مبادىء وأسس تصميم وتحليل المنشآت الخرسانية

مبادىء وأسس تصميم وتحليل المنشآت الخرسانية

لكل قاعدة اساس  وبدون الاساس لا يكتمل البناء

                                   من خلال هذا الموضوع سوف نتعرف على انواع الاحمال المؤثرة على العناصر الانشائية

                                               كما سنتعرف على كيفية عمل  تحليل انشائي مبسط لهذه العناصر

                          وسنتعرف أيضاً على الاجهادات القصوى  واجهادات التشغيل المسموح بها طبقا للمواصفات القياسية

                                            وعلى العناصر الانشائية التي يتكون منها اي منشأ خرساني مسلح.

لاحمال التي يتعرض لها العنصر الانشائي :

1- الأحمال الأساسية - Main loads  

وهي الاحمال المباشرة وتنقسم الى :

 - الحمل الميت -  Dead load

كوزن المنشأ , وزن الارضيات, وزن الحوائط , والتشطيبات والتكسيات والدهانات وغيرها.كل هذا يصنف تحت بند حمل ميت.

 - الحمل الحي : Live load

 وهو الحمل الناتج عن السكان والاثاث الذي يشغل المبنى .. اي هو كل حمل غير الدائم وجوده في المنشأ.

وهو ايضا الحمل الذي يتعرض له المنشأ اثناء التنفيذ كأوزان الشدات والاوناش والمعدات 
 - حمل الرياح - Wind load

حمل الرياح له تأثير كبير على تصميم اي منشأ . بعض دول تعتبر حمل الرياح حملاً ثانوياً واخرى تعتبره رئيسياً 

وهذا يتوقف على طبيعة الرياح والمناخ السائد لكل دولة

 - احمال الزلازل - Earthquake loadحيث توجد جداول جاهزة لحساب الحمل الحي على المنشأ وذلك بناء على معرفة طبيعة المنشأ

هل هو منشأ اداري أو منشأ سكني أو منشأعسكري وهكذا..

2- الاحمال الثانوية - Secondary loads  

وهي الاحمال الغير مباشرة.مثل الإنكماش الجاف للخرسانة ,الهبوط للاساسات ,الزحف..كل الاحمال دي بنأخد بالنا منها واحنا بنصمم.ومن هنا نقدر نعرف التحليل الانشائي علي انه العلم اللي بيهتم بتحديد تأثير هذه الاحمال علي الاجهادات والتشكيلات داخل العناصر الانشائية المكونة للمبني.

 مجموعة من الاعتبارات يجب مراعتها عند التصميم : أ-التكلفة الاقتصادية.                                                    ب- معاملات الامان لكل عنصر في المنشأ
 ج- صلاحية المبني للتشغيل .بمعني تجنب ال Deflection وال Cracks المثيرة للازعاج 
 د- الشكل والنواحي الجمالية

 مراحل عمل تصميم لاي مبنى خرساني :المرحلة الاولى :  اختيار نوع مناسب من الانشاءات واعمل Statical system مناسب له.ثم الابدء بتحليل كل عنصر لوحده.

المرحلة الثانية : تصمم كل جزء على حده وعمل كافة التفاصيل الدقيقة  لك جزء بمعنى  رسم لكل جزء مساقط راسية ومساقط افقية وتفاصيل وتفريد حديد التسليح له باشكاله المختلفة

 عناصر واجزاء المنشات الخرسانية :

1- الاسقف والبلاطات -  SLABS   2- الكمرات -  BEAMS 
3- الاعمدة  - COLUMNS    4- القواعد - FOOTING    
5- الحوائط -  WALLS   
6- السلالم -  STAIRS       

اجهاد الضغط للخرسانة  -  Compressive strength:

يرمز لها ب (Fcu). بعمل اختبار لعينة الخرسانة على شكل مكعب عمره 28 يوم ويتم البضغط عليه حتى الكسر.

تحفظ العينة تحت الماء او في غرفة درجة حرارتها ثابتة. وحدتها تكون كجم\سم2.وتتراوح قيمتها من 100 الي 450 كجم\سم2
عند تحديد قيمة الاجهاد في حالة استخدام  عينات غير قياسية يجب ضرب ناتج الاختبار في معاملات تصحيح مقاومة الضغط..

وهي عبارة عن جدول به ابعاد مكعب الاختبار وادامه معامل التصحيح المستخدم له
صلب التسليح للخرسانة  -  Reinforced steel  عبارة عن مقطع دائري له مقاومة وابعاد وله انواع ومنها :اسياخ عادية المقاومة :
مقاومتها للشد عالية في حدود 3700 كجم \سم2.وتسمي صلب طري عادي رتبة 4\35 او 28\45
اسياخ ذات نتوءات :
تسمي صلب عالي المقاومة ومنها نوعان ..صلب رتبة 36\52.وصلب رتبة 40\60  اسياخ مسحوبة او ملفوفة علي البارد :    
يوجد منها ملساء او ذات نتوءات وهي من صلب طري رتبة 24\35 او 28\45 .تم سحبه علي البارد علشان يصبح 45\ 52

كيفية حساب كل حمل من الاحمال التي تؤثر على المنشأ بالمعادلات والقوانين الرياضية             - الحمل الميت للسقف - (D.L)  وهو عبارة عن وزن السقف مضافا اليه وزن الارضيات.
وزن السقف = مساحة السقف(طولxالعرض) x سمك السقفx كثافة الخرسانة(2.5 كجم\سم3)
 الجدول أدناه وعن طريق سمك السقفيمكن معرفة وزن المتر المسطح للسقف.وبعد ذلك الضرب في مساحة السقفسمك البلاطة                                        وزن المتر المسطح
8                   ----------------------->             200
10                 ----------------------->             250
12                 ---------------------->             300
14                 ---------------------->             350  
16                 ---------------------->              400
18                 --------------------->             450    
20                ----------------------->             500 

وزن الارضيات :

تتكون الارضيات من طبقات العزل وفوقها فرشة رمل بسمك من 3:5 سم وفوقها مونة البلاط Mortar وفي الاخر البلاطة (الارض) Tiles

واليكم هذا المخطط التوضيحي لوزن الارضيات :الارضيات السطوح        ---------->  200-250 كجم\م2   الارضيات الخشبية بالحشو الخفيف -------> 60 كجم\م2
الارضيات الخشبية بالحشو العادي -------->  100 كجم\م2
الارضيات الرخام --------->   200 كجم\م2
الارضيات الفينل ---------->   60 كجم\سم2الاحمال للكمرات :

تحمل الكمرة وزنها الذاتي , ووزنالجدارالمحمل عليها والوزن الذاتي لبلاطة السقف

وزن الكمرة الذاتي = طول الكمرة x عرضها x عمقها الصافي  x كثافة الخرسانة
وزن الحيطة = كثافة الحيطة x سمك الحيطة x  واحد صحيح
ملاحظة : خلال عملية التصمي يجب مراعاة زيادة الامان وذلك بعدم  خصم الفراغات للابواب الشبابيك من وزن الحائط.
الاحمال التصميمية : 
    

    1- احمال التشغيل - Working loads
وهي الاحمال المنتظر حدوثها تحت ظروف التشغيل.التي احتمالات الزيادة في قيمتها لا تتعدي 5 %.

وهي عبارة عن الاحمال التي سبق شرحها  .. الحمل الميت والحمل الحي
   2- الاحمال القصوي - Ultimate loads
وهي احمال نحصل عليها عن طريق ضرب احمال التشغيل في معاملات زيادة الاحمال.ولهذه الاحمال 3 حالات:

حالة 1 :
عندما يكون لدينا حمل حي على المنشأ مع إمكانية اهمال حمل الرياح والزلازل

                                               U= 1.4 D+ 1.7 L

حالة 2 :
عندما يكون الحمل الحي اقل من 0.75 من قيمة الاحمال الدائمة

                                               U= 1.5 ( D + L) 

حالة 3 :
عند وجود منشأ معرض لحمل حي وفي الوقت ذاته معرض لاحمال ناشئة من الضغوط الجانبية مثل التراب والسوائل وغيرها

                                                U= 1.4 D + 1.7(E+L)

                                                      حيث E  الحمل الجانبي - Lateral load  
التحليل الانشائي :
التحليل الانشائي للمنشأ ينقسم إلى قسمين :الاول :تحليل الاعضاء الانشائية..    الثاني :تحليل قطاعات الاعضاء الانشائية..
 - اصمم قطاع حرج من كل جزء من اجزاء المبني تحت تأثير القوي المؤثرة عليه مثل :

 قوة القص shear وعزم الانحناء Moment والقوة المحورية Torsion
 - اشكال قطاعات الاعضاء الخرسانية مربعة او مستطيلة او مستديرة او حرف T او حرف L او حرف U - اول خطوة في عملية التحليل هي  اختيار ال Statical system اللازم لتحميل المنشأ الخرساني عليه
ملاحظات هامة : - تعتبر اي ركيزة لكل من الكمرات والبلاطات علي انها ركيزة حد السكين اي لا تنقل عزوم ولكن تنقل قوي رأسية وافقية فقط.
 - المسافة بين كل ركيزة واخري نسميها البحر الفعال للكمرة او البحر الفعال للبلاطة

طرق التحليل الانشائي :

نظرية المرونة الخطية  -  Linear Elastic Theory
وهي الطريقة الشائعة الاستخدام ومن طرقها :

                                                * ThreeMoment Equation.

                                                                   *  Virtual Work Method.

                                                                   *  Moment Distribution.

ملاحظة :  تستخدم نظرية المرونة في تحليل الكمرات التي لا يزيد نسبة عمقها الي بحرها الفعال عن 0.8 للكمرات البسيطة Simple

ولا يزيد عن 0.4 للكمرات المستمرة ال Continous
لو زادت النسبة عن القيم المذكورة أعلاه نستخدم الطريقة الثانية من طرق التحليل الانشائي وهي نظرية اللدونة Plastic Analysis

لانها في هذه الحالة تعتبر كمرة عميقة Deep Beam .فبستخدم نظرية التحليل الغير خطي للكمرات.

البحر الفعال للكمرات والبلاطات - Effective Spanيمكننا تعريف البحر الفعال للكمرات والبلاطات علي انه :
1- المسافة بين محاور الركائز او الدعامات.
2- يساوي 1.05 في البحر الصافي(من وش الدعامة لوش الدعامة).
3- يساوي البحر الصافي + العمق الفعال للكمرة

في حال ان الكمرة او البلاطة مستمرة  .. الحسابات للبحر الفعال. بالطبع ستختلف,لان البلاطات والكمرات المستمرة تبقي مصبوبة في نفس الوقت مع الركائز.اي ان الوصلات بينها Rigid Connection..وبالتالي نأخد البحر الفعال هو القيمة الاقل من القيم السابق سردها في حالة لو كانت الكمرة او البلاطة بسيطة .. وفي حالة بلاطة او كمرة مستمرة محملة على حائط بدون اعمدة يبقى البحر الفعال في هذه الحالة  هو البحر الصافي مضافا اليه عمق الكمرة لانه في هذه الحالة لن يكون هناك ركائز
البحر الفعال للكابولي -  Cantiliver هو القيمة الاقل من القييمتين الاتيتين :
1- طول الكابولي محسوبا من محور الركيزة.      
2- طول البحر الصافي للكابولي مضافا اليه العمق الاكبر للكابولي.لان ممكن بداية الكابولي بعمق ونهايته بعمق اخر  

مع خالص أمنياتي لكم بالتوفيق ...