نمذجة المنشآت مسبقة الصب

يوفّر StatiCAD أدوات للنمذجة والتحليل وتصميم الوصلات للمنشآت الصناعية الخرسانية المسلحة مسبقة الصب (الجاهزة): العناصر الخطية متغيرة المقطع (nonprismatic) والمقاطع البارامترية Precast، وإسناد الوصلات المفصلية، والمتقاطعات المكافئة لدياغرام السقف (الملحق 8B من TBDY 2018)، وكتل الألواح الواجهية والرافعة، وأحمال الرافعة الجسرية المتحركة، ومعاملَي R وD المختلفين في القسمين العلوي والسفلي (TBDY 4.3.6)، وتصميم الوصلات وفق الفصل 8 من TBDY، وتصميم الكابولي القصير (guse) (TS 500 المادة 8.4)، والحمل الزلزالي للألواح الواجهية، والانزلاق عند الأساس، وتصميم تسليح الكمرات المضلّعة (Polygon) والكمرات متغيرة المقطع.

طُوّرت هذه الميزات وقورنت على المبنى النموذجي الوارد في كتاب “تحليل وتصميم مبنى صناعي نموذجي من الخرسانة المسلحة مسبقة الصب وفق TBDY-2018” الصادر عن اتحاد الخرسانة مسبقة الصب التركي (40×75 م، ببحرين، بطابق وسطي، ورافعة جسرية متحركة بحمولة 200 kN) (انظر أعمال التحقق من المنشآت مسبقة الصب). وللاطلاع على حل مبنى الكتاب خطوة بخطوة بلقطات الشاشة انظر مقال مثال محلول: مبنى صناعي مسبق الصب.

معلومات

في أي الإصدارات؟ توجد أدوات المنشآت مسبقة الصب (نوع المبنى خرسانة مسلحة مسبقة الصب [Betonarme Prefabrik]، أوامر المنشآت مسبقة الصب في قائمة الماكرو، وقوالب مقاطع Precast، ونافذة تصميم الوصلات، وتبويب الكابولي (Konsol) في نافذة خصائص العمود، وخيار الإزاحة النسبية المعتمدة على العمود، وصفحة الوصلات في التقرير) في إصدار StatiCAD Ultimate. تُحفظ بيانات المنشآت مسبقة الصب (بما فيها تعريفات الكوابيل القصيرة) لمشروع أُعدّ في Ultimate داخل الملف؛ وعند فتح المشروع في إصدار آخر يعمل التحليل بالبيانات نفسها. أما تعريف المقطع متغير الشكل (Nonprismatic) فهو متاح في جميع الإصدارات.

1. المسار العام

1. في الإعدادات العامة للمشروع اختر خرسانة مسلحة مسبقة الصب (Betonarme Prefabrik) كنوع للمبنى (يستخدم نوع الحل نفسه للمبنى الخرساني المسلح، كما يفعّل الإزاحة النسبية للطابق المعتمدة على العمود في الدياغرام شبه الصلب) أو المبنى الخرساني المسلح؛ وأدخل المادة ومعاملات الزلزال. في المباني ذات الطابق الوسطي اكتب في خانتَي R وD معاملات القسم العلوي.
2. عرّف المقاطع: الأعمدة بمقطع مستطيل؛ وكمرات السقف المائلة بمقطع متغير أو بقوالب Precast (الفصلان 2 و3).
3. ارسم الأعمدة والكمرات. حدّد الكمرات المرتبطة بوصلات مفصلية (Pin) مثل كمرة السقف والمدادات (aşık) وكمرة المزراب، ثم نفّذ الأمر ماكرو ← جعل نهايات الكمرات المحددة مفصلية (M2+M3) (الفصل 4).
4. حدّد دياغرام السقف: الدياغرام الصلب (الافتراضي) أو المتقاطعات المكافئة وفق الملحق 8B (الفصل 5).
5. أدخل كتل الألواح الواجهية ككتلة زلزالية إضافية. واكتب أحمال الرافعة الجسرية المتحركة على الأعمدة كحالات تحميل منفصلة عبر نافذة الرافعة؛ وتكتب هذه النافذة أيضاً كتلة جسر الرافعة. ولأحمال الرافعة يجب أن يكون الخيار استخدام تراكيب الأحمال للخرسانة المسلحة والبناء الحجري (“Betonarme-Yığma Yük Kombinasyonlarını Kullan”) محدداً في الإعدادات العامة للمشروع ← تراكيب الأحمال. وفي المباني التي يختلف فيها النظام الإنشائي للقسمين العلوي والسفلي اضبط R–D مختلفين (انظر أحمال الرافعة الجسرية، والكتل الزلزالية الإضافية، وR–D المختلفة).
6. راجع خيارات التحليل ثم شغّل التحليل. يُحسب تسليح الكمرات الخرسانية المسلحة المضلّعة ومتغيرة المقطع تلقائياً أثناء التحليل.
7. صمّم الوصلات في نافذة ماكرو ← تصميم وصلات المنشآت مسبقة الصب (TBDY الفصل 8)... وأضفها إلى التقرير (انظر تصميم وصلات المنشآت مسبقة الصب).
8. عرّف الكوابيل القصيرة (guse) للأعمدة في تبويب الكابولي (Konsol) من نافذة خصائص العمود؛ وبعد التحليل يُؤخذ الطلب تلقائياً من الكمرات المرتكزة على الكابولي ومن عقدة الكابولي (بما فيها الرافعة الجسرية)، وتدخل النتائج صفحةَ الوصلات في التقرير على هيئة أسطر KONSOL (انظر تصميم الكابولي القصير (guse)).

ملاحظة

جميع أوامر المنشآت مسبقة الصب موجودة في نهاية قائمة الماكرو في القائمة الرئيسية. نوافذ المتقاطعات والرافعة والوصلات غير دائمة: يمكنك متابعة تحديد العناصر في النموذج والنافذة مفتوحة.

2. قوالب المقاطع البارامترية Precast

تتوفر القوالب التالية في قائمة نوع القالب في نافذة خصائص مقطع العنصر الخطي. عند اختيار قالب يعرض جدول بارامترات المقطع الأبعاد (cm) وشروحها؛ ويُرسم المقطع فوراً في المعاينة مع تسميات الأبعاد.

القالب	الاستخدام
Precast I	كمرة Precast بمقطع I أو بشفة بصلية (bulb tee)؛ عروض الشفاف والارتفاعات والشطفة وسماكات العصب
Precast T	كمرة طابق بشفة علوية واحدة وبشطفة (الجزء مسبق الصب من الكمرة المركّبة التي يُصبّ سطحها العلوي)
Precast U	كمرة Precast بمقطع U أو مزراب
Precast Box, Box/Tube	المقاطع الصندوقية: الأبعاد الخارجية وسماكات الجدران والبلاطات
Trapezoidal	مقطع شبه منحرف: العرض العلوي والسفلي والارتفاع

يُخزَّن المقطع في البرنامج على هيئة مقطع مضلّع (Polygon)؛ وتُحسب المساحة وعزم القصور الذاتي ومركز الثقل تلقائياً من المضلّع. وبما أن البارامترات تُخزَّن أيضاً، فإن المقطع يُفتح عند إعادة فتحه في الوضع البارامتري. يمكن إعطاء ترتيب التسليح من محرر المضلّع، أو تركه فارغاً فيُولَّد تلقائياً في تصميم الكمرة. وعند التصدير إلى SAP2000 تُرسل القوالب بتعريفات المقاطع Precast الخاصة بـ SAP2000.

3. الكمرات متغيرة المقطع (nonprismatic)

تُنمذج العناصر التي يتغير ارتفاعها على طولها، مثل كمرة جملون السقف، كعنصر خطي واحد؛ وتُحسب الصلابة وفق التغير الحقيقي للمقطع. يُجرى التعريف في نافذة تعريف المقطع المتغير التي تُفتح باختيار القالب Nonprismatic في نافذة خصائص مقطع العنصر الخطي:

العمود	الشرح
Start Section / End Section	المقطع عند بداية الجزء وعند نهايته (من المقاطع المنتظمة المعرّفة سابقاً؛ مثلاً مستطيل 40×26 عند الطرف و40×140 في المنتصف، أو مقطعا Precast I مختلفان)
Length / Length Type	Absolute: طول الجزء بالسنتيمتر. Variable: وزن نسبي؛ بعد طرح الأجزاء Absolute من طول العنصر يُوزَّع الطول المتبقي على الأجزاء Variable بهذه النسبة.
EI33 / EI22 variation	نمط تغير صلابة الانحناء: Linear (EI خطي)، Parabolic (√EI خطي؛ إذا تغير الارتفاع في مقطع I تغلب فيه الشفة)، Cubic (∛EI خطي؛ مستطيل ثابت العرض يتغير ارتفاعه خطياً)

تُعرَّف كمرة السقف ذات الميلين (الجملونية) بجزأين: مقطع الطرف ← المقطع الأوسط ← مقطع الطرف. وتتغير المساحة وثابت الالتواء ومساحتا القص خطياً داخل الجزء. يكفي أن تختار اسم المقطع كمقطع للكمرة؛ فيستخدم التحليل والتصدير إلى SAP2000 (بجميع أجزائه) وتصميم التسليح المقطع المتغير تلقائياً.

معلومات

كيف يُحسب؟ تُبنى مصفوفة صلابة العنصر بتكامل المرونة لخصائص المقطع المتغيرة على الطول (مع تشوه القص)؛ وفي المقطع الثابت تتطابق هذه المصفوفة مع مصفوفة العنصر المنتظم بالدقة العددية. وتُحسب أيضاً قوى التثبيت الطرفي للأحمال الموزعة وفق المقطع المتغير؛ فيتلقى الطرف السميك عزم تثبيت أكبر. وتُوزَّع الكتلة والوزن الذاتي على الطول بالمساحة المتوسطة (الحجم الكلي صحيح).

ملاحظة

يُؤخذ المقطع المتغير في الحسبان في الكمرات فقط؛ ولا يُدعم إسناده إلى عمود.

4. الوصلات المفصلية (Pin)

في المنشآت مسبقة الصب ترتبط كمرات السقف والمدادات وكمرات المزراب بالأعمدة عادةً بوصلات مفصلية (Pin). لإسنادها في خطوة واحدة حدّد الكمرات المعنية (في جميع الطوابق) ونفّذ الأمر ماكرو ← جعل نهايات الكمرات المحددة مفصلية (M2+M3). يحرّر الأمر في طرفَي كل كمرة محددة عزمَي الانحناء (M2 وM3)، ويصفّر معاملات نوابض المفصل، ويجعل المفصل فعّالاً في جميع الحالات التحميلية، ثم يُبلغ في النهاية بعدد الكمرات التي عولجت. ويمكن أيضاً إدخال المفصل لطرف واحد من جدول المفاصل في نافذة خصائص الكمرة.

وحتى عند وجود إزاحة محورية للكمرات (أي أن خط عقدة الكمرة يقع فوق الكمرة)، يُطبَّق المفصل على جانب العقدة؛ فتتصرف الكمرة ذات الوصلة المفصلية كمسند بسيط حقيقي. أما القوة المحورية المركّبة الناتجة عن اجتماع الدياغرام الصلب وإزاحة المحور فتُستبعد من تقييم الحمل المحوري للكمرة.

5. دياغرام السقف: الدياغرام الصلب أو المتقاطعات المكافئة وفق الملحق 8B

الافتراض الافتراضي هو الدياغرام الصلب لكل طابق (بما فيه السقف) (الإعدادات العامة للمشروع ← قوى العناصر ← دياغرام صلب كامل). وفي الأسقف ذات المدادات والأقسام المتقاطعة التي يرتبط فيها آلاف العقد بالدياغرام، يُحل الدياغرام الصلب بتحويل رئيسي–تابع دقيق؛ ولا يلزم أي ضبط من المستخدم.

وفي الأسقف المغطاة بالصفائح المتعرجة (trapez) أو الألواح الساندويتش، يتيح الملحق 8B من TBDY تمثيل صلابة القص لمستوى السقف بأزواج من المتقاطعات المكافئة المفصلية الطرفين. لهذا الغرض استخدم نافذة ماكرو ← المتقاطعات المكافئة لدياغرام السقف مسبق الصب (TBDY الملحق 8B):

المدخل	الشرح	القيمة الافتراضية
قطر برغي Trifon D (mm)	قطر البرغي الذي يربط الصفيحة بالمدادة	4
سماكة الصفيحة العليا t1 (mm)	سماكة اللوح في الصفيحة المتعرجة؛ والصفيحة العليا في اللوح الساندويتش	0.5
الصفيحة السفلى t2 (mm)	الصفيحة السفلى في اللوح الساندويتش؛ و0 في الصفيحة المتعرجة	0.4
عدد البراغي في وحدة الطول n (عدد/م)	عدد البراغي في المتر الواحد على طول المدادة	5.5
إجهاد خضوع الصفيحة fy (MPa)		255
معامل الأمان γ		0.67
عدد الأقسام	عدد الخلايا التي تُقسَّم إليها المسافة بين كمرتين في اتجاه طول الكمرة	4
مادة المتقاطع E (MPa)	معامل مرونة العنصر المكافئ	33227

1. احسب: تُعرض الصلابة المحورية المكافئة (EA)e، وأكبر قوة يمكن أن يتحملها متقاطع واحد، ومقارنة المعادلة 8B.1 من TBDY، ومقطع العنصر المكافئ، وشروط انطباق الملحق 8B (تباعد المدادات ≤ 2.0 م، وزاوية المتقاطع ≈ 45°).
2. حدّد في النموذج الكمرتين المتوازيتين اللتين ستُنشأ بينهما المتقاطعات (مثلاً كمرتا سقف متجاورتان) واضغط زر توليد المتقاطعات بين الكمرتين المحددتين. تُقسَّم المسافة بين الكمرتين إلى العدد المختار من الخلايا ويوضع زوج X في كل خلية. والمتقاطعات عناصر افتراضية مفصلية الطرفين عديمة الكتلة وغير محمّلة؛ ولا تدخل في التصميم الخرساني المسلح ولا في حصر الكميات.
3. تبقى المتقاطعات المولَّدة والكمرات المصدرية محددة. نفّذ الأمر ماكرو ← تقسيم الكمرات المحددة المتقاطعة في جميع الطوابق ليتم التقاء أطراف المتقاطعات مع المدادات والكمرات في عقدة مشتركة.

ملاحظة

عند العمل مع سقف ذي متقاطعات الملحق 8B يجب اختيار الإعدادات العامة للمشروع ← قوى العناصر ← دياغرام شبه صلب، وتفعيل الخيار المعتمد على العمود في التبويب نفسه للإزاحة النسبية للطابق (القسم 6). يُنصح بتشغيل حل الدياغرام الصلب أيضاً كمرجع للتصميم.

6. خيارات التحليل

الخيار	الموضع	الشرح
دياغرام صلب كامل / شبه صلب	الإعدادات العامة للمشروع ← قوى العناصر	يُختار شبه الصلب في السقف ذي متقاطعات الملحق 8B؛ وإلا يُنصح بالدياغرام الصلب.
الإزاحة النسبية للطابق في الدياغرام شبه الصلب معتمدة على العمود (العقدة العليا – السفلى)	الإعدادات العامة للمشروع ← قوى العناصر (أسفل التبويب)	في الدياغرام شبه الصلب تُحسب الإزاحة النسبية للطابق بفرق العقدتين العليا والسفلى للعمود نفسه بدلاً من فرق أكبر وأصغر إزاحة للعقد في الطابق؛ فلا تضلّل النتيجة عقد المدادات والمتقاطعات في المنطقة المرنة من السقف ولا أعمدة الجملون (الجدار الجانبي). يُعلَّم تلقائياً عند اختيار نوع المبنى Betonarme Prefabrik؛ ويُحفظ مع المشروع.
إسناد الدياغرام الصلب في التحليل النمطي	الإعدادات العامة للمشروع ← القوى الزلزالية	عند اختيار “يُنفَّذ” يُستخدم نموذج مختزل بثلاث درجات حرية لكل طابق (UX وUY وRZ)؛ وتُربط بالطابق العقد الواقعة على منسوب الطابق (±2 cm).
أخذ البلاطات في الحسبان في التحليل النمطي ذي الدياغرام الصلب	الإعدادات العامة للمشروع ← القوى الزلزالية	مساهمة قشرات البلاطة في الصلابة موجودة في الحل الستاتيكي، وليست موجودة افتراضياً في التحليل النمطي ذي الدياغرام الصلب؛ لذلك تخرج الأزمنة الدورية النمطية أطول قليلاً وتخرج الإزاحات الستاتيكية أصغر قليلاً (2–5%). يمكن تفعيله في النماذج الصغيرة لمعادلة الحلين؛ ولا يُنصح به في الأسقف الكبيرة ذات المدادات والأقسام المتقاطعة بسبب متطلبات الذاكرة.
عدم ربط العقد الوسطية للكمرات بالدياغرام الصلب	الإعدادات العامة للمشروع ← القوى الزلزالية	عندما تُنمذج محاور الكمرات تحت خط العقدة، تصبح الكمرات مركّبة الصلابة لأن عقد تقسيم الكمرة مرتبطة بالدياغرام الصلب. وعند تفعيل الخيار تبقى عقد التقسيم وحدها خارج الدياغرام؛ وتبقى عقد الأعمدة وجدران القص وتقاطعات الكمرات مرتبطة. يكون مغلقاً افتراضياً ويُحفظ مع المشروع.

7. حدود النطاق

• يُؤخذ المقطع المتغير في الحسبان في الكمرات فقط؛ وحساب المقاطع سابقة الإجهاد خارج النطاق.
• لا يتضمن هذا الإصدار فحص الأساس ذي الجيب (الفتحة) ولا فحوص مرحلة التركيب (التمييز بين G1 وG2). وللاطلاع على حدود نطاق الكابولي القصير (guse) انظر مقال تصميم الكابولي القصير (guse).
• تُنمذج الرافعة الجسرية بموضع واحد (جميع أعمدة السكة محمّلة في وقت واحد)؛ ولا يوجد مسح لمواضع الرافعة ولا أكثر من رافعة. ولا تدخل حالات تحميل الرافعة في فحص ترخّم الكمرات ولا في القوى الداخلية القشرية للبلاطات.
• يجب تقييم صلابة القص للسقف شبه الصلب ذي متقاطعات الملحق 8B مع حل الدياغرام الصلب.
• في تفصيل وصلة الجناح–الجدار لقالب Precast U فرق صغير في المساحة مقارنةً بـ SAP2000 (−4% في المقطع النموذجي).

8. الحالات الشائعة

العَرَض	الحل
لا توجد أوامر المنشآت مسبقة الصب في قائمة الماكرو؛ ولا تظهر قوالب Precast في قائمة المقاطع.	أدوات المنشآت مسبقة الصب مفعّلة في إصدار Ultimate.
المتقاطعات المولَّدة لا تلتقي مع المدادات.	نفّذ الأمر ماكرو ← تقسيم الكمرات المحددة المتقاطعة في جميع الطوابق والمتقاطعات والكمرات محددة.
الإزاحة النسبية للطابق كبيرة جداً في السقف شبه الصلب.	تضخّم عقد السقف المرنة وأعمدة الجملون القيمة في طريقة “الأكبر − الأصغر”. فعّل خيار الإزاحة المعتمدة على العمود في الإعدادات العامة للمشروع ← قوى العناصر (القسم 6)؛ وشغّل حل الدياغرام الصلب أيضاً كمرجع للتصميم.
الزمن الدوري السائد أقصر من المتوقع.	هو نتيجة افتراض دياغرام السقف الصلب؛ وتفسيره في مقال التحقق.