المباني الهيكلية الخرسانية شائعة جدا - أو ربما هى أكثر الأنواع
شيوعا فى المبانى الحديثة . وكما يوحي اسمها ، هذا النوع من المبانى يتكون من إطار
أو هيكل من الخرسانة . وتسمى الأعضاء الأفقية فى هذا الهيكل " الكمرات "
، و تسمى الأعضاء الرأسية " الأعمدة " . شاغلوا المبنى يمشون على مسطحات
افقية من الخرسانة تسمى " البلاطات " . من هؤلاء ، العمود هو الأهم ،
لأنه العنصر الذي يحمل الحمل الأساسي للبناء . إذا حدث أن تضررت كمرة في مبنى ،
سوف تؤثر عادة على طابق واحد فقط ، ولكن اذا لحقت الأضرار العمود قد ينهار المبنى
بأكمله .
عندما نذكر الخرسانة في مجال انشاء المباني،
فاننا هنا نتحدث عن الخرسانة المسلحة فى الواقع . واسمها الكامل الخرسانة الأسنتية
المسلحة . الخرسانة
المسلحة هى الخرسانة التي تحتوي على أسياخ (قضبان) من الصلب ، وتسمى أسياخ التسليح
، أو حديد التسليح . هذا المزيج يعمل بشكل جيد جدا ، والخرسانة قوية جدا في الضغط ،
ومن السهل انتاجها في الموقع ، وغير مكلفة ، والصلب قوى جدا جدا في الشد . لعمل
الخرسانة المسلحة ، علينا أن نصنع أولا القالب الذى يسمى الشدة ، التي سوف تحتوي
على الخرسانة السائلة وتعطيها الشكل والتكوين الذى نحتاجه . ثم علينا أن ننظر في
الرسومات الهندسية الانشائية ونضع أسياخ حديد التسليح و نربط بعضهم ببعض فى
أماكنهم باستخدام الأسلاك . ويطلق على أسياخ الصلب المترابطة قفص حديد التسليح ،
لأنه يتشكل مثل القفص . بعد وضع حديد التسليح والصلب في مكانه ، يمكن لنا أن نبدأ
في إعداد الخرسانة ، بأن نخلط الاسمنت والرمل ، وكسر الحجارة متدرجة الأحجام ،
والماء في خلاط الأسمنت ، وصب الخرسانة السائلة في القوالب الى أن يتم الوصول إلي
المستوى الصحيح بالضبط . في غضون ساعات ستصبح الخرسانة صلبة ، ولكن ستأخذ شهرا لتصل إلى كامل قوتها .
لذلك عادة ما تترك مدعومة فى الشدة خلال تلك الفترة . أثناء هذا الوقت يجب أن تعالج
الخرسانة ، أو يرش الماء على سطحها ، وهذا ما تحتاجه ليتمكن التفاعل الكيميائي
داخلها من المضي قدما بشكل صحيح. " وصفة " عمل الخرسانة بالضبط ، أو نسبة
كل من مكوناتها ، يعتبر علم في حد ذاته، يسمى " تصميم الخلطة الخرسانية
" .
وسوف يبدأ مصمم الخلطة الجيد بالخصائص
التي يتم طللبها في هذا الخليط، ثم يأخذ عدة من عوامل بعين الاعتبار، ثم يعمل
تصميم مفصل للخليط. وهناك مهندس الموقع في كثير من الأحيان يأمر بنوع مختلف من الخليط
لكل غرض مختلف . على سبيل المثال، اذا كان سيصب حائط خرساني نحيف في منطقة يصعب
الوصول إليها ، فانه سوف يطلب خليط خرساني انسيابي أكثر من المتماسك . وهذا سوف يسمح الخرسانة
السائلة في التدفق بالجاذبية في كل ركن من أركان قالب صب الخرسانة . بالنسبة لمعظم
استخدامات البناء ، مع ذلك ، يتم استخدام الخلطات القياسية. الأمثلة الشائعة من
الخلطات القياسية هي الخرسانة M20 ، M30 ، M40 ، حيث يشير الرقم إلى قوة الخرسانة بــ ن / مم2 أو نيوتن لكل
مليمتر مربع . لذلك فان الخرسانة M30 لديها مقاومة ضغط قدرها 30 ن / مم2 . قد تحدد الخلطة
القياسية أيضا الحد الأقصى لحجم الركام . الركام هو ناتج كسرالحجارة المستخدمة في
الخرسانة. إذا حدد المهندس خرسانة M30 / 20 ، فانه يريد خرسانة M30 مع الحد الأقصى لحجم الركام 20 مم . انه لا يريد الخرسانة مقاومتها
بين 20-30 ن / مم2 ، وهذا سوء فهم شائع في بعض الأنحاء. لذلك فان الهيكل في الواقع
هو إطار متصل الأعضاء ، ويرتبط كل منهم بقوة بعضهم بعضا . في لغة الهندسة ، تسمى
هذه الوصلات وصلات عزوم ، وهو ما يعني أن العضوين يرتبطان بقوة معا بعضهما ببعض .
وهناك أنواع أخرى من الوصلات ، منها الوصلات المفصلية ، التي تستخدم في هياكل
الصلب، ولكن الهياكل الإطارية
الخرسانية لها وصلات عزوم في
99.9 ٪ من الحالات. يصبح هذا الإطار قوي جدا ، ويجب أن يقاوم الأحمال المختلفة
التي تقع على البناء خلال حياته.
و تشمل هذه الأحمال:
- الأحمال الميتة : القوة الواقعة
على المبنى الآتية من وزن المبنى نفسه ، بما في ذلك العناصر الهيكلية والحوائط
و الواجهات ، وما شابه ذلك .
- الأحمال الحية: القوة الواقعة
على المبنى الآتية من الوزن المتوقع من الشاغلين و ممتلكاتهم ، بما في ذلك
الأثاث والكتب و هلم جرا. عادة يتم تحديد هذه الأحمال في أكواد البناء و يجب على
المهندسين الإنشائيين تصميم المباني لتحمل هذه الأحمال أو أكبر منها . وتختلف
هذه الأحمال مع اختلاف استخدام الفراغ، ما إذا كان سكنية أومكتبية أو صناعية
على سبيل المثال لا الحصر. ومن الشائع أن الأكواد تتطلب أن يكون الحد الأدنى الأحمال
الحية للسكني حوالي 200 كجم / م2، و المكاتب لتكون 250 كجم / م2، و الصناعية
لتكون 1000 كيلوجرام / م2، وهو نفسه 1 طن / م2 . هذه الأحمال الحية، تسمى أحيانا
الأحمال الافتراضية loads
imposed .
- الأحمال الديناميكية :
هذه عادة ما تحدث في الكباري
(الجسور) والبنية التحتية المماثلة، و هي الأحمال
التي أنشأتها حركة المرور، بما في ذلك الكبح (الفرملة) وتسريع الأحمال.
- أحمال الرياح : وهذا
عامل مهم جدا في التصميم ، وخاصة المباني الشاهقة، أو المباني كبيرة المساحة
. ولا تصمم المباني لمقاومة ظروف الرياح اليومية ، ولكن لمقاومة الظروف
القاسية التي قد تحدث مرة واحدة كل 100 سنة أو نحو ذلك . وتسمى هذه "سرعة
الرياح التصميمية" ، و هى المحددة في قوانين البناء . عادة ما تكون هناك
حاجة لأن يقاوم المبنى قوة الرياح بمقدار 150 كجم / م2 ، و التي يمكن أن تصبح
قوة كبيرة جدا عند ضربها في مساحة سطح المبنى.
- أحمال الزلازل : اثناء
وقوع زلزال، تهز الأرض المبنى بقوة أفقيا ورأسيا . يمكن أن يسبب هذا انهيار المبنى.
وكلما زاد ثقل المبنى، كلما ازدادت قوة الزلزلة. من المهم أن نلاحظ أن كلا من
الرياح والزلازل تفرض قوى أفقية على المبنى، على عكس قوى الجاذبية التي يقاومها
عادة ، وهي التي في الاتجاه الرأسي .
الهيكل الخرساني يرتكز على الأساس ، الذي ينقل القوى - من المبنى ومن على المبنى - الى
الأرض. بعض مكونات الهيكل الانشائي
الخرساني الهامة الأخرى هي:
- حوائط القص أحد العناصر الهيكلية
الهامة في المباني الشاهقة . جدران القص أساسا أعمدة كبيرة جدا - ومن الممكن أن
تصل مقاساتها الى سمك 400 مم و 3 متر طولا بسهولة - مما يجعلها تبدو مثل الحوائط
بدلا من الأعمدة . وظيفتها في المبنى المساعدة في احتواء القوى الأفقية المؤثرة
على المباني مثل أحمال الرياح والزلازل . عادة ، تخضع المباني للأحمال
الرأسية - الجاذبية . كما تحمل حوائط القص الأحمال الرأسية. من المهم أن نفهم
أنها تعمل فقط مع الأحمال الأفقية في اتجاه واحد – هو محور البعد طويل من الحائط
. هذه الحوائط عادة ليست مطلوبة في الهياكل منخفضة الارتفاع .
- آبار المصاعد عبارة عن صناديق
عمودية تتحرك المصاعد خلالها صعودا وهبوطا - وعادة يتم وضع كل مصعد في الصندوق
الخرساني الخاص به. هذه الآبار هي أيضا عناصر هيكلية جيدة جدا ، فهى تساعد في
مقاومة الأحمال الأفقية ، و تحمل أيضا الأحمال الرأسية .
الحوائط في المباني الهيكلية
الخرسانية
المباني الهيكلية الخرسانية قوية و
اقتصادية. وبالتالي يمكن استخدام أي مادة تقريبا لبناء الحوائط فيها . وتشمل
الخيارات الحوائط الثقيلة مثل المباني من الطوب ، البلوك الخرساني ، أو الحجر .
وتشمل الخيارات الخفيفة الحوائط الجبسية المبنية بالقوائم المعدنية الخفيفة أو
الخشب مع تغطية القوائم بالألواح . وتستخدم الأولى عند طلب قواطيع قوية وآمنة
وعازلة للصوت ، وهذه الأخيرة عندما تكون هناك حاجة الى قواطيع سريعة ، مرنة وخفيفة
الوزن .
عندما يتم استخدام الطوب أو البلوك الخرساني
، فانه من الشائع تغطية كامل سطح – الحائط الطوب أوالخرسانة - بالبياض الاسمنتي
لتشكيل سطح صلب ، طويل الأمد .
تكسية المباني الهيكلية الخرسانية
يمكن تكسية المباني الهيكلية الخرسانية بأي نوع من مواد التكسية. مواد
التكسية الشائعة هي ألواح الزجاج والألمنيوم ، والحجر، و الواجهات السيراميك .
وبما أن هذه الهياكل يمكن أن تكون مصممة للأحمال الثقيلة، يمكن للمصمم أن يستخدمها
في تغطية الحوائط المصمتة من مباني الطوب أو الحجر .
