تشييد المباني 4 د .نبيل ابراهيم الصوالحي استاذ مشارك في الهندسة المدنية ادارة التشييد 1 تشييد مباني 4 النظم اإلنشائية للمباني • • • • • • 2 تعريف النظام اإلنشائي يعرف النظام اإلنشائي بأنه السلوك االستاتيكى الخاص باستقبال وتوزيع األحمال وترحيلها من خالل النظام إلى األساس إلى األرض وهو المسئول عن متانة المنشأ. ويتكون النظام اإلنشائي من مجموعة من العناصر :الحوائط– األعمدة – الكمرات– البالطات– العقود– اإلطارات – الكبالت – الجمالونات. يتوقف نوع النظام اإلنشائي على : وظيفة المبنى والتي تحدد المسطحات المطلوبة (البحور اإلنشائية) نوع األحمال تشييد مباني 4 أنواع النظم اإلنشائية • • • • • • 3 يمكن تقسيم غالبية المنشآت من حيث السلوك االستاتيكي، والتي تختلف بطريقة التكوين وانتقال األحمال إلى األنواع التالية: .1نظام الحوائط الحاملة .2النظام الهيكلي .3نظام اإلطارات .4نظام الجمالونات .5نظام الخرسانة مسبقة الصب تشييد مباني 4 نظام الحوائط الحاملة • يعد نظام البناء بالحوائط الحاملة من أقدم أنظمة البناء • تنتقل األحمال الميتة والحية من السقف إلى الحوائط ،التي تنقلها بدورها باإلضافة إلى وزنها الذاتي إلى الحوائط التي تحتها ،وهكذا حتى تصل األحمال إلى األساس المستمر تحت الحوائط ،والذي يقوم بتوزيع األحمال على طبقة التربة الصالحة للتأسيس. 4 تشييد مباني 4 • • • وقد تكون هذه الحوائط من الطوب أو الحجر أو الخرسانة. وهذا النظام نادر االستعمال حاليا. و تعتبر الحوائط بمثابة العنصر اإلنشائي الذي يعمل على تحمل األحمال و نقلها إلى التربة .لذلك يكون سمك الحوائط في الدور األرضي اكبر من سمك األدوار العلوية .ويمكن ربط أجزاء المبنى مع بعض باستخدام األحزمة األرضية. و يجب إن تكون القواعد مستمرة أسفل جميع الحوائط لنقل الحمل بانتظام إلى التربة. 5 تشييد مباني 4 • مكونات نظام الحوائط الحاملة • • • • 6 القواعد الشريطية (المستمرة أسفل الحوائط الحاملة). الحوائط الحاملة باستخدام الحجر أو الخرسانة أو الطوب األحمر. السقف من بالطات مصبوبة في الموقع مثل النوع ذو األعصاب الخرسانية أو من البالطات مسبقة الصب أو البالطات المصمتة. األدراج وعناصر غير إنشائية مثل األبواب ،والنوافذ ،ومواد التكسية و التشطيب. تشييد مباني 4 7 تشييد مباني 4 8 تشييد مباني 4 مميزات نظام الحوائط الحاملة • رخيص الثمن نظرا ً ألن المواد المستخدمة في هذا النظام قليلة التكلفة وال تحتاج إلى تقنيات عالية في البناء. • سريع البناء. • توزيع األحمال اإلنشائية بانتظام على طول الحوائط الحاملة. 9 تشييد مباني 4 عيوب نظام الحوائط الحاملة .1كبر الحجم الفراغي لها ،حيث يزيد سمك الحوائط كلما اقتربنا من األساس لزيادة األحمال التي يتعرض لها الحائط. .2صعوبة التغيير المعماري فيها ،حيث يمنع عمل أي تعديل كإزالة حوائط أو تعديل تقسيم المبنى من دور إلى دور اخر دون اتخاذ احتياطات شديدة تضمن عدم انهيار المبنى. .3وجود الفتحات في حوائط هذا النوع من اإلنشاء يضعف المبنى ،وبالتالي يجب اإلقالل منها وخاصة ما كان عرضه كبيرا ً. 10 تشييد مباني 4 .4محدودية التشكيالت المطلوبة في الواجهات. .5محدودية االرتفاع المسموح به حيث ال يزيد عدد األدوار عن خمسة. .6صعوبة التمديدات الكهربائية و الصحية بسبب استخدام الحوائط المصمتة. .7عزل رديء للصوت و الحرارة .8عدم مقاومة القوى األفقية 11 تشييد مباني 4 Brick Footing 4 تشييد مباني 12 Load Bearing Footing 4 تشييد مباني 13 اعتبارات السالمة في نظام الحوائط الحاملة • • • • • • 14 ال يجب عمل تعديالت داخلية في هذا النوع من المباني دون اتخاذ االحتياطات الالزمة لضمان عدم انهيار المبنى. يجب اإلقالل من مساحة الفتحات بحيث يكون العرض قليل و االرتفاع كبير. عمل دراسة جيده لخصائص التربة. تجنب التكسير في أي جزء تم بناءه .وإن تطلب ذلك فيكون بشكل ال يعرض الحجر لالهتزاز والخلخلة. ضرورة أن تكون مونة البناء قويه . العناية التامة بالعزل المضاد للرطوبة في كافة أجزاء المباني. تشييد مباني 4 النظام الھيكلي • يعتبر النظام الهيكلي أكثر األنظمة انتشارا في العالم أي أن الهيكل الخرساني في المبنى هو الذي يحمل األوزان أو األحمال من خالل السلسلة تبدأ بنقل األحمال من السقف إلى الكمرات (وهي جزء من السقف) إلى األعمدة إلى األساسات إلى التربة. • ويستخدم هذا النظام لتشييد المباني ذات االرتفاعات العالية التي تصل إلى ارتفاع 90متر. • ويعتمد هذا النظام على الخرسانة المسلحة كمادة أساسية ،ولكن يمكن استخدام الكمرات واألعمدة الحديدية في إنشاء هيكل المبنى والذي يتميز في هذه الحالة بخفة الوزن مقارنة بالخرسانة المسلحة مما يتيح إمكانية زيادة ارتفاع المبنى عن 100متر ،وقد يصل إلى 300متر أو أكثر، 15 تشييد مباني 4 • ويحتاج نظام اإلنشاء الهيكلي إلى تصميم دقيق لجميع العناصر في المبنى حتى يمكن للمبنى تحمل األحمال الواقعة عليه بأمان. • ويتم تحديد مقاسات األعمدة طبقا الرتفاع الدور الواحد باإلضافة إلى األحمال الموجودة عليه والتي تزيد كلما اقتربنا من أساسات المبنى. 16 تشييد مباني 4 17 تشييد مباني 4 • مكونات النظام الهيكلي • العناصر اإلنشائية :األساسات ،األعمدة ،الجسور ،السقف، الساللم. • العناصر غير اإلنشائية :الجدران ،األبواب والنوافذ ،تكسية األرضية وهي البالط مثل السيراميك أو غطاء خشب ،تكسية الجدران وهي الدهان ،والجبس وورق الجدران وغير ذلك. 18 تشييد مباني 4 • • • • 19 وهناك عدة مزايا لهذا النظام جعلتهاألكثر انتشارا وهي: .1سرعة وسهولة التنفيذ فمثالً تستطيع البدء في مراحل التشطيبات لالدوار السفلية بالتوازي مع مرحلة الخرسانة لالدوار العلوية. .2يمكن عمل مباني عالية Multi-storyنتيجة لخفة وزن النظام الهيكلي وقوة تحمل المواد المستخدمة في االنشاء يمكن عمل أبراج وهذا غير ممكن في نظام الجدران الحاملة مثالً (من 5-4أدوار كحد أقصى) ألن النظام الهيكلي به أوزان خفيفة في األساس وهي أوزان األعمدة واألسقف وباقي األوزان يمكن تخفيفها عن طريق عمل جدران خفيفة مثل جدران األلمنيوم والزجاج والجبس ،وما يؤهل النظام الهيكلي لعمل مباني عالية هو كون األوزان على العناصر الخرسانية أوزان قليلة نسبيا ً. تشييد مباني 4 • • • • 20 .3سهولة التمديدات الصحية والكهربائية · ألن طبيعة الطوب المفرغ المستخدم في هذا النظام تسمح بالحفر بسهولة خالله ووضع األسالك والمواسير عكس الجدران الحاملة التي يستخدم الطوب المصمت. .4عزل أفضل للصوت ألن الطوب المفرغ يساعد في عزل الصوت بينما الطوب المصمت ينقل الصوت. تشييد مباني 4 • • • • • • 21 .5المقاطع الخرسانية (صغيرة نسبيا) · فاألعمدة مثالً مقاطعها صغيرة نسبيا ً وحتى الجدران مقاطعها صغيرة مقارنة بالجدار الحاملة. .6إمكانية التغيير المعماري فيمكن إزالة أي حائط أو توسيع أي غرفة أو تضييقها وهذا غير متوفر في الحوائط الحاملة .7إمكانية عمل فتحات (أبواب +شبابيك) واسعة · في الجدران الحاملة مثالً كلما كانت الفتحات أوسع فإن ذلك يعني ضعف الجدار ألن الجدار هو الذي يحمل األوزان ،بينما في النظام الهيكلي يمكن عمل الواجهة كلها شباك أو عمل باب بأي حجم تشييد مباني 4 عيوب النظام الھيكلي • • • • 22 .1الضعف في مقاومة القوى األفقية (الرياح والزالزل)، ويمكن التغلب على هذه المشكلة بواسطة إنشاء ما يسمى بجدران القص () Shear Walls .2ال يستطيع البناء مقاومة درجة الحرارة العالية وتأثير الرطوبة بسبب السماكة القليلة للجدران. .3يحتاج لعدد كبير من األيدي العاملة .4يحتاج لكثير من المعدات . تشييد مباني 4 23 تشييد مباني 4 اعتبارات السالمة في النظام الھيكلي التأكد من استيفاء العناصر التالية للسالمة : • السقاالت بأنواعها. • منافذ الدخول والخروج. • المركبات الميكانيكية والروافع والشاحنات. • الترتيب والتنظيم في موقع العمل. • الوقاية من المخاطر الكهربائية. • متابعة وسائل الحماية الفردية الالزمة للعمال. 24 تشييد مباني 4 نظام اإلطارات Frames • اإلطارات: • نظام اإلطارات مشابه للنظام الهيكلي من حيث طريقة نقل األحمال ،إال أنه يختلف عنه في كيفية اتصال األعمدة بالجسور في األسقف ،حيث يتميز نظام اإلطارات بالترابط بين األعمدة والجسور ،والتوحد في كيفية االستجابة للتشوهات ،بما يضمن ثبات الزوايا بين األعمدة والجسور المتصلة بها ،ويتم ذلك عن طريق نظام تسليح خاص باإلطارات ،يختلف عن نظام تسليح المنشآت الهيكلية. 25 تشييد مباني 4 26 تشييد مباني 4 مميزات نظام اإلطارات • • • • • 27 يمكن استخدامه في الطوابق المتعددة يسمح بمسافات كبيرة بين األعمدة تصل إلى 25م (في حالة الصاالت الواسعة مثالً) ،دون الحاجة إلى أعمدة وسطية. يقاوم األحمال األفقية حال وجود أحمال رياح أو زالزل. تستخدم كبديل لجدران القص في حالة وجود قوى أفقية، وعدم التمكن من إضافة حوائط قص. توزيع أفضل لألحمال بين األحزمة و األعمدة. تشييد مباني 4 – عيوب نظام اإلطارات • تكلفة عالية للمواد • يحتاج لخبرات خاصة في التنفيذ • عملية التصميم معقده 28 تشييد مباني 4 الجمالونات Trusses • • • • 29 تتكون الجمالونات إما من الخشب ،أو الحديد ،أو الباطون (نادر لفقدان فرضية أن نقطة االتصال بين األعضاء تكون مفصلية . Hinge وتستخدم الجمالونات في حالة الحاجة إلى مساحات أسقف واسعة بدون أعمدة قد تصل الى 50أو 60متر. و يتكون الجمالون من أزواج من العوارض توضع أعاله ،و يتم ربطها بواسطة دعامات و شدادات مكونه مع بعضها مثلثات أو مستطيالت تتصل معا في نقاط تسمى العقد. تنتقل األحمال في الجمالون من األسقف إلى الجمالونات عن طريق المدادات العرضية و منها إلى األعمدة ثم إلى القواعد ثم إلى التربة. تشييد مباني 4 Truss 30 تشييد مباني 4 31 تشييد مباني 4 Truss 32 تشييد مباني 4 • • • • • 33 العناصر اإلنشائية للجمالون عناصر وصل مستقيمة . األعمدة . المدادات العرضية . القواعد. تشييد مباني 4 مميزات نظام الجمالونات • .1يمكن من خالل الجمالون إنشاء بحور بأبعاد قد تصل إلى 50 أو 60متر. • .2تنفيذ الجمالون أسهل وأسرع من اإلطارات. • .3أوزان قليلة على األساسات. – عيوب نظام الجمالونات • .1ال يمكن عمل ادوار متكررة • .2يحتاج إلى معدات ثقيلة لتنفيذه • .3يحتاج إلى إجراءات سالمة خاصة أثناء التنفيذ 34 تشييد مباني 4 الجمالونات الفراغية • و تعرف ب Space Trussو يستعمل لتغطية األسقف ذات البحور الواسعة و تأخذ الوحدات الشكل الهرمي حيث تؤثر على كل عضو في الوحدة قوى الشد و الضغط. • يستخدم مقاطع الحديد لتشكيل الهرم. • مميزات الجمالون الفراغي – سرعة التنفيذ – تغطية مساحات واسعة – منظر معماري رائع • عيوب الجمالون الفراغي – تكلفة عالية – يحتاج دقة عالية في التنفيذ 35 تشييد مباني 4 Space Truss 22 36 تشييد مباني 4 تشييد مباني 4 .5نظام الخرسانة مسبقة الصب Precast Concrete • وهي الخرسانة التي تصب في المصنع أو في الموقع على شكل عناصر إنشائية حاملة أو غير حاملة وتنقل وترفع لتركيبها وتوصيلها بواسطة وصالت معينة لتكون المبنى • أسباب ظهور الخرسانة مسبقة الصب .1وجود كوارث طبيعية وغير طبيعية و حاجة ماسة إلقامة مباني بسرعة. .2نمو سكاني سريع ال يوازي معدالت التنمية العمرانية. .3يوجد مناطق يصعب بها نقل اليد العاملة " مثل الصحراء" .4ندرة مواد البناء في بعض المناطق. .5عوامل جوية ال تسمح لصب الخرسانة في الموقع كالحر الشديد او البرد الشديد 37 تشييد مباني 4 .4نظام الخرسانة مسبقة الصب Precast Concrete • • • • • • • مميزات طرق التشييد بالخرسانة مسبقة الصب: السرعة بسبب التكرار النمطي االقتصاد سهولة ضبط الجودة و المراقبة. قلة األيدي العاملة. سهولة استخدام الوحدات مرة أخرى وانخفاض نسبة الهالك توفر اإلمكانية للعمل والتشييد تحت اى ظروف مناخية أو غيرها. 38 تشييد مباني 4 • عيوب الخرسانة مسبقة الصب .1 .2 .3 .4 .5 39 الحاجة إلى مساحات واسعة لتخزين الوحدات على الموقع. إجراءات األمان و السالمة على الموقع مطلوبة. تحتاج إلى معدات خاصة لنقلها إلى الموقع. تمهيد الموقع و إعداده إلى مكان مناسب لتخزين الوحدات و ترتيبها بطريقة منظمة حسب طريقة البناء و االستعمال. بتكرار الوحدات النمطية يزداد الملل و التقييد المعماري تشييد مباني 4 – – – – – 40 .6تحتاج إلى نظام التوحيد القياسي ".”Module .7الحاجة إلى خبراء و فنيين .8تحتاج إلى شبكة طرق متطورة لعمليات النقل الخاصة .9تحتاج إلى دقة كبيرة في تركيب الوحدات والحرص على تركيب كل وحدة في مكانها الموضح في المخططات .10تحتاج إلى مخططات تنفيذية وجداول تركيب وتوريد ومواصفات وبرامج أخرى ما ال تحتاجه الطريقة التقليدية تشييد مباني 4 • اجراءات السالمة اثناء تنفيذ المباني مسبقة الصب • تمهيد الموقع و إعداده إلى مكان مناسب لتشوين الوحدات. • فحص المعدات الثقيلة عند كل استخدام. 41 تشييد مباني 4 Precast panels 4 تشييد مباني 42 43 تشييد مباني 4 Lifted Slab system 4 تشييد مباني 44