تشير أنظمة الهياكل للبحور الواسعة إلى النظم الفرعية في الهندسة الإنشائية التي تتحمل الأحمال وتدعم المباني أو الكائنات المختلفة.
ما هو النظام الإنشائي؟
شهدت العقود الستة الماضية تطوراً ملحوظاً في تكنولوجيا ومواد البناء، إضافة إلى التقدم السريع في تقنيات المحاكاة وبرامج النمذجة.
فتحت هذه الإنجازات أبواباً جديدة في مجالات العمارة والتشييد، مما مكّن المهندسين المعماريين من ابتكار تصاميم فريدة دون القلق الكبير من القيود الهيكلية.
في حال عدم توفر حل هيكلي، يمكن ابتكار حلول جديدة، وهذا ما يحدث بالفعل منذ عدة سنوات، حيث تتطلب التصاميم المعمارية غير التقليدية أنظمة هيكلية جديدة يتم تطويرها واختبارها.
عندما تنجح هذه الأنظمة كأولى من نوعها، فإنها تنضم إلى مجموعة الأنظمة الهيكلية القابلة للتطبيق. في هذه المقالة، نستعرض بعض الأنظمة الهيكلية غير التقليدية التي يمكن اعتمادها في مشاريع التصميم.
يمكن تعريف الأنظمة الإنشائية كالأتي: إنها عناصر البناء المصممة لتكون جزءاً من هيكل المبنى، إما لدعم المبنى بالكامل (أو هياكل مثل الجسور والأنفاق) أو جزء منه؛ لذا فإن الإطار الفولاذي يعد نظاماً هيكلياً يدعم المبنى وكل ما يحتويه.
أنواع النظام الإنشائي
الهياكل المستمرة
تشمل هذه الأنظمة الجدران الداعمة التي تنقل الأحمال الناتجة عن القوى إلى باطن الأرض من خلال الأسس. على سبيل المثال، توفر الأرضيات الخشبية للمباني التقليدية التي تتكون من الطوب الدعم للحد من انحراف الجدران.
يؤدي وضع الطوب بأسلوب رابطة إلى توزيع القوى بشكل متوازن داخل الجدار.
الهياكل المحاطة بإطار
يمكن استخدام المواد مثل الخشب والخرسانة المسلحة والصلب في إنشاء هياكل منتظمة تشمل العوارض والأعمدة، حيث تقوم العوارض بنقل الأحمال إلى الأعمدة، التي بدورها تنقل هذه الأحمال إلى التربة عبر الأسس.
تعمل الجدران الخارجية في هذه الهياكل كالألواح التي تربط الأعمدة، لا تتحمل الأحمال لكنها تحتاج إلى مقاومة قوى الرياح. يمكن تصنيعها من أي مواد تلبي المعايير المطلوبة.
عند وضعها خارج الإطار، تشكل الجدران جزءاً من غلاف المبنى, بينما عندما يتم تثبيتها على إطار فولاذي ثانوي، تشكل فجوة تهوية تعرف بشاشة المطر.
هياكل القشرة
تتكون هياكل القشرة من مواد رقيقة توزع الأحمال بشكل فعّال، مما يجعلها مناسبة للأماكن التي تتطلب مساحات داخلية خالية من الجدران أو الأعمدة. تستخدم في المكتبات والمسارح ومراكز الترفيه وغيرها.
يمكن أن تكون هياكل القشرة منحنية، مما يعزز من كفاءتها الهيكلية. مقارنة بالأسقف التقليدية، تحتاج هياكل القشرة إلى مواد أقل.
هياكل الشد
تختلف الهياكل التقليدية في أنها تعتمد على الوزن لاستقرارها، بينما تعتمد الهياكل الشد على التوتر. الجسر المعلق هو مثال شائع على هذه الهياكل.
الهياكل الغشائية
تقوم الهياكل الغشائية، مثل الخيام، بتشكيل مساحات محاطة بأغشية مشدودة تدعمها أقطاب من الفولاذ أو الألياف الزجاجية. هذه الأغشية تتوزع عليها القوى بواسطة كابلات مشدودة.
النظام الإنشائي الهيكلي في تشييد المباني
يشير النظام الإنشائي في البناء إلى الطريقة المستخدمة لتجميع عناصر الهيكل لضمان تحمل الأحمال بأمان ونقلها إلى الأرض.
تشمل الأنظمة الأساسية الجدار المحمل، والإطار، والغشاء والتعليق، وتنقسم إلى ثلاثة فئات: المباني منخفضة الارتفاع، الشاهقة، وطويلة المدى.
المباني منخفضة الارتفاع
تُعرَّف المباني منخفضة الارتفاع بأنها تلك التي تتكون من بضعة طوابق، وغالباً ما تكون أقل من 35 مترًا. تتضمن معظم هذه المباني وسائل الراحة مثل المصاعد والسلالم.
المباني الشاهقة
صُممت الأنظمة الهيكلية في المباني الشاهقة لتحمل الأحمال الرأسية والمناخية، ويعتبر تنظيم هذه الأنظمة دليلاً على سلسلة من العناصر التي تنظم الأحمال.
المباني طويلة المدى
تُعرَّف المباني طويلة المدى بأنها تلك التي تحتوي على مساحات خالية من الأعمدة يزيد طولها عن 30 متراً. تعتمد على أنظمة الشد والضغط المتطورة لتتوافق مع التصميم الهندسي.
