلعان السفلي والعلوي في الاتجاه X، والأيسر والأيمن في الاتجاه Y)؛ ويجوز أن يكون الضلعان الآخران مائلين. لا تُدعم البلاطات المضلّعة (القشرية).
- الحمل: لكي تأخذ الجسور عرض حملها × G/Q يوصى في الإعدادات العامة للمشروع باختيار نقل الأحمال الكلاسيكي و“البلاطات غير مشمولة في صلابة النظام”. أما في النقل بالقشرة أو عند إدخال البلاطات في الصلابة فتوزّع الأشرطة الحمل بين الجسور؛ وإذا كانت الجسور الطرفية مرنة انتقل الحمل إلى الجسور القريبة من الأعمدة ويصدر التحليل تحذيراً.
إذا عُرِّفت البلاطة دون إنتاج الأشرطة والجسور يصدر التحليل تحذيراً. وتُطبَّق مفاصل الأطراف المعرَّفة في جسور الفولاذ والفولاذ الخفيف في حل العناصر المحدودة؛ وتعمل جسور البلاطة المنتجة كجسور بسيطة.
ضع عتباً (lintel) من الفولاذ الخفيف عند كل فتحة باب أو نافذة تنتهي عندها جسور البلاطة؛ وإلا بقي ذلك الطرف من الجسر بلا مسند، ويصدر حل العناصر المحدودة تحذير صلابة منفردة، وتظهر الجسور غير كافية.
3. ديافرام بلاطة الفولاذ الخفيف (TBDY 10.5 / HCBTİE 7.4)
عند كل مستوى بلاطة معرَّف فيه بلاطة فولاذ خفيف (القسم 2) يفحص التحليل نقل البلاطة، بوصفها ديافراماً، لقوى الزلزال والرياح إلى الألواح الرأسية. توجد المدخلات في مجموعة ديافرام البلاطة أسفل تبويب خصائص البلاطة › الفولاذ الخفيف (0 = القيمة الافتراضية):
- مقاومة القص الوحدوية للكسوة vn (kN/m): لا يعطي الكود قيمة للبلاطة. وإذا تُركت 0 تُستخدم بالمماثلة قيمة لوح الجدار من TBDY الجدول 10.5 (OSB بسماكة 11 mm: 10.2، والخشب الرقائقي بسماكة 12 mm: 11.4 kN/m)؛ ولا يُجرى فحص الكسوة في الألواح الجصية والكسوة غير المعرَّفة. أدخل قيمة التجربة (TBDY الملحق 10.C) أو قيمة المصنّع.
- مسمار البلاطة ← المسار العلوي للوح السفلي: القطر والتباعد (0 ← 4.8 mm / 300 mm)، ومقاومة قص المسمار من المصنّع Pnvs اختيارياً.
يُعمَّم التغيير الذي يُجرى في شريط واحد عند موافق على جميع الأشرطة في العائلة (حتى لو لم تُحدَّد إنتاج / تحديث). والفحوص المنفَّذة:
- قوة خط الجدار (TBDY 4.5.6.4، مع D): تشكّل ألواح الطابقين السفلي والعلوي في الاتجاه نفسه والواقعة ضمن 20 cm خطاً واحداً؛ F = قص المقطع العلوي لألواح الطابق السفلي − قص المقطع السفلي لألواح الطابق العلوي.
- قص الكسوة الوحدوي: v = F/B (B: عمق البلاطة في الخط، TBDY الشكل 10.11) ≤ φ·vn (الزلزال 0.60 / Ω 2.5؛ الرياح 0.65 / 2.0).
- عنصر التجميع (عنصر النقل الطولي): القوة المحورية على طول الخط؛ تزداد إذا لم يغطِّ الجدار الخط كله أو إذا كان الجداران العلوي والسفلي غير متراصفين. وتُقارن بمقاومتي الشد والضغط لمقطع جسر البلاطة؛ ويُذكر في التقرير عدد المسامير اللازم لوصلة التمديد.
- وصلة البلاطة ← اللوح السفلي: قص المقطع العلوي للوح الطابق السفلي (مع D) ≤ n·Ps (TBDY 10.3.4). أما وصلة لوح الطابق العلوي ← البلاطة فهي في جدول مراسي اللوح (نوع مرساة القص “مسمار”).
- قوة الحافة (الوتر): في كل عائلة بلاطة T = C = F·L/(8·B)؛ وتُقارن بمقاومتي الشد والضغط لمقطع جسر البلاطة، ويُذكر في التقرير عدد المسامير اللازم لوصلة التمديد.
- الفتحة: إذا تجاوزت مساحة الفتحة 3% من مساحة البلاطة فيجب نمذجة البلاطة كعنصر قشري (ديافرام شبه صلب) (HCBTİE 7.4(d))؛ وتُحسب النسبة عندما تكون فحوص عدم الانتظام مفعّلة.
الضغط في عنصر التجميع والحافة (الوتر): لأن قوة الديافرام تغيّر إشارتها مع اتجاه الزلزال والرياح، يجب أن تُحمل قوة عنصر التجميع وقوة الحافة في الشد وفي الضغط معاً. ومقاومة الضغط Pd هي مقاومة الضغط لمقطع جسر البلاطة المحسوبة بطريقة EGM؛ وطول الانبعاج هو تباعد جسور البلاطة (أكبر تباعد للجسور في القسم 2؛ و400 mm إذا لم يُدخل). ويُكتب في التقرير “Td = …, Pd = … (Lb = …)”، ولوصلة التمديد “ek yeri ≥ n vida” (وصلة التمديد ≥ n مسامير)؛ ولأن موضع وصلة التمديد غير معروف يُعطى عدد المسامير لأكبر قوة. وفي جزء عنصر التجميع الذي يعبر فتحةً ولا جدار تحته يكون طول انبعاج المحور القوي بقدر الفتحة؛ فافحص هذا الجزء على حدة.
تظهر النتائج في التقرير تحت عنوان ديافرام بلاطة الفولاذ الخفيف في نهاية قسم تصميم جسور الفولاذ الخفيف (إذا كانت جسور البلاطة قد أُنتجت)، وتظهر ملخصات المستويات في صفحة ديافرام البلاطة، وحالات عدم الكفاية في تحذيرات التحليل وفي قائمة فحص المشروع (TBDY 10.5 / HCBTİE 7.4). وفي المستويات التي كل بلاطاتها من الفولاذ الخفيف لا تُجرى فحوص ديافرام البلاطة الخرسانية المسلحة (TBDY M.7.11).
4. إزاحة محور الجسر والقوة المحورية المركبة
إذا كان خيار أخذ قيمتي Offset1 وOffset2 في الاعتبار في مصفوفة صلابة النظام أو خيار أخذ اللامركزيات في الاعتبار في مصفوفة صلابة النظام مع المحور المعرَّف محدداً في الإعدادات العامة للمشروع، يُنمذج محور الجسر تحت محور العقدة. وبما أن الديافرام الصلب أو المساند تثبّت الإزاحة المحورية للعقد فإن المقطع يتصرف كمقطع مركّب يعمل مع شفة صلبة لا نهائية الصلابة، ويتلقى قوة محورية لا وجود لها في الواقع.
يطرح البرنامج هذه الحصة في تصميم جسور الفولاذ الخفيف من القوة المحورية لكل حالة حمل، كما في الجسور الخرسانية المسلحة؛ ولا يتغير العزم، أي أن المقطع يتحمل العزم الكلي دون مساهمة التركيب. لذلك لا حاجة إلى إغلاق مربعات الإزاحة. وتُحفظ حالة مربع Offset1 وOffset2 مع المشروع؛ وتُفتح المشاريع القديمة التي لا تتضمن هذه المعلومة والمربع محدد. وتبقى القوة المحورية الخام ظاهرة في جداول نتائج جسور العناصر المحدودة. ويُطبَّق التصحيح نفسه على الجسور الفولاذية الثقيلة (المدرفلة على الساخن) أيضاً. وللاطلاع على المعادلات راجع مقال الأسس النظرية.
5. الأسئلة الشائعة
أتلقى تحذير “تجعّد الجذع تعذّر فحصه” في جسر البلاطة. المقطع خارج نطاق معادلات TS EN 1993-1-3 6.1.7.2 (جذع Sigma، أو r/t > 6، أو hw/t > 200). اختر مقطع C أو Z أو U أو C+، أو أعلن وجود مقوٍّ للجذع عند المسند.
لا يُحسب تجعّد الجذع في جسر البلاطة إطلاقاً. قد يكون شكل المسند في الوضع التلقائي قد عُدّ “متصلاً من الجذع” لوجود عمود عند الطرف، أو لم تُتعرَّف مجاورة الطرف. إذا كان الجسر مرتكزاً على جدار فاختر في تبويب الفولاذ الخفيف شكل المسند مرتكز.
كيف يُزال تحذير الاهتزاز؟ يشترط HCBTİE 7.5 أن يكون البحر/العمق ≤ 18 والتردد الطبيعي ≥ 8 Hz. اختر مقطعاً أعمق، أو قلّل البحر، أو خفّض تباعد الجسور إلى ما دون 40 cm ونفّذ صفّين من التكتيف على الأقل ثم حدّد هذا الإعلان.
عزوم جسور البلاطة المنتجة تختلف كثيراً بعضها عن بعض. إذا شاركت البلاطات في صلابة النظام كقشرة فإن الكسوة توزّع الحمل بين الجسور؛ وإذا كانت الجسور الطرفية مرنة انتقل الحمل إلى الجسور القريبة من الأعمدة. وللتصميم بعرض الحمل اختر نقل الأحمال الكلاسيكي في الإعدادات العامة للمشروع ولا تُدخل البلاطات في صلابة النظام.
فحص كسوة الديافرام يظهر غير كافٍ. تؤخذ القيمة الافتراضية لـ vn بالمماثلة من جدول ألواح الجدران. وفي الديافرامات ذات القطع الخشبية أو التباعد الضيق لمسامير الحافة أدخل قيمة التجربة أو المصنّع في مجموعة ديافرام البلاطة؛ وإذا كانت الوصلة غير كافية فقلّل تباعد المسامير.