ما هو الجمالون ؟

يعرف اﻟﺠﻤﺎﻟون  Truss ﺒﺄﻨﻪ كمرة ( ﻋﺎرﻀﺔ ) ﻤﮐوﻨﺔ ﻤن قضبان ﻤجمعة بشكل هندسي فى وصلات ﻋدﻴﻤﺔ اﻻﺤﺘﮐـﺎك . وﻴﺴﺘﻌﻤل ﻟﻤﻨﺸﺄ ﻴﺒﻟﻎ ﺒﺤره ﻋﻟﯽ اﻷﻗل 9 متر الى بحر 100 متر. ويصنع من الصلب والألومنيوم والخشب والخرسانة. وقد شاع استخدامه كثيرا لقابليتة للتحميل ( الأحمال الحية والميتة ) بكفاءة ، مثل حمل الأسطح والأرضيات في المباني ، وحمل عناصر الخدمات الداخلية والأسقف المعلقة ، وستقتصر هذه الفقرة على الجمالونات المعدنية . الأسباب الرئيسية لاستخدام الجمالونات هي :

·      البحر الطويل

·       خفة الوزن

·       التحكم فى الترخيم 

·      القابلية للتحميل بدرجة كبيرة

استخدام الجمالونات في المبانى :

تستخدم الجمالونات في مجموعة كبيرة من المباني ، وذلك أساسا عند الحاجة الى بواكى عريضة كما هو الحال في محطات القطارات ، المطارات ، هناجر الطائرات ، أسطح الملاعب الرياضية والقاعات والمباني الترفيهية الأخرى ، وما إلى ذلك، أو لحمل الأحمال الثقيلة ، أى أن الجمالونات غالبا ما تستخدم كهياكل ناقلة للأحمال . ومع ذلك ، تركز هذه المقالة على المباني الصناعية النموذجية من طابق واحد حيث تستخدم الجمالونات على نطاق واسع لخدمة ظيفتين رئيسيتين .

·      حمل أوزان الأسطح (الأسقف)

·      توفير الاستقرار الأفقي

تعريف الجمالون

والجمالون أساسا نظام مثلث (عادة ) من عناصر انشائية مترابطة متتالية . و أحيانا يشار إليه أيضا باعتباره كمرة من نسيج ترتبط عناصره المنفردة في وصلات . وغالبا ما يفترض إلى أن هذه الوصلات مسمارية اسميا. كل أعضاء الجمالون قضبان محورية مستقيمة وموحدة القطاع مصنوعة من مادة متجانسة . ويطلق على نقاط وصل الأعضاء معا المفاصل . يتم التعامل مع هذه المفاصل كنقاط مفصلية غير قادرة على مقاومة أي عزم .

القوى الخارجية الواقعة على النظام وردود الفعل من الدعامات تقع بشكل عام على المفاصل . عندما تكون جميع الأعضاء والقوى الواقعة عليها في نفس المستوى ، يكون النظام المستوي ( المسطح ) أو جمالون ثنائى الأبعاد 2D. والجمالون ثلاثي الأبعاد يعرف أيضا باسم الجمالون الفراغي . القوة الرئيسية في كل من عناصر الجمالون هى الشد أو الضغط المحوري . عندما تكون الاتصالات في المفاصل جاسئة ، فانها تتعرض الى عزم انحناء ثانوي .

أنواع الجمالونات

الجمالونات تتكون من مجموعة عناصر الشد والضغط . الأضلاع العلوية والسفلية في الجمالون توفر الضغط و الشد ومقاومة الانحناء الكلي، و الشكالات تقاوم قوى القص . يمكن إنشاء مجموعة واسعة من أشكال الجمالون . كل يمكن أن يختلف في الشكل الهندسي العام و في اختيار العناصر الفردية. وتظهر بعض الأنواع الشائعة الاستخدام أدناه.

جمالون الملك

جمالون الملك ( أو جمالون قائم الملك  ، أو قائم الملك ) هو جمالون به قائم عمودي وسطي ويستخدم في التصميم المعماري للمباني و الكباري ، والقائم خاضع لاجهاد شد نتيجة حمل الكمرة أدناه من قمة (سنام) الجمالون اعلاه (في حين أن قائم الملك نظريا بالمثل ، يحمل ضلعي السنام العلويين على الكمرة أدناه). جمالون الملك هي الدعامة الأكثر فعالية للأسطح من حيث التكلفة، و أنها تبدو كبيرة عندما تستخدم الشكالات المنحنية والأضلاع القطربة. وجمالون الملك يحل العديد من المشاكل الانشائية أيضا. فالضلع السفلي يعمل كـ( رباط) للغرفة ، وويمنع الحوائط من الانتشار. جمالون الملك يمكن أن يمتد بحره الى 12 مترا و مسافة 5 متر بين البواكي .

جمالون الملكة

جمالون الملكة  ( أو جمالون قائم الملكة  ، أو قائم الملكة هو جمالون له قائمان عموديان وسطيان وهو مصمم لتغطية بحر أطول من بحر جمالون الملك . جمالون الملك  يستخدم قائم وسطي واحد ، في حين يستخدم جمالون الملكة قائمين اثنين . وعلى الرغم من أنهم أعضاء شد ، بدلا من أعضاء ضغط ، فهم لا يزالوا يسمون عادة قوائم.

جمالون برات ( الجمالون ' N' )

يستخدم جمالون برات Pratt truss عادة في المباني ذات البحور الطويلة التى تتراوح ما بين 20 الى 100 متر طولا . في جمالون برات التقليدي ، تكون الأعضاء القطرية فى اجهاد شد بتأثير الأحمال الرأسية . ويستخدم هذا النوع من الجمالون حيث الأحمال الرأسية هي الغالبة ( أنظر أدناه إلى اليسار ) . ويرد بديل جمالون برات ( أدناه من اليمين ) حيث الأعضاء القطرية تحت اجهاد شد بتأثير أحمال الرفع . ويستخدم هذا النوع من الجمالون حيث أحمال الرفع هي الغالبة ، مثلما في المباني مفتوحة.

من الممكن إضافة أعضاء ثانوية ( كما هو موضح أدناه يسارا) بـ :

·      إنشاء نقاط تحميل وسيطة .

·      تقليل طول انبعاج أعضاء الضغط ( دون التأثير على السلوك الهيكلي العام ) .

جمالون وارن Warren truss

في هذا النوع من الجمالون ، الأعضاء القطرية تحت شد و ضغط بدلا من ذلك . في جمالون وارن الأعضاء الداخلية تحت الضغط و تحت الشد متساوون في الطول ، وأقل أعضاءا من جمالون برات . يمكن استخدام جمالون وارن المعدل في المباني الأكبر بحرا حيث تتطلب كبح إضافي للأعضاء الداخلية ( وهذا يقلل أيضا الاجهادات الثانوية ) . وتستخدم جمالونات وارن عادة في المباني طويلة البحر الذى يتراوح ما بين 20 الى 100 متر في الطول.  ويستخدم هذا النوع من الجمالونات أيضا فى الجمالون الأفقي للكمرات العملاقة رافعة الأوناش .

جمالون ضوء الشمال

تستخدم جمالونات ضوء الشمال North light truss عادة في المباني الصناعية ذات البحور القصيرة. أنها تسمح بالحصول على أقصى فائدة ممكنة من الإضاءة الطبيعية من خلال استخدام الزجاج على الجانب المنحدر المواجه عادة للشمال أو الشمال الشرقي للحد من الحصول على الطاقة الشمسية . على الجزء الأكبر انحدارا من الجمالون ، من المعتاد أن يكون هناك جمالون يمتد عموديا على مستوى جمالون ضوء الشمال المبين.

استخدام جمالونات ضوء الشمال لزيادة ضوء النهار الطبيعي يمكن أن يقلل من انبعاثات الكربون التشغيلية للمباني على الرغم من أن ينبغي استكشاف تأثيرها باستخدام النمذجة الحرارية الديناميكية . على الرغم من أن ضوء الشمال يقلل من الحاجة إلى الإضاءة الصناعية ويمكن أن يقلل من خطر ارتفاع درجة الحرارة ، من خلال زيادة حجم المبنى فانه أيضا يمكن أن يزيد الطلب على التدفئة . ويعطى دليل تصميم مباني المستودعات المستهدفة صفر طاقة المزيد من التوجيهات.

جمالون سن المنشار (أو الفراشة )

وهناك اختلاف بين جمالون ضوء الشمال وجمالون سن المنشار Saw-tooth truss  الذي يستخدم في المباني متعددة البواكى . وعلى غرار جمالون ضوء الشمال ، فمن المعتاد أن يشمل الوجه جمالون رأسي يشغل المستوى العمودي على الجمالون سن المنشار كما هو مبين .

جمالون  X

هناك نوعان مختلفان من الجمالون X  X Truss:

·      إذا صممت الأعضاء القطرية لمقاومة الضغط ، يصبح الجمالون X يمثل تراكب اثنين من جمالونات وارن

·      إذا تم تجاهل مقاومة الأعضاء القطرية في الضغط، يصبح سلوك الجمالون X هو نفس جمالون برات .

أكثر استخدامات هذا النوع من الجمالون شيوعا  فى كمرات الرياح ، حيث الأعضاء القطرية طويلة جدا .

جمالون فينك

جمالون فينك Fink truss  يوفر قدرا اقتصاديا أكبر من حيث وزن الصلب فى البحور القصيرة ، ولأن الأسطح العلوية شديدة الميل يتم تقسيم الأعضاء إلى عناصر أقصر . هناك العديد من الطرق لترتيب و تقسيم الأضلاع والأعضاء الداخلية . ويستخدم هذا النوع من الجمالون عادة لبناء أسطح المنازل .

اعتبارات تصميم جمالونات الأسطح

الجمالون أم الكمرة  I

بنفس وزن الصلب ، من الممكن الحصول على أداء أفضل من حيث المقاومة والصلابة ، مع الجمالون من مجرد الكمرة  I . هذا الفرق ملموس جدا فى البحور طويلة و / أو الأحمال الثقيلة . الاستفادة الكاملة من هذه الميزة يمكن تحقيقها إذا كان ارتفاع الجمالون لا يتحدد وفقا لمعايير أخرى غير الكفاءة الانشائية ، على سبيل المثال حدود الارتفاع الكلي للمبنى . ومع ذلك، تصنيع الجمالون عموما أكثر استهلاكا للوقت من تصنيع الكمرة  I ، حتى بالنظر إلى أن تحديث معدات التصنيع تسمح بالاستفادة المثلى من أوقات التصنيع.

يعتمد التوازن بين الحد الأدنى للوزن و أقل تكلفة على العديد من الظروف : معدات التصنيع فى الورشة ، و التكاليف المحلية من الصناعة التحويلية؛ تكلفة وحدة الصلب، الخ . الجملونات توفر عموما الحل الاقتصادي للبحور  التي تمتد أكثر من 20 أو 25 م .

ميزة تصميم الأسطح الجمالونية هي أن القنوات والأنابيب المطلوبة لتشغيل خدمات المباني يمكن تثبيتها خلال شبكة الأعضاء الداخلية وسط الجمالون ، وبذلك تتكامل الخدمات .

الشكل الهندسي العام

من أجل الحصول على الأداء الانشائي الجيد ، ينبغي اختيار نسبة طول الجمالون إلى عمقه في نطاق 10 إلى 15. و التصميم المعماري للمبنى يحدد الشكل الهندسي الخارجي و يحدد ميل (ميول) ضلع الجمالون العلوي . والاستخدام المقصود من الفراغ الداخلي يمكن أن يؤدي إما إلى اختيار ضلع سفلي أفقي ، على سبيل المثال حيث يجب أن تكون الأوناش الناقلة معلقة تحت الضلع السفلي ، أو تحت ضلع داخلي مائل ، للسماح بتوفير أقصى مساحة .

للحصول على التخطيط الفعال لأعضاء الجمالون الداخلية ( بين الأضلاع ) ، ننصح بما يلي :

·      يجب أن يكون ميل الأعضاء القطرية بالنسبة الى الأضلاع بين 35 ° و 55 °.

·      ينبغي أن تقع الأحمال المركزة على المفاصل فقط .

·      يجب توجيه أطول الأعضاء القطرية بحيث تخضع للشد (والأعضاء الأقصر منها تخضع للضغط) .

ما هو الهيكل الخشبى للمبنى ؟

البناء ذو الهيكل الخشبى هو أحد أكثر أنواع طرق بناء المنازل شعبية في أمريكا وأجزاء من أوروبا وآسيا .

ويتميز بـالخصائص الإيجابية التالية :

1. إنه خفيف ، ويسمح بالبناء السريع بدون أي أدوات أو معدات ثقيلة . يمكن حمل أى عنصر منه باليد بسهولة – بناء المنزل يصبح بالضرورة عملية نجارة كبيرة . والأداة الرئيسية هي بندقية المسمار اليدوية .

2. وهو قابل لتكييف نفسه مع أي شكل هندسي ، و يمكن تجليده بمجموعة متنوعة من المواد.

3. هناك مجموعة كبيرة من المنتجات والأنظمة مصممة خصيصا لـ هذا النوع من البناء.

وفيه هذه الخصائص السلبية :

1. انه ليس مضاد للحريق للغاية ، لأنه مصنوع من الخشب.

2. ليس قويا بما يكفي لمقاومة الرياح الشديدة مثل العواصف والأعاصير.

وتحتوى هياكل المبانى الخشبية عموما على عدد قليل من المكونات الأساسية :

·      القوائم Studs  وهى الأعضاء الخشبية الرأسية داخل الحوائط .

·      الروافد Joists وهى عوارض خشبية أفقية التي تدعم الطوابق .

·      العوارض الخشبية Rafters وهى العوارض الخشبية المنحدرة التي تدعم السقف.

·      التغليف Sheathing وهى الألواح التي تمسمر على القوائم لتثبيتها بشكل آمن و لتشكيل سطح الحائط.

·      التكسية Siding وهى التجليد الخارجى التي يغطي الحوائط من الخارج .

وهنا نستعرض الأنواع الرئيسية من الهياكل الخشبية الخفيفة.

الهيكل الإنشائى البالونى Balloon Frame Structures

بالرغم من أن هذا الشكل من البناء الخشبي عفا عليه الزمن ولم يعد يستخدم اليوم ، الا أنه من الجيد أن تعرف ما هو عليه ، ولماذا لم يعد يستخدم . بناء الهيكل البالونى ، وإذا كان لديك منزل من طابقين وكان ارتفاعه عشرين قدما ، يستخدم قائم عمودي واحد بطول 20 القدم لكلا الطابقين. هذا يجعل القوائم ثقيلة الوزن ويصعب التعامل معها . وكانت المشكلة الثانية الفجوات بين كل قائمين متجاورين ، التى صنعت ممرات لانتشار الحريق من الطابق الأدنى إلى الطابق العلوى . لهذه الأسباب ، فقد أبطل بناء الهيكل البالونى باستحداث الهيكل الإنشائى المنصة متعدد الطوابق ، المتفوق من جميع النواحي .

الهيكل الإنشائى المنصة Platform Frame Structures

هذا هو التسلسل المتبع لإقامة هيكل منصة لمنزل من طابقين.

·      تشييد منصة ( أرضية ) الطابق الأرضي ، منصة خشبية أفقية فوق الاساس .

·      بناء جميع الحوئط بارتفاع طابق واحد . يمكن بسهولة أن يتم ذلك من خلال بناء كل الحوائط معتدلة - على منصة الطابق - ثم امالتها رأسيا .

·      بناء منصة ( أرضية ) الطابق التالى.

·      إقامة المجموعة التالية من الحوائط الرأسية بنفس الطريقة على السطح العلوى للمنصة الثانية.

·      بناء السقف المائل على الحوائط .

كما ترون ، يستخدم هذا النظام قوائم أقصر ، وأخف وزنا ويسهل التعامل معها . انه من الاسهل بكثير بناء الحوائط معتدلة ثم إمالتها في مكانها . منذ كل طابق عبارة عن منصة أفقية منفصلة ، وهذا يجعلها ملائمة لتحرك عمال البناء . أيضا قطعت هذه المنصات طريق انتشار النار رأسيا .

العيب الوحيد في هيكل المنصة مقارنة ببناء الهيكل البالونى هو أن انكماش الخشب يلعب دورا أكبر في هيكل المنصة.

نبذة عن المبانى ذات الهياكل الخشبية الخفيفة

بدأ إنشاء مبانى ذات هياكل خشبية خفيفة أولا عندما أدرك بعض النجارين المهرة أن الجدران الخفيفة ، التي اقيمت فى داخل المنازل الكبيرة ذات الأخشاب الثقيلة كانت قادرة على تشكيل نظام البناء في حد ذاتها . وكان النظام هو غلاف مصنوع من أعضاء خشببة مغطاة من الداخل والخارج بالألواح .

حدث هذا تقريبا منذ قرن من الزمان . وقد تسارعت هذه العملية عن طريق الانتشار الواسع للمسامير الرخيصة المصنوعة آليا ، وقطع الخشب المنشورة والمسحوجة بشكل صحيح التي تنتجها مصانع الخشب التي تعمل بالطاقة المائية .

التقليد الزائع " افعل ذلك بنفسك " do-it-yourself  لعب أيضا دورا كبيرا في تعميم هذا النمط من البناء. على عكس الأخشاب الثقيلة أو البناء بالطوب ، لا يتطلب الهيكل الخشبى مجموعة خاصة من المهارات المكتسبة بعد سنوات من الممارسة.

في العصر الحديث ، بدأ استبدال الهياكل الخشبية الخفيفة بهياكل من قطاعات الصلب الخفيف الوزن ( القطاعات المشكلة على البارد ) .

ما هى قطاعات الصلب المدلفن على البارد ؟

الدلفنة على البارد Cold Forming عملية ميكانيكية ( مثل الثنى والطى والسحب والطرق والعصر ) التي يتم فيها تغيير شكل المعدن أو مقاساته أو كليهما معا بشكل دائم ليأخذ شكلا جديدا ، وعادة في درجة حرارة الغرفة . التشكيل البارد يزيد من صلابة وقوة من المعدن. ويسمى أيضا التشكيل اللدن علي البارد .

المنتجات :

·      الأنابيب الصلب  المدلفنة على البارد

·      الأنابيب الصلب الغير ملحومة المدلفنة على البارد

·      الألواح المعدنية المدلفنة على البارد

·      لفائف صفائح الصلب  المدلفنة على البارد

·      القطاعات المدلفنة على البارد المستعملة في الانشاء تصنع من أشرطة الصلب .

·      ﺃﺴﻴﺎﺥ ﺍﻟﺼﻠﺏ المدلفنة على البارد 

تشكيل قطاعات الصلب المدلفنة على البارد يشمل تصنيع العديد من القطاعات المستعملة في صناعات التعدين ، البناء ، النقل، الآلات والمركبات. بعض الخصائص الرئيسية لتشكيل الصلب على البارد فيما يلي : 

·       خفيفة الوزن

·      عالية القوة والصلابة

·      تناسب الإنتاج الضخم مسبق الصنع

·      سريعة التشييد وسهلة التركيب

·      التخلص من التأخير بسبب الطقس

·      أكثر دقة فى التفاصيل

·      لا تقلص ولا زحف تحت تأثير درجات الحرارة المحيطة

·      لا حاجة لصب الخرسانة

·      لا تحتاج وقاية من النمل الأبيض ولا العفن

·      موحدة الجودة

·      الاقتصاد في النقل والمناولة

·      غير قابلة للاحتراق

·      مواد قابلة لإعادة التدوير

·      يمكن استخدام الأرضيات والحوائط فى تمرير الأسلاك والكابلات

ما هى القواطيع الجبسية ؟

تستخدم القواطيع ( الحوائط ) الجبسية الداخلية في تقسيم الفراغات والمساحات المفتوحة ، وهى تتكون من شاسيه معدني ( هيكل معدنى ) ، مصنوع عادة من الصاج المجلفن تثبت علية ألواح من الجبس من الوجهين فيتكون الحائط ، وهى حوائط قليلة السمك لا تشغل مساحة كبيرة من المكان ، ونظراً لخفة وزنها تخفض من الأحمال على المبنى بالمقارنة بالحوائط المبنية بالطوب ومكسوة بالبياض الأسمنتى وخلافه . الحائط أو القاطوع  الجبسى يسمى أيضا الحائط الجاف . يتكون اللوح الجبسى من قلب من من خليط الجبس والسليكون والفيبر جلاس ثم يغطى بنوع خاص من الورق المقوي من الجهتين ، وألواح الجبس منتج اكتسب شعبية لسهولة وسرعة تركيبه ، بالمقارنة بالحوائط الطوب والبياض . بالاضافة الى امكانية تركيب عوازل للصوت أو الحرارة يأستخدام الصوف الحراري أو البوليستيرين وأمكانية أستخدامه في أنشاء قواطع متحركة أو ثابتة للمكاتب والمباني الادارية .

وتصنع الألواح الجبسية بمقاس 1.20× 2.40 متر وهو الأكثر شيوعا ، ولكن أيضاً هناك مقاسات أخرى للطول من 1.80 م إلى 4.0 م وبسمك 9.5 مم ، 12.5 مم ،  15 مم أو 18 مم . اللوح الجبسى من النوع X ​​ يختلف عن ألواح الجبس العادية لأن فيه الألياف من النوع X  الغير قابلة للاشتعال noncombustible تضاف إلى الجبس لتحسين مقاومة الحريق.

الحواف المدببة tapered edges  على طول ألواح الجبس تسمح بتشطيب الحائط الجاف بالمعجون بدون بروز السطح كثيرا بين الألواح المتجاورة . بسبب هذه الحواف المدببة ، يمكن بناء حائط أكثر استواءا ( أو تساطحا ) . اذا كانت حواف ألواح الجبس مربعة وليست مدببة ، فمن المرغوب فيه تلافى الفواصل البينية عندما يكون ذلك ممكنا . عند بناء غرف بطول 3.60 م أو أقل ، يمكن تعليق ألواح الجبس أفقيا ( الالواح بعرض 1.20 م للأسقف التى ارتفاعها 2.40 م  ، الالواح بعرض 1.55 م للأسقف التى ارتفاعها 2.70 م  ) استخدام الواح بطول مناسب حتى تخلو من أي فواصل بينها . حتى في الغرف الأكبر، تعليق ألواح الجبس أفقيا أصبح أكثر شعبية ، لأن الفواصل بين الألواح تكون متبادلة ، مما يجعلها تبدو ملحوظة بشكل أقل وضوحا . 

أنواع الألواح الجبسية المتوفرة :

·      مقاوم للحريق

·      مقاوم للرطوبة والحريق

·      عادي

·      مقاوم للرطوبة

·      مغلف بشرائح الرصاص

·      مغلف بورق الحائط