تصميم ألواح ودعامات الفولاذ الخفيف

يشرح هذا المقال استخدام وحدة ألواح جدران القص من الفولاذ الخفيف (الفولاذ المشكّل على البارد) في StatiCAD. تجري الوحدة فحصين أساسيين: سعة القص لكسوة اللوحة (TBDY 2018)، وفحص الدعامات في إطار اللوحة تحت الضغط المحوري + انحناء الرياح خارج المستوى (طريقة العرض الفعّال — EGM وفق ترتيب الفصل 4 من HCBTİE؛ YDKT أو GKT). تؤخذ القوى من نتائج تحليل البرنامج، وتُعرض النتائج في تحذيرات التحليل وفي تقارير الحساب التركية/الإنجليزية.

مقالات ذات صلة: تصميم الجسور والأعمدة من الفولاذ الخفيف، شروط الكود والمراسي والأساس، الأسس النظرية، التحقق والمعايرة.

معلومات

في أي الإصدارات؟ حسابات الفولاذ الخفيف متوفرة في إصدار StatiCAD Ultimate. تُحفظ بيانات اللوحة مع المشروع في كل الإصدارات.

1. سير العمل العام

1. ارسم الجدار بالطريقة المعتادة وافتح نافذة خصائص الجدار.
2. حدّد خيار “لوحة في الفولاذ الخفيف” (Hafif Çelikte Panel) كنوع للتصميم.
3. أدخل بيانات الكسوة والدعامات في تبويب لوحة الفولاذ الخفيف (القسم 2) واحفظها بزر موافق.
4. بالنسبة للألواح في الواجهة الخارجية، حدّد من مربعات المحور الطرفي في خصائص الجدار (على المحور الطرفي العلوي/السفلي/الأيسر/الأيمن) المربع المناسب؛ يُحسب انحناء الرياح في هذه الجدران فقط (القسم 5).
5. تحقق في الإعدادات العامة للمشروع من طريقة التصميم (YDKT/GKT) وضغط سرعة الرياح وحد سهم الدعامة (القسمان 5 و6).
6. شغّل التحليل. تُحسب سعة قص اللوحة وفحوص الدعامات تلقائياً أثناء التحليل؛ وتظهر حالات عدم الكفاية في قائمة التحذيرات عند نهاية التحليل (القسم 8).
7. من الشجرة في تبويب التقرير بنافذة اختيار التقرير حدّد مجموعة “تقارير عناصر الفولاذ الخفيف” وتقاريرها الفرعية، ثم أنشئ التقرير (القسم 9).

2. مدخلات تبويب “لوحة الفولاذ الخفيف”

المدخل	الشرح	القيمة الافتراضية
كسوة اللوحة اليسرى/العلوية موجودة	هل يوجد لوح كسوة على الوجه الأيسر (العلوي) للوحة	موجودة
كسوة اللوحة اليمنى/السفلية موجودة	هل يوجد لوح كسوة على الوجه الأيمن (السفلي) للوحة	موجودة
vc,يسار, vc,يمين (kN/m)	مقاومة القص المميزة للكسوة لكل وحدة طول (بحسب نوع اللوح وقطر المسمار والمسافة بينها؛ يعطي الشرح في التبويب القيم النموذجية من الجدول 10.5 في TBDY)	10.2 (OSB بسماكة 11 mm)
مقطع الدعامة (C / Sigma)	المقطع المشكّل على البارد المستخدم في دعامات اللوحة؛ تُملأ القائمة من جدول المقاطع الذي يأتي مع التثبيت	فارغ (يختاره المستخدم)
تباعد الدعامات s (mm)	المسافة بين محاور الدعامات الوسطية	600
عدد الدعامات الطرفية n	عدد الدعامات عند كل طرف من اللوحة؛ توزَّع قوة الانقلاب بين هذه الدعامات	2

ملاحظة

تُفتح ملفات المشاريع القديمة التي لا تحتوي على هذه المدخلات دون الحاجة إلى أي تعديل؛ وتأتي الحقول بقيمها الافتراضية.

3. سعة قص اللوحة (TBDY 2018)

تُحسب سعة القص للوجه (الوجوه) المكسوّة لكل لوحة فولاذ خفيف:

معلومات

Vc = 0.6 · vc · L (L: طول الجدار)

• في المجال 2 ≤ h/L ≤ 4 تُخفَّض السعة بالمعامل 2L/h؛ وإذا كانت h/L > 4 أو L < 0.30 m فلا تشارك اللوحة في سعة القص.
• إذا كان وجه واحد مكسواً فتؤخذ سعة ذلك الوجه؛ وإذا كان الوجهان مكسوّين فتُجمع السعتان عند تساوي الكسوتين، وتُطبَّق قاعدة max(2·الأصغر، الأكبر) عند اختلافهما.

تُؤخذ النتيجة في الاعتبار كسعة أفقية للوحة في توزيع قص الطابق، وتُدرج في التقرير لكل لوحة على حدة.

3.1 اللوحة غير المكسوّة

إذا أُزيلت في تبويب لوحة الفولاذ الخفيف علامة الكسوة عن الوجهين كليهما (كسوة اللوحة اليسرى/العلوية موجودة وكسوة اللوحة اليمنى/السفلية موجودة) تُعدّ اللوحة غير مكسوّة:

• سعة قص اللوحة صفر، لأن سعة القص تأتي من الكسوة. ولا تدخل اللوحة كذلك في حساب حصة لوح الجبس.
• تُصمَّم الدعامات بأطوال الانبعاج بلا كسوة: Ly = Lz = h، ومع n صفاً من الأحزمة h/(n+1) (القسم 4.2).
• إذا جرى توزيع القص بطريقة العناصر المحدودة فإن اللوحة لا تتلقى قصاً عملياً عندما يكون نوع الصلابة السعة. أما في نوع الصلابة الكلاسيكية فتتلقى قصاً بنسبة صلابتها؛ وإذا تجاوز هذا القص واحداً في الألف من قص ألواح الطابق في الاتجاه نفسه يصدر خطأ. وفي توزيع القص التقليدي لا تتلقى اللوحة قصاً.
• يظهر في تحذيرات التحليل سطر معلوماتي يبلّغ عن الألواح غير المكسوّة.

إذا كانت اللوحة مكسوّة في الواقع فتحقق من علامات الوجهين.

3.2 طابق لم تبقَ فيه لوحة ذات سعة قص

إذا كانت ألواح طابقٍ ما في اتجاه واحد (X أو Y) كلها غير مكسوّة أو قصيرة (h/L > 4 أو L < 0.30 m) فلا تبقى في ذلك الاتجاه لوحة تحمل الحمل الأفقي. وفي هذه الحالة يصدر التحليل الخطأ “kat, X/Y doğrultusu: kesme kapasiteli panel yok” (الطابق، الاتجاه X/Y: لا توجد لوحة ذات سعة قص) ويكتبه في قائمة فحص المشروع. ويُعطى قص الطابق لهذه الألواح بافتراض الكسوة على الوجهين، وذلك لتوزيعه فقط؛ ولأن سعاتها تبقى صفراً تظهر فحوص الألواح غير كافية. اكسُ جزءاً من الألواح أو زِد طولها. ولا تُدعم الألواح المكتّفة قطرياً بأشرطة فولاذية.

4. فحص الدعامة (EGM — الفصل 4 من HCBTİE)

4.1 الطلبات

يستخرج التحليل لكل لوحة غلاف قوة القص داخل المستوى (V) والقوة المحورية الرأسية (N) للجدار في جميع توليفات الأحمال؛ ويظهر اسم التوليفة الحاسمة في التقرير. تُشتق طلبات الدعامات من هذا الغلاف:

العنصر	الطلب المحوري	الشرح
الدعامة الوسطية	Nara = N · s / L	حصة الحمل الرأسي بحسب مساحة التأثير
الدعامة الطرفية	Nkenar = max[ N·(s/2)/L + (V·h/L)/n ; Cd ]	حصة مساحة التأثير + حصة قوة الطرف الناتجة عن عزم الانقلاب مقسومة على عدد الدعامات الطرفية. أما Cd فهي القيمة الناتجة عن التوزيع نفسه بعد تكبير تأثير الزلزال بمعامل المقاومة الزائدة D لكل توليفة على حدة (TBDY 10.4.1.1(a))؛ والمعتمد هو الأكبر. يُكتب في التقرير بجانب الطلب “(D ile)” (أي بتطبيق D) أو “(zarf)” (أي الغلاف).

4.2 السعة

تُحسب سعة الضغط المحوري (Pd) للمقطع المختار بطريقة EGM: الأصغر بين أسطر الانبعاج الموضعي (العروض الفعّالة) والانبعاج التشوهي والانبعاج الانحنائي–الالتوائي (الكلي) هو الحاسم. أطوال الانبعاج:

• المحور القوي: Lx = ارتفاع اللوحة h.
• إذا كان وجه واحد على الأقل مكسواً يؤخذ للمحور الضعيف والالتواء Ly = Lz = تباعد الدعامات s ويُعدّ الانبعاج الجانبي الالتوائي مقيّداً؛ وإذا لم توجد كسوة فتكون Ly = Lz = h (وتكون h/(n+1) إذا عُرِّف n صفاً من الأحزمة؛ انظر شروط الكود والمراسي والأساس في مباني الفولاذ الخفيف).

خصائص المقطع الإجمالي (A وIx وIy) هي قيم كتالوج المصنّع في جدول المقاطع؛ أما ثابت الالتواء ومركز القص وثابت الاعوجاج فتُحسب تلقائياً من هندسة المقطع. في الألواح المكسوّة يكون الحاسم في الغالب سطر الانبعاج التشوهي؛ ويُحسب الإجهاد الحرج التشوهي بالطريقة العامة وفق HCBTİE 4.10.3.3، أو بطريقة الشريط المحدود إذا اختيرت (انظر الأسس النظرية).

تُفحص الدعامة الطرفية والوسطية في سطرين منفصلين لكل لوحة. تُحسب نسبتان وتحدد الأكبر منهما النسبة الحاسمة التي يُبنى عليها قرار “كافٍ / YETERSİZ” (غير كافٍ):

• النسبة المحورية = PEd/Pd (غلاف جميع توليفات الأحمال)،
• نسبة توليفة الرياح = P/Pd + M/Md (في الجدران الخارجية فقط؛ المعادلة 4.8.4 من HCBTİE).

5. انحناء الرياح خارج المستوى والسهم

تنحني دعامات الجدران المعلَّمة على المحور الطرفي (الخارجية) كجسر بسيط تحت ضغط الرياح العمودي على وجه الجدار:

• w = max(0.8 · q ; 0.5) kN/m² (0.8: معامل الضغط في TS 498؛ 0.5 kN/m²: الحد الأدنى لحمل الرياح المميز في HCBTİE)
• M = γW · w · b · h² / 8 (b: s في الدعامة الوسطية، وs/2 في الدعامة الطرفية؛ ويُطبَّق تكبير المرتبة الثانية)

q هي خانة “حمل الرياح” (Rüzgar Yükü) في تبويب الإعدادات العامة للمشروع ← توليفات الأحمال؛ ويجب إدخال القيمة المناسبة لارتفاع المبنى وفق TS 498 (0–8 m: 0.5؛ 8–20 m: 0.8؛ 20–100 m: 1.1 kN/m²). ويدخل حمل الثلج في التبويب نفسه في القوة المحورية لتوليفة الرياح. توليفات الرياح — YDKT: 1.2G + 1.0Q + 0.5S + 1.6W و1.2G + 1.6S + 0.8W؛ GKT: G + 0.75Q + 0.75S + 0.45W وG + 0.6W.

ملاحظة

إذا لم تُعلَّم أي لوحة فولاذ خفيف في المشروع كجدار خارجي، فيظهر في قائمة تحذيرات التحليل سطر يفيد بذلك؛ فلا يُهمَل انحناء الرياح بصمت. ويُصدَر تحذير أيضاً إذا لم تُدخَل q أو كانت أقل من قيمة TS 498 المقابلة لارتفاع منسوب أعلى اللوحة (ولا يغيّر البرنامج q).

فحص السهم: في دعامات الجدران الخارجية يُحسب السهم خارج المستوى بالقيمة المميزة للرياح ويُفحص δ ≤ h/K. يُحسب السهم بعزم القصور الذاتي الفعّال للمقطع عند عزم الخدمة (HCBTİE 4.9.5)؛ وقد يخرج في المقاطع النحيفة أكبر مما يُحسب بعزم القصور الإجمالي. تُختار K من قائمة حد سهم الدعامة في خانة “طريقة تصميم عناصر الفولاذ الخفيف” ضمن تبويب الإعدادات العامة للمشروع ← اختيار الكود (h/120 وh/200 وh/240 افتراضي وh/300 وh/360). ولأن HCBTİE لا يعطي حداً خاصاً بالدعامة، فينبغي أن يكون الاختيار هندسياً بحسب نوع الكسوة: h/120 شائع في الكسوة المرنة، وh/240 في كسوة الجبس أو OSB، وh/360 في كسوة اللياسة أو السيراميك. وتُكتب النتيجة في سطر مستقل “Sehim” (السهم) في التقرير؛ وإذا تُجوّز الحد عُدّت الدعامة غير كافية.

6. طريقة التصميم: YDKT / GKT

تُختار من خانة “طريقة تصميم عناصر الفولاذ الخفيف” في تبويب الإعدادات العامة للمشروع ← اختيار الكود (التي تظهر عندما يكون نوع المبنى فولاذاً خفيفاً أو عندما يوجد في المشروع لوح فولاذ خفيف) وتُحفظ مع المشروع:

الخيار	المقاومة	توليفات الأحمال
YDKT (افتراضي)	φc = 0.85، φb = 0.90 (HCBTİE)	توليفات البرنامج؛ وفي التوليفات التي تتضمن الزلزال تُستخدم 1.2G بدلاً من G؛ كما تُنشأ توليفات HCBTİE 4.3.1 الرأسية (1.4G؛ 1.2G + 1.6Q + 0.5S؛ 1.2G + 1.6S + Q) من نتائج G/Q/S المجردة وتُضاف إلى الغلاف.
GKT	Ωc = 1.80، Ωb = 1.67 (AISI S100)	تُحوَّل توليفات البرنامج إلى ما يقابلها في GKT؛ وتُضاف إلى الغلاف أيضاً G + Q وG + S وG + 0.75Q + 0.75S وصيغة G + 0.7E للتوليفات التي تتضمن الزلزال.

خطر

لا يعرّف HCBTİE سوى YDKT؛ وخيار GKT مخصص للمقارنة والتصميم الأولي. استخدم YDKT في الحسابات الرسمية. تُفتح المشاريع القديمة بطريقة YDKT.

7. تثبيت دوران الكسوة (kφ)

تثبّت كسوة OSB أو الخشب الرقائقي (الأبلكاش) جناحي الدعامة ضد الدوران فتزيد مقاومة الانبعاج التشوهي (HCBTİE 4.10.3.3، AISI S240). وإذا لم تُدخَل بيانات تُؤخذ kφ = 0.

• في خانة “تثبيت دوران الكسوة للدعامة” ضمن تبويب خصائص الجدار ← لوحة الفولاذ الخفيف يُدخَل لكل من الوجهين الأيسر والأيمن نوع اللوح (غير معرّف / لوح جبس / OSB / خشب رقائقي / kφ من المستخدم)، وصلابة انحناء اللوح (0 = القيمة الافتراضية للنوع)، ومسافة المسامير، وقيمة kφ لخيار “kφ من المستخدم” فقط. يُستخدم في الحساب الأصغر بين الوجهين: فإذا كان أحد الوجهين لوح جبس أو غير معرّف أو غير مكسوّ تصبح kφ = 0.
• الشروط: مسافة المسامير ≤ 305 mm وتباعد الدعامات ≤ 625 mm؛ وإلا تُؤخذ kφ = 0 ويُكتب السبب في التقرير. ولا يُؤخذ لوح الجبس في الاعتبار في حساب المقاومة.
• يُكتب في التقرير ضمن ملاحظة الدعامة قيمة kφ لكل وجه أو سبب كونها صفراً، والقيمة المستخدمة.

8. تحذيرات التحليل

التحذير	المعنى / المطلوب
“… hafif çelik panel dikme hesabı yapılamadı: Dikme profili seçilmedi” (تعذّر حساب دعامة لوح الفولاذ الخفيف: لم يُختر مقطع الدعامة)	لم يُختر مقطع الدعامة في تبويب اللوحة. اختر المقطع من خصائص الجدار ← تبويب لوحة الفولاذ الخفيف.
“… hafif çelik panel KENAR/ARA dikmesi yetersiz (oran=…)” (دعامة طرفية/وسطية غير كافية)	تتجاوز النسبة الحاسمة للدعامة المعنية 1. اختر مقطعاً أكبر أو أسمك، أو قلّل تباعد الدعامات، أو زد عدد الدعامات الطرفية.
“Hafif çelik panellerde bina kenar aksı (dış duvar) işaretli duvar yok …” (لا يوجد جدار معلَّم على محور حافة المبنى (جدار خارجي) في ألواح الفولاذ الخفيف)	لم يُحسب انحناء الرياح لأن أي لوحة لم تُعلَّم كجدار خارجي. علّم مربعات المحور الطرفي في ألواح الواجهات.
“… hafif çelik panel dikme sehimi fazla (rüzgâr: sehim=… mm > h/K=… mm)” (سهم الدعامة كبير)	يتجاوز السهم خارج المستوى لدعامة الجدار الخارجي الحد المختار. اختر مقطعاً أكثر صلابة، أو قلّل تباعد الدعامات، أو راجع الحد إذا كان مناسباً لنوع الكسوة.
“Rüzgâr basıncı q girilmemiş …” / “… TS 498 yükseklik kademesinin altında …” (لم يُدخَل ضغط الرياح q / أقل من درجة ارتفاع TS 498)	أدخل في الإعدادات العامة للمشروع ← توليفات الأحمال ← حمل الرياح القيمة المناسبة لارتفاع المبنى.
سطر معلوماتي عن اللوحة غير المكسوّة	تُدرج الألواح المعلَّمة غير مكسوّة على الوجهين كليهما؛ وهذه الألواح لا تحمل قصاً (القسم 3.1). وإذا كانت اللوحة مكسوّة فصحّح علامات الوجهين.
“… kaplamasız … katılamaz ancak analizde V=…” (… غير مكسوّة … لا يمكنها المشاركة، لكن في التحليل V=…)	في نوع الصلابة الكلاسيكية تلقّت اللوحة غير المكسوّة في التحليل قصاً أكبر من واحد في الألف من قص ألواح الطابق. اكسُ اللوحة أو استخدم نوع السعة.
“kat, X/Y doğrultusu: kesme kapasiteli panel yok” (الطابق، الاتجاه X/Y: لا توجد لوحة ذات سعة قص)	لا توجد في ذلك الاتجاه لوحة تستطيع حمل الحمل الأفقي (القسم 3.2). اكسُ جزءاً من الألواح أو زِد طولها.

9. التقارير

توجد في الشجرة ضمن تبويب التقرير في اختيار التقرير مجموعة “تقارير عناصر الفولاذ الخفيف” (تظهر إذا كان في المشروع لوح فولاذ خفيف):

• تصميم لوحة الفولاذ الخفيف: معلومات الكسوة لكل لوحة، ومدخلات h وL وvc، وسعات قص الكسوة.
• تصميم دعامة الفولاذ الخفيف (EGM): طابقاً طابقاً ولوحة لوحة — اسم اللوحة والمقطع، والهندسة (h وL وs وn)، وطريقة التصميم وضغط الرياح، وقوى الغلاف (باسم التوليفة الحاسمة)، والطلب والسعة والنسبة المحورية والنسبة الحاسمة والحالة للدعامة الطرفية والوسطية؛ وفي الجدران الخارجية سطر توليفة الرياح والسهم؛ وسطور المراسي وقص اللوحة؛ وسطور المسار السفلي والعلوي (track) والأحزمة (الطلب ومقاومتا الشد والضغط والنسبة والعنصر الجامع وقوة الحزام وتحذيرات تفاصيل HCBTİE 6)؛ وملاحظة افتراضات الحساب.
• تصميم جسر الفولاذ الخفيف (EGM) وتصميم عمود الفولاذ الخفيف (EGM): إذا وُجدت عناصر كهذه في المشروع (انظر تصميم الجسور والأعمدة من الفولاذ الخفيف).

تُنتَج التقارير بالتركية أو الإنجليزية بحسب إعداد لغة البرنامج؛ وبعد اكتمال التحليل تُستخرج بزر “إنشاء جميع التقارير المحددة” ويمكن تصديرها بصيغة PDF/DOCX.

10. الأسئلة الشائعة

تظهر سعة قص اللوحة 0. قد تكون h/L > 4 أو L < 0.30 m، أو لا تكون الكسوة معلَّمة على أي من الوجهين (لوحة غير مكسوّة، القسم 3.1). وقد تأتي مقاومة الكسوة في المشاريع القديمة بالقيمة الافتراضية القديمة (2.7 kN/m)؛ تحقق منها في التبويب.

قائمة مقاطع الدعامات فارغة أو تعرض مقاطع Sigma فقط. تُحمَّل المقاطع من الملف HafifCelikProfil.txt في مجلد التثبيت (527 مقطعاً). وإذا تعذر العثور على هذا الملف يُستخدم الملف الاحتياطي HafifCelikSigma.txt (90 مقطع Sigma)؛ وإذا لم يوجد أي منهما تبقى القائمة فارغة. أعد تثبيت التحديث.

مقطع الدعامة فارغ في جدار فولاذ خفيف جديد. يختار المستخدم المقطع: خصائص الجدار ← لوحة الفولاذ الخفيف ← مقطع الدعامة. وإذا لم يُختر يصدر التحليل تحذيراً.

لا يوجد في التقرير سطر توليفة الرياح، ويُكتب “iç duvar” (جدار داخلي). لم يُعلَّم الجدار بأي من مربعات المحور الطرفي. إذا كان جدار واجهة، فعلّم المحور الطرفي المعني من خصائص الجدار وكرّر التحليل.

يُكتب بجانب طلب الدعامة الطرفية “(D ile)”. وفق TBDY 10.4.1.1(a) يُحسب طلب الدعامة الطرفية أيضاً من توليفات الزلزال المكبّرة بمعامل المقاومة الزائدة D؛ وفي المباني متعددة الطوابق يؤخذ في الاعتبار كذلك عزم الانقلاب المتراكم من الطوابق العليا. إذا كانت النسبة غير كافية فكبّر عدد الدعامات الطرفية أو مقطعها.

في هامش التقرير ملاحظة “Kenar rijitleştirici (HCBTİE 4.9.3)” (مقوّي الحافة). الشفة غير كافية لتقوية الجناح تقوية كاملة؛ وقد خُفّض معامل لوح الجناح والعروض الفعّالة وفق الكود. يصغر التخفيض إذا اختير مقطع بسماكة أكبر أو بشفة أطول.

لماذا يكون الحاسم دائماً سطر الانبعاج التشوهي في اللوحة المكسوّة؟ تقيّد الكسوة انبعاج المحور الضعيف والالتواء بتباعد الدعامات؛ وفي المقاطع رقيقة الجدران تعطي أدنى مقاومة في هذه الحالة عادةً الانبعاج التشوهي. ويحسب إدخال تثبيت دوران الكسوة (القسم 7) وخيار الشريط المحدود (في مقاطع Sigma) هذه المقاومة بصورة أقرب إلى الواقع.