الأعمدة الخرسانية - التصنيف وأنماط الفشل وكيفية الاستلام في الموقع

العمود عبارة عن عنصر رأسي من عناصر البناء يخضع للضغط المحوري. العمود يحمل الوزن الذاتي له والحمل القادم عليه. بشكل عام، ينتقل الحمل من خلال اتجاهه الطولي.


لماذا نستخدم الأعمدة؟


بشكل أساسي، تحمل الأعمدة أحمالًا محورية، وبالتالي فهي مصممة لتحمل الضغط. قد تتسبب الأحمال الأخرى من الثلج أو الرياح أو القوى الأفقية الأخرى في حدوث انحناء الشد في الأعمدة. تحتاج الأعمدة في هذه الحالة إلى التصميم لمقاومة الحمل المحوري والانحناء.


تصنيف الأعمدة


تصنف الأعمدة إلى أربعة أنواع: - 

  • على أساس الشكل.
  • على أساس نوع من التسليح.
  • على أساس نوع التحميل.
  • على أساس نسبة النحافة (الارتفاع).


ملاحظة: هذا مجرد تصنيف، يمكن أن يكون العمود عبارة عن مزيج من نوعين مثل العمود يمكن أن يكون مستطيل الشكل ونحيف.


تصنيف الأعمدة على أساس الشكل: -


عمود مربع أو مستطيل: تستخدم بشكل عام في تشييد المباني، وهي شائعة في الاستخدام البسيط؛ يتم توفير هذه الأنواع من الأعمدة فقط إذا كان شكل الغرفة مربعًا أو مستطيلًا.

من الأسهل بكثير بناء وصب أعمدة مستطيلة أو مربعة عن الأعمدة الدائرية. هذا في المقام الأول لسهولة العمل مع القوالب ودعمها ضد الانهيار بسبب الضغط بينما لا تزال الخرسانة في القوالب. الأعمدة المربعة والمستطيلة أفضل وأقل تكلفة في التنفيذ.


عمود دائري: إنها أعمدة مصممة خصيصًا، وتستخدم في الغالب في الخوازيق وواجهات المباني. لماذا نستخدمها في الواجهات والجراجات؟ نستخدم هذا النوع من الأعمدة لتجنب الحواف الحادة ولشكلها الجمالي.

يتم توفيرها أيضًا في المجالس أو القاعات أو مناطق الاحتفالات لأن مظهرها أفضل وتوفر حرية حركة. يمكن استخدام الأعمدة الدائرية كأعمدة للجسور والكباري حيث لا تحتاج إلى ديكورات فشكلها جذاب في حد ذاته.


عمود L: هي أعمدة يتم استخدامها بشكل عام في زوايا وأركان الجدران الخارجية ولها نفس ميزات العمود المستطيل أو المربع. هذا النوع من الأعمدة أقل استخدامًا.


عمود T: يستخدم هذا النوع من الأعمدة اعتمادًا على متطلبات التصميم وفي بناء الجسور وما إلى ذلك. وهذا له نفس ميزات العمود المستطيل أو المربع.


العمود V: من الاسم في حد ذاته، يتم تنفيذ العمود في شكل V ويستخدم بشكل عام إذا كان شكل الغرفة في شكل مثلث. إنها تتطلب كمية أكبر من الخرسانة والمهارة عند مقارنتها بالأعمدة الأخرى.


عمود سداسي: الأعمدة السداسية هي أعمدة معدلة بشكل عام. لها ستة جوانب وتوفر رؤية تصويرية جيدة تستخدم بشكل عام في الواجهات. يتم استخدامها بشكل عام في الشرفات المفتوحة والقاعات وصالات السينما وما إلى ذلك.


عمود مقوسيستخدم هذا النوع من الأعمدة عندما يكون للغرفة شكل قوس. يتم اعتماده في حالة عدم وجود فرصة لبناء نوع عمود مربع أو مستطيل أو دائري. نادرا ما تستخدم لأنها تواجه صعوبة كبيرة في الصب.


عمود Yتستخدم هذه الأنواع من الأعمدة بشكل عام في بناء الجسور والكباري العلوية وما إلى ذلك.


عمود Y مقوسكما هو الحال مع عمود من شكل Y ولكن له حواف أو جوانب منحنية مقوسة. يتم توفيرها بشكل عام أسفل الجسور والكباري العلوية حيث يكون لها شكل جمالي وقوة تحمل كبيرة.



تصنيف الأعمدة على أساس الارتفاع أو نسبة النحافة:


يتم تصنيف العمود بناءً على ارتفاعه إلى:

  • عمود قصير
  • عمود طويل


العمود القصير


إذا كان ارتفاع العمود ١٥ ضعف البعد الأقل لمقطعه العرضي أو أقل، فسيكون هذا العمود عمودًا قصيرًا. تصل نسبة النحافة في العمود القصير إلى ١٢. نسبة النحافة هي النسبة بين الارتفاع الفعال للعمود ونصف قطر الدوران أو التدويم.


العمود الطويل


إذا كان ارتفاع العمود أكثر من ١٥ مرة من أقل أبعاد المقطع العرضي، فسيتم تصنيف العمود على أنه عمود طويل. نسبة النحافة للعمود الطويل أكثر من ١٢.


نصف قطر الدوران / التدويم


إذا كانت هندسة المقطع العرضي للعمود تختلف عن الأشكال البسيطة مثل الدائرة والمربع والمستطيل وما إلى ذلك، فإن نصف قطر الدوران مطلوب لحساب الحمل النهائي الذي يمكن أن يحمله هذا العمود. يتم اعتماد الحد الأدنى من نصف قطر الدوران أثناء تصميم الأعمدة. للحصول على الحد الأدنى من القيمة، استخدم الحد الأدنى من قيمة عزم القصور الذاتي في المعادلة. نصف قطر الدوران يتناسب طرديا مع عزم القصور الذاتي.


نصف قطر الدوران هو الحد الأدنى لنصف القطر من النقطه الوسطى للمقطع العرضي للعمود. يُشار إليه بـ "K" أو "r". يقاس بالمليمتر، السنتيمتر، البوصة، إلخ.


معادلة حساب نصف قطر الدوران:

رياضيا، يمكن تمثيل نصف قطر الدوران على النحو التالي؛


(K = √( I/ A


حيث،


K = نصف قطر الدوران


I = عزم القصور الذاتي


A = مساحة المقطع العرضي.


ملاحظة: أثناء تصميم العمود، يتم اعتماد الحد الأدنى لقيمة نصف قطر الدوران. لذلك، خذ دائمًا أقل قيمة من عزم القصور الذاتي في المعادلة.


أنماط وحالات أخرى من الأعمدة


الأعمدة المزروعةنحن نعلم أن أي عمود يتم تحميله على قاعدة في منسوب التأسيس. لكن عند الحديث عن العمود المزروع، فهذه الأعمدة لا يوجد لها قاعدة في الأسفل ولكن يتم تحميله على كمره أو سقف لتفادي المشاكل المعمارية.

اقرأ أكثر عن الأعمدة المزروعة: زرع الأعمدة لتفادي المشاكل المعمارية


رقاب الأعمدة: الجزء من العمود (أي نوع من الأعمدة) مدفون تحت الأرض يسمى رقبة العمود. وهو أو جزء يصب من الأعمدة فوق القاعدة إلى مستوى الدور الأرضي أو الميدة.

اقرأ أكثر عن رقاب الأعمدة: رقاب الأعمدة بالتفصيل وخطورة إهمالها



أشكال وأنماط فشل/انهيار الأعمدة


يختلف نمط فشل العمود القصير تمامًا عن نمط فشل الأعمدة الطويلة. العمود القصير يفشل مباشرة عند الحد الأقصى لقيمة الضغط المباشر الذي يمكن أن يتحمله. نتيجة لذلك، تفشل مادة العمود وتتحطم.

ينبعج العمود الطويل عند تطبيق الحمل. ينتج إجهاد الانحناء نتيجة الالتواء أو الانبعاج الذي ينتج عنه فشل العمود.

أشكال وأنماط فشل/انهيار الأعمدة


لاحظ، سيتحمل العمود القصير من نفس المادة ونفس المقطع العرضي مزيدًا من الحمل مقارنةً بالعمود الطويل أو الأطول.

اقرأ أيضا: تشققات الأعمدة الخرسانية وأسبابها



أنماط تحميل الأعمدة


هناك نوعان من أنماط تحميل الأعمدة. تعتمد الأنماط على الموقع الذي يطبق فيه الحمل. وهما،


  • العمود المحمل بحمل محوري متمركز
  • العمود المحمل بحمل غير متمركز


العمود المحمل بحمل محوري متمركز


الأعمدة المحملة محوريًا هي الأعمدة التي يعمل فيها الحمل في منتصف المقطع العرضي للعمود. يُعرف هذا أيضًا باسم العمود المحمل في المركز. مقاومة العمود المحوري المحمل ضد الالتواء أو الانبعاج تكون أكبر من العمود المحمل بحمل غير مركزي. كما هو مبين في الشكل أدناه؛

العمود المحمل بحمل محوري متمركز


العمود المحمل بحمل غير متمركز


إذا كان الحمل بعيدًا عن النقطه الوسطى (المركز) للمقطع العرضي للعمود، فإن هذا العمود يُعرف باسم العمود المحمل بحمل غير مركزي. مقاومة العمود المحمل خارج مركزه ضد الانبعاج أقل بكثير من العمود المحمّل بشكل مركز. إذا كان كلا النوعين من الأعمدة المحملة لهما نفس المقطع العرضي والمادة، فسيتم اعتبار العمود المحمل محوريًا بأنه أقوى.

العمود المحمل بحمل غير متمركز



حمل الانبعاج/الالتواء


حمل الانبعاج هو الحد الأدنى للحمل الذي ينتج عنه انحناء أو انبعاج في العمود.


حمل التهشم/السحق/التكسير


حمولة التكسير هي الحد الأدنى للحمل الذي يسحق أو يكسر مادة العمود. ستكون قيمة حمل الانبعاج أصغر من حمولة التكسير في نفس ذات العمود.

أثناء تصميم العمود، لا يتم اعتبار أو أخذ حمولة التكسير أو الانبعاج. ولكن، يتم اعتبار قيمة الحمولة الأقل قليلاً التي تأتي في العمود والتي تُعرف بالحمل الآمن. لذلك تبقى الهياكل آمنة دائما تحت تأثير الحمل الآمن.


عامل الأمان


عامل الأمان هو النسبة بين حمولة التكسير أو الانبعاج إلى الحمل الآمن. بشكل عام، تتراوح قيمة عامل الأمان بين ٢ و ٥ للهياكل.


حالات تثبيت نهايات الأعمدة


يعتمد مقدار الحمل الذي يمكن أن يتحمله العمود أيضًا على شروط وحالة نهاية العمود. سيكون العمود ذو النهاية المثبتة fixed عند كلا الطرفين أقوى، ثم العمود الثاني والذي من نفس الحجم والطول والمادة ولكن مع كلا الطرفين حرا free. ستكون القدرة على حمل الحمل مختلفة لكلا العمودين.


يتم حساب الطول الفعال للعمود بعد معرفة شروط نهاية العمود. يتغير الطول الفعال مع التغيير في شروط نهاية العمود. فيما يلي شروط نهاية العمود.


  • كلا الطرفين hinged
  • الطرفان fixed
  • طرف واحد fixed والآخر hinged
  • طرف واحد fixed والآخر free

 

الطرفان hinged

هذا هو شرط نهاية العمود القياسي. الطول الفعال في هذه الحالة يساوي طول العمود. يمكن العثور على الطول الفعال لظروف النهاية الأخرى بالرجوع إلى هذه الحالة. في هذه الحالة، يكون كلا طرفي العمود hinged. كما هو مبين في الشكل أدناه؛

الطرفان hinged



L = l


حيث،


l = الارتفاع المكافئ الفعال


L = الارتفاع الفعلي


كلا الطرفين fixed


هذه هي أقوى شرط/حالة نهاية عمود. يحمل العمود الثابت fixed من الطرفين الحد الأقصى للحمل ويعتبر الطول الفعال لهذه الحالة نصف إجمالي طول العمود الفعلي. تزداد قدرة تحمل حمولة العمود مع انخفاض طول العمود المكافئ. كما هو مبين في الشكل أدناه؛

كلا الطرفين fixed



حيث،


l = الطول المكافئ الفعال


L = الطول الفعلي


طرف واحد fixed والآخر hinged


في هذه الحالة، يكون أحد طرفي العمود أقوى من الطرف الآخر. الطول المكافئ لهذه النهاية هو كما يلي؛

طرف واحد fixed والآخر hinged


l = L / √2


نهاية واحدة fixed وأخرى free


شرط النهاية هذا يجعل العمود يتحمل أصغر حمولة من جميع الحالات الأخرى السابقة. العمود في مثل هذه الحالة ضعيف للغاية. الطول المكافئ لطرف واحد ثابت وآخر حر كما يلي؛





l = 2L


معادلات تصميم العمود


هناك نوعان من الصيغ أو المعادلات المستخدمة لتصميم العمود. هما؛


  • صيغة/معادلة أويلر
  • صيغة/معادلة رانكين


صيغة أويلر


تُستخدم صيغة أويلر للحمل للعثور على حمل الانبعاج للأعمدة الطويلة. الحمل الذي تم الحصول عليه من هذه الصيغة هو الحمل الأقصى الذي يمكن أن يتحمله العمود. من أجل العثور على الحمولة الآمنة، قسّم الحمل النهائي بعامل الأمان (F.O.S).

تعطي صيغة أويلر أقصى حمل محوري يمكن لعمود طويل ونحيف أن يتحمله دون التواء أو انبعاج.

رياضيا، يمكن التعبير عن صيغة أويلر على النحو التالي:

صيغة أويلر


حيث،

π = 3.14

P = حمل الانبعاج

E = معامل مرونة المادة

I = عزم القصور الذاتي

l = الطول المكافئ أو الفعال للعمود

مثال على صيغة أويلر

الطابق الثاني من مبنى سكني له عمود قطره 10 سم وارتفاعع 3 أمتار. كلا طرفي هذا العمود hinged. احسب الحمولة التي يمكن أن يحملها العمود.

باعتبار Elastic Modulus E = 2x1o ^ 6 Kg / cm square

البيانات المعطاة

ارتفاع العمود 300 cm

قطر العمود = D = 10 cm

معامل المرونة = E = 2 × 10 ^ 6 كجم / سم مربع

مطلوب

حمل الانبعاج = P =؟

الحل

من أجل العثور على حمل التواء/انبعاج ، ابحث عن عزم القصور الذاتي لهذا العمود.

عزم القصور الذاتي = πd^4/64

بالتالي،

I = (3.142) (10)^4/64

وبالتالي،

I = 490.94 cm^ 4

نظرًا لأن طرفي العمود hinged ،

طول العمود = L = 300 cm

الآن حمل الانبعاج،

حمل الانبعاج = π^2*EI / l^2 = 107702.56 Kg


صيغة رانكين


إنها صيغة تجريبية مستخدمة لحساب الحمل النهائي لكل من الأعمدة القصيرة والطويلة. تُعرف صيغة رانكين أيضًا باسم رانكين جوردون فورمولا. إنه يعطي الحمل النهائي الذي يمكن أن يتحمله العمود قبل الفشل. إذا كان العمود قصيرًا ، فسيعرف الحمل المحسوب باسم حمل التكسير. وسوف يكون الحمل متشابكًا أو معوقًا ، في حالة العمود الطويل.

هذه الصيغة تعطي الحمل النهائي فقط، لكن الأعمدة مصممة بحمل آمن. من أجل الحصول على حمولة آمنة ، قسّم الحمل النهائي (الحمل الذي تم الحصول عليه من صيغة رانكين) مع عامل الأمان (F.O.S).


رياضيا، يمكن التعبير عن صيغة رانكين على النحو التالي:

صيغة رانكين



حيث،

P = الحمل الحرج

fc = الإجهاد الحرج

A = مساحة المقطع العرضي للعمود

l = الطول المكافئ أو الفعال للعمود

K = أقل نصف قطر من الدوران

a = ثابت رانكين: يعتمد على مادة العمود.

بالنسبة للمواد المختلفة، فإن a كالتالي؛

للحديد الطري = a = 1/7500

للحديد الزهر = a = 1/1600

للحديد المطاوع = a = 1/9000



كيفية استلام الأعمدة الخرسانية في الموقع؟


  • يجب التأكد من مواضع الأعمدة بدقة.
  • يجب التأكد من أبعاد مقطع الأعمدة.
  • التأكد من نظافة قاع العمود قبل الصب.
  • التأكد من عدد أسياخ التسليح.
  • التأكد من وصل الأشاير مع الأسياخ الجديدة.
  • التأكد من نظافة الأسياخ القديمة (الأشاير) والجديدة من بواقي الأسمنت والشحم والزيوت.
  • التأكد من أقطار أسياخ التسليح.
  • التأكد من طول الأسياخ الرأسية يحقق طول الترابط (التشريك) مع العمود الجديد.
  • التأكد من عدد الكانات.
  • التأكد من قطر أسياخ الكانات.
  • التأكد من قفل الكانات.
  • التأكد من جودة تربيط الأسياخ الرأسية مع الكانات.
  • التأكد من وضع كانات علوية تحافظ على أماكن الأسياخ.
  • التأكد من جودة قوالب الصب.
  • التأكد من التقفيل الجيد للقوالب.
  • التأكد من متانة القوالب.
  • التأكد من متانة وصلات القوالب إن وجدت.
  • التأكد من رأسية القوالب (الوزنات).
  • التأكد من منسوب انتهاء الصب.
  • التشديد على استخدام الهزاز الميكانيكي.
  • التشديد على عدم إضافة المياه للخلطة الخرسانية.

اترك تعليق

يسعدنا أن نسمع منكم.

أحدث أقدم