أنواع الهياكل في الهندسة المدنية

يتكون الهيكل من عدة مكونات مرتبطة ببعضها البعض وتعمل على نقل الأحمال إلى التربة بنجاح.

تقدم الهندسة الإنشائية الحديثة مجموعة واسعة ومتعمقة من المعرفة التي يمكنها التنبؤ بدقة بأداء مختلف الأشكال والمواد المستخدمة في الهياكل لتحمل الأحمال والضغوط.

يتم تصنيف الهياكل على نطاق واسع إلى ثمانية أنواع مختلفة في الهندسة المدنية:

1. هيكل الحاملة

الهيكل الحامل هو نوع من الهياكل التي تحتوي على أجزاء من المبنى تحمل الحمولة وتوزعها بأمان على الأرض.

ونتيجة للدعم المباشر للسقف والأرضية في الهيكل الحامل، يتم نقل وزن الهيكل إلى الجدران.

تعتبر قواعد الجدران مناسبة وغير مكلفة للطوابق 2-4، حيث تنقل الجدران وزنها إلى التربة الموجودة تحتها.

في الوقت الحاضر، يتم دعم الإنشاءات المؤقتة أو الصغيرة فقط بواسطة الهياكل الحاملة.

مزايا الهياكل الحاملة

1. الهيكل المبني قوي للغاية ومتين.
2. هذه المباني شديدة المقاومة للحريق.
3. تأتي قطع الماسونية بألوان وأنسجة مختلفة، ما يسمح بإبداع لا نهاية له.
4. هذه الهياكل لا تتطلب الكثير من التخطيط.
5. لديهم مظهر جميل.
6. الأدوات والمعدات الخاصة ببناء المباني ميسورة التكلفة.

عيوب الهياكل الحاملة

1. تؤدي هذهالهياكل أداءً سيئًا أثناء الزلازل.
2. أنها تنطوي على استخدام واسع النطاقلوحدات البناء، يتطلب بنائهم المزيد من العمل.
3. بسبب وحدات البناء الباهظة الثمن المستخدمة في تشييد هذه المباني، فهي غير موثوقة.
4. هذه الأنواع من الهياكل أثقل.
5. تتمتع هذه الهياكل بقدرات عزل حراري منخفضة للغاية.

2.      هيكل تروس

تُعرف الهياكل ذات الامتداد الكبير والعمق القليل باسم الجمالونات.

حيث يتكون الجمالون من مكونات رفيعة على شكل مثلث موضوعة في تسلسل معين.

الجمالون المستوي، الذي يستخدم غالبًا للجسور، يحتوي على جميع أجزائه في نفس المستوى.

هناك مكونات ثلاثية الأبعاد تشكل الجمالون الفضائي.

يقوم الجمالون بتحويل الأوزان إلى قوى شد وانضغاط، ما يؤدي إلى ثني الجمالون.

وبسبب هذه الفوائد، يتكون الجمالون من مقاطع طويلة ورقيقة ويستخدم مواد أقل من العارضة.

باستخدام الجمالون، يمكن للمرء بناء هياكل تمتد على مساحات تصل إلى 122 مترًا (400 قدمًا) أو 9 أمتار (30 قدمًا).

حيث يعد تطبيق الأحمال على المفاصل وافتراض أن الأعضاء متصلة في المفاصل باستخدام اتصالات غير احتكاكية من ميزات تحليل الجمالون.

3.      هيكل الإطار 

يتم ربط شعاع وعمود بواسطة دبوس أو اتصال ثابت آخر لتشكيل إطار.

الهيكل غير محدد لتوصيلات المفاصل الصلبة، ويمكن تمديد الإطارات إلى بعدين أو ثلاثة أبعاد.

أنواع الهياكل المؤطرة في الهندسة المدنية

• هيكل الإطار الصلب

يتم إنشاء هذه الإطارات في الموقع.

إنها تزيد من الاستقرار وتقاوم الدوران بشكل فعال لأنواع عديدة من هياكل المباني.

•  هيكل الإطار الدعامة

من خلال تقوية الأعضاء القطرية المستخدمة لمقاومة القوى الجانبية، فإن هيكل الإطار هذا يقاوم القوى الجانبية.

يتم تثبيت الهيكل عن طريق إدخال أعضاء هيكلية قطرية في المساحات المستطيلة للإطار الهيكلي.

4.      هيكل الكابلات والقوس

في الحالات التي لا تكون فيها الدعامات مجدية، يتم دعم المسافات الطويلة بواسطة الكابلات، ما يزيد بشكل كبير من تكلفة وحجم الهيكل.

وتُستخدم هذه الهياكل لمسافات تزيد عن 46 مترًا (150 قدمًا) ويمكن أن تتحمل أوزانًا في حالة التوتر.

كما تُستخدم في هياكل الجسور، ويقتصر استخدام الكابلات على وزنها وترهلها وطريقة تثبيتها.

تتكون الأقواس من أعضاء منحنية الشكل ترتكز على دعامات.

يتم استخدامها في الهياكل ذات الامتدادات الكبيرة وغيرها من الإنشاءات ذات الامتدادات العريضة، بما في ذلك حظائر الطائرات.

5.      هيكل مسبق الهندسة

تم تصميم المباني سابقة الهندسة (PEBs) من قبل مورد أو مصنع باستخدام تصميم واحد يمكن تشييده باستخدام مواد وتقنيات تصنيع مختلفة لتلبية متطلبات التصميم الإنشائية والجمالية المختلفة.

تتميز الهياكل سابقة الهندسة بكونها سهلة التجميع وقوية وقابلة للتكيف بسهولة.

ولسوء الحظ، فهي أغلى بكثير من أنواع المباني الأخرى، ويجب أن يكون التصميم مربعًا أو مستطيلًا.

6.      الهيكل الشامل 

يتكون الهيكل الشامل من خلال تجميع مواد متشابهة في شكل أو نمط معين.

وعلى الرغم من كونها مبنية باستخدام مواد منخفضة الجودة، إلا أنها غالبًا ما تكون سميكة جدًا.

يتم تشكيلها من خلال تراكم المواد بنمط أو شكل معين.

أمثلة على هياكل الكتلة الاصطناعية هي القلاع الرملية والسدود والأهرامات وغيرها من الهياكل التي من صنع الإنسان،

في حين تشمل الأمثلة على هياكل الكتلة الطبيعية الشعاب المرجانية والجبال وغيرها من هياكل الكتلة الطبيعية.

7.      هيكل الشد

يُعرف الهيكل الذي يحتوي على توتر فقط ولا يوجد ضغط أو ثني بهيكل الشد.

النوع الأكثر شيوعًا من بنية الغلاف الرقيق هو الشد.

باستخدام أغشية مثل الألياف الزجاجية المطلية بـ PTFE أو PVC، توفر هذه الهياكل للمصممين والمستخدمين النهائيين تصميمات مختلفة جذابة من الناحية الجمالية للمظلة ذات الشكل الحر.

ومن أمثلة الهياكل الغشائية القابلة للشد المرافق الرياضية، وهياكل التخزين، وقاعات العرض.

8.      الهياكل المركبة

يتحد الهيكل الحامل وهيكل الإطار لتشكيل هيكل مركب.

في حين أن هياكل الأعمدة والعوارض الداخلية قد تدعم الأرضيات والسقوف، ويمكن أن تكون الجدران الخارجية هياكل حاملة.

غالبًا ما تستخدم هذه الهياكل كمخازن صناعية أو مستودعات ذات مسافات طويلة.

مزايا الهياكل المركبة

1. الحرارة والكهرباء ليسا مصدر قلق للمباني المركبة.
2. الهياكل المركبة أخف من الهياكل التقليدية، ما يجعل حملها وتركيبها أسهل.
3. قد يصمم المهندسون المباني لتناسب متطلباتهم لأن هذه الهياكل متعددة الاستخدامات.

عيوب الهياكل المركبة

1. ارتفاع تكاليف المواد الخام وعادة ما تكون تكاليف التصنيع والتجميع عالية، وقوة ضعيفة في اتجاه خارج الطائرة حيث تحمل المصفوفة الحمل الأساسي.

الهياكل المركبة عرضة للتلف الناتج عن الاصطدام وتجد صعوبة أكبر في إصلاحها من الهياكل المعدنية.

للاطلاع على المزيد من الأخبار المعمارية

مكونات وأنواع ومميزات هيكل إطار الفضاء