الأفعال والأحمال
في الهندسة الإنشائية، تُنظَّم الأحمال في أفعال — مجموعات تمثل طبيعة ومصدر القوى المؤثرة على الهيكل. لكل فعل خصائص محددة من حيث الحجم والاتجاه والمدة واحتمال الحدوث. فهم الأفعال ضروري لتراكيب صحيحة وتصميم آمن.
الوزن الذاتي — PP
وزن الهيكل نفسه: مقاطع فولاذية، وصلات، براغي، طلاء، حماية من الحريق. هذا فعل دائم — موجود دائمًا، بحجم واتجاه معروفين (دائمًا عمودي، لأسفل). يحسب CalcSteel الوزن الذاتي تلقائيًا بناءً على مساحة المقطع العرضي وكثافة الفولاذ (7850 كجم/م³).
صيغة
PP = γ × A × L
حيث γ = 78.5 كيلو نيوتن/م³ (كثافة الفولاذ)، A = مساحة المقطع العرضي (م²)، L = طول العنصر (م).
في CalcSteel
يُحسب الوزن الذاتي تلقائيًا عند تشغيل التحليل. لا حاجة لإدخال يدوي — يقرأ المحرك المقطع وطول كل عنصر لتوليد الحمل الثقلي الموزع.
أسهم الوزن الذاتي المولدة تلقائيًا بواسطة CalcSteel على كل عقدة، تمثل الحمل الجاذبي لكل شريط.
حمل دائم إضافي — CP
أحمال دائمة إضافية بخلاف الوزن الذاتي: تسقيف، مدادات، كسوة جانبية، معدات ميكانيكية، قواطع ثابتة، أسقف معلقة، أنابيب. يعرّفها المستخدم كأحمال موزعة (كيلو نيوتن/م) أو أحمال مساحية (كيلو نيوتن/م²).
أوزان التسقيف النموذجية
0.10 kN/m²فولاذي (شبه منحرف)
0.15 kN/m²عازل حراري صوتي
0.65 kN/m²بلاط سيراميك
0.60 kN/m²شينغل + OSB
أحمال دائمة أخرى
- مدادات: 0.05 – 0.15 كيلو نيوتن/م²
- سقف معلق + خدمات: 0.15 – 0.50 كيلو نيوتن/م²
حمل حي (متغير) — SC
أحمال متغيرة من الإشغال والاستخدام: أشخاص، أثاث، مواد مخزنة، مركبات. يعتمد الحجم على استخدام المبنى وتحدده المعايير.
القيم النموذجية
- أسقف غير متاحة: 0.50 كيلو نيوتن/م² (NBR 6120) / 0.50 كيلو نيوتن/م² (Eurocode)
- مكاتب: 2.0 – 3.0 كيلو نيوتن/م²
- مستودعات / تخزين: 5.0 – 15.0 كيلو نيوتن/م²
- صيانة السقف: 1.0 كيلو نيوتن مركز
رياح — W
تولد الرياح ضغطًا (موجبًا) وشفطًا (سالبًا) على الأسطح. يعتمد الحجم على سرعة الرياح (V0) والعوامل الطبوغرافية وهندسة المبنى والمعاملات الديناميكية الهوائية.
الضغط الديناميكي للرياح
q = 0.613 × Vk²
حيث Vk = V0 × S1 × S2 × S3 (السرعة المميزة بـ م/ث)، q بوحدة نيوتن/م². المعايير: NBR 6123 (البرازيل)، EN 1991-1-4 (Eurocode)، ASCE 7 (الولايات المتحدة).
ضغط (مواجه للريح)
الرياح تدفع ضد الوجه المواجه للريح. معامل موجب (Cpe > 0). يخلق ضغطًا على الوجه ويزيد الحمل الجانبي الكلي.
شفط (خلف الريح)
الرياح تسحب الوجه الخلفي والسقف. معامل سالب (Cpe < 0). يمكن أن يرفع الأسقف ويعكس ردود فعل المساند.
⚠ حرج للهياكل المعدنية الخفيفة
يمكن لشفط السقف أن يتجاوز الوزن الذاتي، مسببًا الاقتلاع. تحقق دائمًا من مسامير التثبيت والوصلات لمقاومة الرفع.
حرارة — T
تسبب تغيرات الحرارة تمددًا/انكماشًا حراريًا في العناصر الفولاذية. للهياكل الطويلة (>40م)، يمكن أن تولد التأثيرات الحرارية قوى داخلية كبيرة إذا كان الهيكل مقيدًا.
المعامل الحراري
α = 12 × 10⁻⁶ /°C (steel)
كمرة بطول 30م مع ΔT=40°C تتمدد 14.4مم. إذا كانت مقيدة، تولد قوة محورية N = E × A × α × ΔT.
زلزال — E
قوى قصورية ناتجة عن الزلازل. تنطبق في المناطق الزلزالية وتحكمها معايير محددة (NBR 15421، EN 1998، ASCE 7).
تراكيب الأحمال
تتطلب معايير التصميم أن تُجمع أحمال من أفعال مختلفة باستخدام معاملات أمان جزئية (γ) ومعاملات تركيب (ψ). الهدف هو إيجاد القوة الداخلية الأكثر ضررًا في كل مقطع من الهيكل.
حالة الحد الأقصى (ELU)
Sd = γg × PP + γg × CP + γq × ψ₀ × SC + γq × ψ₀ × W + ...
تتحقق من السلامة الإنشائية (المقاومة، الاستقرار). تستخدم أحمالًا مضخمة بمعاملات أمان جزئية.
حالة حد الخدمة (ELS)
Sd = PP + CP + ψ₁ × SC + ψ₁ × W + ...
تتحقق من الانحرافات والاهتزازات والراحة. تستخدم أحمالًا غير مُعاملة أو مُعاملة جزئيًا. حدود الانحراف: L/250 (إجمالي)، L/350 (حمل حي).
في CalcSteel
يولد CalcSteel تلقائيًا جميع تراكيب الأحمال المطلوبة بواسطة المعيار المختار (NBR 8800، Eurocode 3، AISC 360). أنت تحدد الأفعال وتعين الأحمال — المحرك يتولى التوافقية والغلاف.
معاملات الأمان الجزئية (γ)
هذه هي معاملات تضخيم الأحمال المستخدمة في تراكيب ELU. تختلف القيم حسب المعيار:
| الفعل | NBR 8800 | Eurocode 3 | AISC 360 |
|---|---|---|---|
| دائم (PP+CP) | 1.25 / 1.00 | 1.35 / 1.00 | 1.20 / 0.90 |
| متغير (SC) | 1.50 | 1.50 | 1.60 |
| رياح (W) | 1.40 | 1.50 | 1.00 |