الحمل الهيكلي

الموسوعة الحرة

الحمل الإنشائي أو الفعل الإنشائي هو حمل ميكانيكي (أو قوة بشكل عام ) يُطبق على العناصر الإنشائية . [ 1 ] [ 2 ] يُسبب الحمل إجهادًا أو تشوهًا أو إزاحة أو تسارعًا في المنشأة . يُعنى التحليل الإنشائي ، وهو فرع من فروع الهندسة ، بتحليل تأثيرات الأحمال على المنشآت وعناصرها الإنشائية. قد يؤدي الحمل الزائد إلى انهيار المنشأة ، لذا يجب مراعاة ذلك والتحكم فيه أثناء تصميمها. تخضع المنشآت الميكانيكية الخاصة - مثل الطائرات والأقمار الصناعية والصواريخ ومحطات الفضاء والسفن والغواصات - لأحمال وأفعال إنشائية خاصة بها. [ 3 ] غالبًا ما يُقيّم المهندسون الأحمال الإنشائية بناءً على اللوائح أو العقود أو المواصفات المنشورة. وتُستخدم المعايير الفنية المعتمدة لاختبارات القبول والتفتيش .

الأنواع

في الهندسة المدنية ، تُعدّ الأحمال المحددة أفضل تقدير للأحمال الفعلية التي يُتوقع أن يتحملها الهيكل. وتأتي هذه الأحمال بأشكالٍ عديدة، مثل الأشخاص، والمعدات، والمركبات، والرياح، والأمطار، والثلوج، والزلازل، ومواد البناء نفسها، وغيرها. وتُعرف الأحمال المحددة أيضاً بالأحمال المميزة في كثير من الحالات.

تتعرض المباني لأحمال من مصادر متعددة. يمكن تصنيف الأحمال الرئيسية إلى أحمال حية (أحمال غير موجودة دائمًا في الهيكل)، وأحمال ميتة (أحمال دائمة وغير قابلة للتغيير إلا في حالة إعادة التصميم أو التجديد)، وأحمال الرياح، كما هو موضح أدناه. في بعض الحالات، قد تتعرض الهياكل لأحمال أخرى، مثل تلك الناتجة عن الزلازل أو ضغوط المواد المتبقية. يُشار إلى القيمة القصوى المتوقعة لكل حمل باسم الحمل المميز.

الأحمال الثابتة هي قوى ساكنة تبقى ثابتة نسبيًا لفترة طويلة. قد تكون هذه الأحمال شدًا أو ضغطًا . ويُمكن أن يُشير المصطلح إلى طريقة اختبار معملية أو إلى الاستخدام العادي لمادة أو هيكل.

الأحمال الحية عادة ما تكون أحمالاً متغيرة أو متحركة . ويمكن أن يكون لهذه الأحمال عنصر ديناميكي كبير، وقد تشمل اعتبارات مثل الصدمات ، والزخم ، والاهتزاز ، وديناميكيات تموج السوائل، وما إلى ذلك.

الحمل الصدمي هو الحمل الذي يكون وقت تطبيقه على مادة ما أقل من ثلث الفترة الطبيعية لاهتزاز تلك المادة.

يمكن أن تؤدي الأحمال الدورية على الهيكل إلى تلف الإجهاد ، أو التلف التراكمي، أو الانهيار. وقد تكون هذه الأحمال عبارة عن أحمال متكررة على الهيكل أو ناتجة عن الاهتزاز .

الأحمال المفروضة هي تلك المرتبطة بإشغال المبنى واستخدامه؛ أما مقدارها فهو أقل وضوحًا ويرتبط عمومًا باستخدام المبنى.

الأحمال على الهياكل المعمارية والهندسية المدنية

تُعدّ الأحمال الإنشائية من الاعتبارات المهمة في تصميم المباني. تنصّ قوانين البناء على ضرورة تصميم وبناء المنشآت بحيث تقاوم بأمان جميع الأحمال التي يُحتمل أن تواجهها خلال فترة خدمتها، مع الحفاظ على صلاحيتها للاستخدام. [ 4 ] تُحدّد هذه القوانين الحد الأدنى للأحمال أو التأثيرات لأنواع المنشآت، والمواقع الجغرافية، والاستخدام، ومواد البناء . [ 5 ] تُصنّف الأحمال الإنشائية إلى فئات حسب سببها. من حيث الحمل الفعلي على المنشأة، لا يوجد فرق بين الأحمال الميتة والحية، ولكن هذا التصنيف يُستخدم في حسابات السلامة أو لتسهيل تحليل النماذج المعقدة.

لتحقيق شرط أن تكون قوة التصميم أعلى من أقصى الأحمال، تنص قوانين البناء على زيادة الأحمال في التصميم الإنشائي باستخدام معاملات التحميل. وتُعرَّف معاملات التحميل هذه ، تقريبًا، بأنها نسبة قوة التصميم النظرية إلى أقصى حمل متوقع أثناء الخدمة. وقد طُوِّرت هذه المعاملات للمساعدة في تحقيق مستوى الموثوقية المطلوب للمنشأة [ 6 ] استنادًا إلى دراسات احتمالية تأخذ في الحسبان سبب نشوء الحمل، وتكراره، وتوزيعه، وطبيعته الساكنة أو الديناميكية . [ 7 ]

حمولة ميتة

حمولة ميتة

يشمل الحمل الميت الأحمال الثابتة نسبيًا بمرور الوقت، بما في ذلك وزن الهيكل نفسه، والتركيبات الثابتة كالجدران، وألواح الجبس ، والسجاد . كما يُعد السقف حملاً ميتًا. تُعرف الأحمال الميتة أيضًا بالأحمال الدائمة أو الساكنة . لا تُعتبر مواد البناء أحمالاً ميتة إلا بعد تركيبها في مكانها الدائم. [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ] يحدد معيار IS875 (الجزء 1) لعام 1987 الوزن النوعي لمواد البناء وأجزائها ومكوناتها.

تحميل مباشر

الحمل المفروض (الحمل الحي)

الأحمال الحية، أو الأحمال المفروضة، هي أحمال مؤقتة، قصيرة المدة، أو أحمال متحركة . وقد تشمل هذه الأحمال الديناميكية اعتبارات مثل الصدمات ، والزخم ، والاهتزاز ، وديناميكيات تموج السوائل، وإجهاد المواد .

تشمل الأحمال الحية، والتي يشار إليها أحيانًا بالأحمال الاحتمالية، جميع القوى المتغيرة ضمن دورة التشغيل العادية للكائن باستثناء أحمال البناء أو الأحمال البيئية.

تتولد الأحمال الحية للسقف والأرضية أثناء الصيانة بواسطة العمال والمعدات والمواد، وأثناء عمر الهيكل بواسطة الأشياء المتحركة، مثل أحواض الزهور والأشخاص.

تنتج الأحمال الحية على الجسر عن المركبات التي تسير فوق سطح الجسر.

الأحمال البيئية

حمولة الثلج الحية

الأحمال البيئية هي أحمال هيكلية ناتجة عن قوى طبيعية مثل الرياح والأمطار والثلوج والزلازل أو درجات الحرارة القصوى.

حمولات أخرى

يجب على المهندسين أيضًا أن يكونوا على دراية بالإجراءات الأخرى التي قد تؤثر على الهيكل، مثل:

مجموعات الأحمال

ينتج عن تأثير أكثر من نوع واحد من الأحمال على الهيكل تركيبٌ للأحمال. عادةً ما تحدد قوانين البناء مجموعة متنوعة من تركيبات الأحمال، بالإضافة إلى معاملات التحميل (الأوزان) لكل نوع من أنواع الأحمال، وذلك لضمان سلامة الهيكل في ظل سيناريوهات التحميل القصوى المتوقعة المختلفة. على سبيل المثال، عند تصميم درج ، قد يكون معامل الحمل الميت 1.2 ضعف وزن الهيكل، وقد يكون معامل الحمل الحي 1.6 ضعف أقصى حمل حي متوقع. يتم دمج هذين "الحملين المُعاملين" لتحديد "القوة المطلوبة" للدرج.

يُحدد معامل الحمل بناءً على احتمالية تجاوز أي حمل تصميمي مُحدد. تتميز الأحمال الميتة بمعاملات حمل صغيرة، مثل 1.2، لأن وزنها معروف ومحسوب بدقة، كالعناصر الإنشائية، والعناصر المعمارية والتشطيبات، والمعدات الميكانيكية والكهربائية والصحية الكبيرة. وفي المباني، من الشائع إضافة حمل ميت إضافي (SIDL) يبلغ حوالي 5 أرطال لكل قدم مربع (psf) لحساب الأوزان المتنوعة كالمسامير وغيرها من أدوات التثبيت، والكابلات، والتجهيزات المختلفة أو العناصر المعمارية الصغيرة. أما الأحمال الحية، فقد تكون أثاثًا، أو معدات متحركة، أو حتى الأشخاص أنفسهم، وقد تتجاوز الكميات الطبيعية أو المتوقعة في بعض الحالات، لذا يُستخدم معامل أكبر، 1.6، لمحاولة تحديد هذا التباين الإضافي. كما يُستخدم معامل أقصى قدره 1.6 للثلوج، بينما تُحدد الأحمال الجانبية (الزلازل والرياح) بحيث يكون معامل الحمل 1.0 عمليًا. يمكن جمع الأحمال المتعددة بطرق مختلفة، مثل 1.2*الميت + 1.0*الحي + 1.0*الزلزال + 0.2*الثلج، أو 1.2*الميت + 1.6(الثلج، الحي (السقف)، أو المطر) + (1.0*الحي أو 0.5*الرياح).

الأحمال الهيكلية للطائرات

بالنسبة للطائرات، تُقسم الأحمال إلى فئتين رئيسيتين: أحمال الحد وأحمال التحمل القصوى. [ 11 ] أحمال الحد هي أقصى الأحمال التي يمكن أن يتحملها أي مكون أو هيكل بأمان. أما أحمال التحمل القصوى فهي أحمال الحد مضروبة في 1.5، أو النقطة التي يتجاوزها المكون أو الهيكل لينهار. [ 11 ] تُحدد أحمال العواصف إحصائيًا ، وتُقدمها جهات مثل إدارة الطيران الفيدرالية . أما أحمال التصادم، فتُحدد بشكل عام بقدرة الهياكل على تحمل تباطؤ الاصطدام الأرضي الشديد . [ 12 ] من الأحمال الأخرى التي قد تكون حرجة أحمال الضغط (للطائرات المضغوطة التي تحلق على ارتفاعات عالية) والأحمال الأرضية. قد تنشأ الأحمال على الأرض من الكبح غير المناسب أو المناورة أثناء السير على المدرج . تتعرض الطائرات باستمرار لأحمال دورية، وهذه الأحمال الدورية قد تُسبب إجهادًا للمعادن . [ 13 ]

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ ASCE/SEI 7-05 الحد الأدنى لأحمال التصميم للمباني والمنشآت الأخرى . الجمعية الأمريكية للمهندسين المدنيين. 2006. ص  1. ISBN 0-7844-0809-2.
  2. ↑ "1.5.3.1". يورو كود 0: أساس التصميم الإنشائي EN 1990. بروكسل: اللجنة الأوروبية للتوحيد القياسي. 2002.
  3. ↑ أفالون، إي. أ.؛ باوميستر، ت. (محرران). دليل مارك القياسي للمهندسين الميكانيكيين ( الطبعة العاشرة). ماكجرو هيل. الصفحات 11-42 . ISBN   0-07-004997-1.
  4. ↑ "2.2.1(1)". يورو كود 0: أساس التصميم الإنشائي EN 1990. بروكسل: اللجنة الأوروبية للتوحيد القياسي. 2002.
  5. ↑ "1604.2". قانون البناء الدولي . الولايات المتحدة الأمريكية: المجلس الدولي لقوانين البناء. 2000. ص 295. ISBN  1-892395-26-6.
  6. ↑ "2.2.5(ب)". الكود الأوروبي 0: أساس التصميم الإنشائي EN 1990. بروكسل: اللجنة الأوروبية للتوحيد القياسي. 2002.
  7. ^ راو، سينجيريسو س. (1992). التصميم القائم على الموثوقية . الولايات المتحدة الأمريكية: ماكجرو هيل. ص 214 – 227. ISBN  0-07-051192-6.
  8. ↑ قانون البناء الدولي لعام 2006 القسم 1602.1.
  9. ↑ الكود الأوروبي EN 1990 – أساس التصميم الإنشائي، القسم 4.1.1
  10. ↑ EN 1991-1-1 الكود الأوروبي 1: الأحمال على المنشآت - الجزء 1-1: الأحمال العامة - الكثافات، الوزن الذاتي، الأحمال المفروضة على المباني القسم 3.2
  11. 1 2 بروس ك. دونالدسون، تحليل هياكل الطائرات: مقدمة (كامبريدج؛ نيويورك: مطبعة جامعة كامبريدج، 2008)، ص 126
  12. ↑ الميكانيكا التجريبية: التطورات في التصميم والاختبار والتحليل ، المجلد 1، تحرير آي إم أليسون (روتردام، هولندا: دار نشر إيه إيه بالكيما، 1998)، ص 379
  13. ↑ بروس ك. دونالدسون، تحليل هياكل الطائرات: مقدمة (كامبريدج؛ نيويورك: مطبعة جامعة كامبريدج، 2008)، ص 129
  • لوبكيمان، كريس هـ.، ودونالد بيتينغ، "المحاضرة 17: الأحمال الأولية". جامعة أوريغون. 1996
  • فيسيت، بول، والمجلس الأمريكي للأخشاب. "فهم الأحمال واستخدام جداول الامتداد". 1997.أُرشف بتاريخ 6 مايو 2015 في أرشيف الإنترنت (Wayback Machine) .
  • دونهام، جون دبليو؛ بريك، غوتورم ن؛ طومسون، جورج ن. (19 ديسمبر 1952). الأحمال الحية على أرضيات المباني (ملف PDF) . تقرير مواد البناء والمنشآت رقم 133. واشنطن العاصمة: وزارة التجارة الأمريكية، المكتب الوطني للمعايير . تاريخ الاسترجاع: 28 فبراير 2026 .