ما هي أنواع الفشل (الانهيار) الهيكلي الشائعة للمباني؟

الهدف الرئيسي للتصميم هو تجنب الانهيار أو الفشل ؛ سنبدأ بالنظر في الفشل بأوسع معانيه ونوضح ذلك بقصة تتعلق بأحد الأشخاص عن والده، الذي كان لسنوات عديدة مهتمًا بالبناء في أجزاء مختلفة من العالم.

تطلب توفير المياه للمنشأة الصناعية التي عملت شركته كمستشار لها في بناء برج مياه لتوفير ضغط مياه كافٍ في المحطة. كان لابد أن يكون البرج طويل القامة إلى حد ما وأن يتم بناؤه من الخرسانة المسلحة. تم تكليف مقاول محلي صغير بمهمة بناء البرج. لم يكن لديه أي معدات ميكانيكية وكانت الخرسانة تُخلط يدويًا وتُنقل إلى البرج في سلال محمولة على رؤوس العمال. كانت جودة صب الخرسانة وضغطها ودمكها رديئ للغاية، وبحلول الوقت الذي تم فيه بناء البرج نصفه تقريبًا، كان من الواضح أنه لا يمكن أبدًا بناء البرج على ارتفاعه الكامل وأن يملأ بالماء.

ندد المهندس المقيم بالنيابة عن المستشار بالبرج وطالب بهدمه وبناء برج جديد. لم يكن مسؤولو الحكومة المحلية مستعدين لفقدان ماء الوجه من خلال الاعتراف بأن الشركات المحلية كانت غير قادرة على بناء البرج، لذلك تم ممارسة الضغط السياسي مما أدى إلى حل وسط. لن يتم بناء البرج أعلى من ذلك وسيتم تركيب الخزان على المستوى الحالي. وقد تم ذلك على النحو الواجب وتم تسليم البرج من قبل المقاول بلا شك بفخر كبير. ومع ذلك، فقد كان عديم الفائدة تمامًا للعميل لأنه لم يكن مرتفعًا بما يكفي للقيام بما هو مطلوب منه. البرج لم يسقط. ومع ذلك، فقد كان فشلًا بقدر ما كان العميل مهتمًا لأنه كان عديم الفائدة بالنسبة له كما لو كان قد سقط.

يشير ما حدث إلى تعريف آخر وشامل للفشل الهيكلي على غرار ما يلي:


يفشل الهيكل إذا كان، أو أصبح، غير قادر على تحقيق الغرض المطلوب منه.


من الواضح أنه ليست كل الإخفاقات على نفس الدرجة من الخطورة. من الواضح أن مثال برج المياه أعلاه هو حالة كان فيها الفشل كليًا لأن البرج الناتج كان عديم الفائدة. ومع ذلك، فإن العديد من حالات الفشل، على الرغم من أنها تمنع الأداء السليم للهيكل، إما أنها لا تجعله عديم الفائدة تمامًا أو يمكن تصحيح الخطأ دون إنفاق مفرط.

ما هي أنواع الفشل (الانهيار) الهيكلي الشائعة للمباني؟


يمكننا الآن أن ننظر إلى الطرق المختلفة التي يمكن أن يحدث بها هذا.


أنواع الفشل الهيكلي


فشل وظيفي


المثال أعلاه يأتي في هذه الفئة. هذا هو المكان الذي يكون فيه الهيكل ببساطة غير مناسب للوظيفة المطلوبة. لا يوجد فشل في المواد التي تم بناء الهيكل منها، وربما يلبي الهيكل جميع متطلبات قواعد وأنظمة التصميم المناسبة. يعتبر الفشل من هذا النوع، أو الفشل الجزئي على الأقل، أقل شيوعًا مما قد نعتقد. إنه ليس بالضرورة خطأ المهندس الإنشائي أو المنشئ ؛ من المرجح في الواقع أن الخطأ يكمن في عدم قيام العميل بتحليل ما يحتاجه بعناية كافية أو عدم توصيل متطلباته لفريق التصميم بوضوح كاف.

عندما لا يتم وضع المصارف في أدنى نقطة من المنطقة التي يُراد تصريفها، والجسور ذات الخلوص غير الكافي عندما يُراد المرور من تحتها، قد تحدث جميعها وتندرج ضمن هذه الفئة.

إن السبيل لتجنب مثل هذه الإخفاقات أو الفشل الهيكلي هذا هو أن يقوم جميع الأطراف بتحليل الإشكالات التي يتم حلها وأن يكون الجميع واضحين تمامًا بشأن المطلوب. ربما تكون هذه هي المهمة الأولى التي يجب تنفيذها في أي تصميم.




فشل إمكانية الخدمة


حالات فشل إمكانية الخدمة هي الحالات التي يمنع فيها سلوك الهيكل تحت أحمال الخدمة الأداء السليم للهيكل. غالبًا ما تكون أمثلة هذا النوع من الفشل ناتجة عن الانحراف المفرط. على سبيل المثال ، الكمرات التي تنحرف أو يحدث بها ترخيم إلى الحد الذي يشوه إطارات الأبواب ويجعل من المستحيل فتح الأبواب سيكون بمثابة فشل في الخدمة. مثال آخر هو المكان الذي يجعل فيه اهتزاز الهيكل، ربما بسبب الآلات، من المستحيل تشغيل المعدات العلمية الحساسة. ترتبط معظم حالات فشل الخدمة بنقص صلابة الهيكل أكثر من نقص القوة.




فشل الانفصال


إذا أخذت مجموعة من مكعبات الأطفال وبنيت برجًا، فسيصل في النهاية إلى ارتفاع حيث يصبح غير مستقر ويسقط. هذا فشل في البرج ولكن المواد التي تم بناء البرج منها (المكعبات) غير تالفة تمامًا ويمكن استخدامها على الفور مرة أخرى لبناء برج آخر. هذا النوع من الفشل، حيث لا يوجد إجهاد أو فشل للمواد ولكن يحدث الفشل ببساطة لأن أعضاء الهيكل أصبحوا منفصلين، هو فشل في الفصل.

مثال آخر على هذا الفشل هو انهيار منزل من الورق. سيتبين أن حالات فشل الانفصال تميل إلى أن تكون مفاجئة وكارثية، وبالتالي، في عالم الهياكل الحقيقي، يجب تجنبها.


هناك أمثلة عملية لمثل هذه الإخفاقات، والتي يطلق عليها في كثير من الأحيان "الانهيارات التقدمية". من المحتمل أن يكون برج رونان بوينت الأكثر شهرة، حيث أدى انفجار غاز في مبنى سكني متعدد الطوابق مصنوع من ألواح مسبقة الصب إلى تفجير جدار. أدى فقدان هذا الجدار إلى إزالة الدعم عن الهيكل أعلاه، الذي سقط. تسببت الأحمال الناتجة عن الألواح المتساقطة في انهيار المستويات السفلية وسقوط ركن المبنى بالكامل.

يمكن القول أن انهيار مباني الطوب حيث يتم وضع الطوب في مونة ​​الجير هو أيضًا فشل في الفصل لأن وحدات البناء (الحجر والطوب) غالبًا ما لا تفشل. ربما يقتل هذا النوع من الفشل أشخاصًا أكثر من أي شخص آخر في الزلازل في البلدان الأقل تقدمًا.


في المباني الكبيرة، يتم في الوقت الحاضر حماية احتمال حدوث هذا النوع من الفشل من خلال ضمان توصيل الأعضاء الهيكلية معًا بوصلات قادرة على مقاومة بعض القوة الدنيا على الأقل.




فشل الدوران الزاوي (الانتقال)


هذه حالات فشل حيث لا يوجد فشل في الهيكل (على الأقل في البداية). عادة ما تكون نتيجة لفشل الأساسات أو التربة حول الهيكل. المثال الكلاسيكي لفشل الدوران الزاوي هو برج بيزا المائل. البرج نفسه لم يفشل، فهناك ببساطة هبوط تفاضلي مفرط بين جانب واحد من البرج والآخر، مما يتسبب في ميله. إذا سقط البرج ، فسيكون السبب الرئيسي هو الانتقال الدوراني للبرج. بالطبع، عندما يسقط البرج، وبالتأكيد عندما يصطدم بالأرض، سوف يسقط إلى قطع، لكن تكسير البرج سيكون مشكلة ثانوية وليست الآلية الأساسية التي تؤدي إلى الفشل. مع الحظ، وتطبيق الخبرة الهندسية، لن ينهار البرج بل سيتم تقويمه إلى حد ما.


يحدث فشل الدوران الزاوي كثيرا، وربما يكون هو الطريقة الطبيعية التي يتوقع المرء من خلالها كيف يفشل الجدار الاستنادي.


اقرأالهبوط التفاضلي (المتفاوت) لأساسات المباني - الأسباب والعلاج



فشل عدم الاستقرار المرن


عندما تأخذ قطعة مستقيمة من سلك رفيع، أمسكها عموديًا وحاول أن تضع حملًا رأسيًا إلى الأعلى، ستجد أن الحمل الذي يمكن تطبيقه صغير، وسوف ينحني السلك. انزع الحمولة وسيعود السلك إلى موضعه الأصلي، مما يدل على أن المادة التي صنع منها السلك لم يتم إجهادها بشكل مبالغ فيه. إن فشل "الهيكل" في هذه الحالة هو نتيجة الانحراف ويُعرف عمومًا باسم "الانحناء أو الانبعاج" أو ، بشكل أكثر دقة، عدم الاستقرار المرن بسبب تأثيرات الدرجة الثانية second-order effects.

في الوقت الحاضر، من الضروري فقط أن نرى أن الفشل لا ينشأ بشكل أساسي من الإجهاد المفرط للمادة ولكنه ناتج عن الانحراف، وهو دالة على صلابة عضو وليس قوته. يمكن أن يؤدي عدم الاستقرار المرن إلى فشل أي نوع تقريبًا من العناصر الرقيقة المعرضة لإجهاد الضغط. أمثلة على الحالات التي يجب فيها النظر في هذا الاحتمال:


  • تصميم الأعمدة الرفيعة.
  • منطقة ضغط الكمرات الرقيقة.
  • الحواف البارزة (الفلانجات) للمقاطع الفولاذية المدرفلة حيث تكون في حالة ضغط.
  • جدران الخزانات والصوامع وما إلى ذلك حيث تكون في حالة ضغط.
  • الصفائح الفولاذية في جسور الكمرات أو girders الصندوقية.




فشل إجهاد المواد


حالات الفشل في هذه الفئة هي حيث يتم تحميل العضو أو الهيكل فوق طاقته إلى الحد الذي تفشل فيه المواد. من المحتمل أن تشكل الحماية ضد هذا النوع من الفشل الجزء الأكبر من التصميم التفصيلي للهيكل.


اقرأ أيضا١٠ أسباب شائعة لفشل أساسات المباني

مهندس محمد

مهندس مهتم بعلوم الهندسة المختلفة وخاصة علم البناء والتشييد ونشر الوعي الهندسي. https://m.facebook.com/zahymar

يسعدنا أن نسمع منكم.

إرسال تعليق (0)
أحدث أقدم