يمكن أن يساعد جدول سعة التحميل لكمرة فولاذية على شكل I بعمق 8 بوصات المقيّمين الفنيين في تقييم خيارات الكمرات الأولية، لكن قيمه تعتمد على عوامل تتجاوز العمق الاسمي.
يؤثر طول البحر، وظروف الارتكاز، وتوزيع الأحمال، ودرجة الفولاذ، وخصائص المقطع، وحدود الترخيم، كلها في الأحمال المسموح بها. يشرح هذا الدليل الافتراضات التي تستند إليها الجداول الشائعة.
استخدم قيم الجدول للفحص الأولي، واستعن بمهندس إنشائي مؤهل للتحقق من التصميم النهائي وفقًا للأكواد المعمول بها ومتطلبات المشروع.
ما الذي يخبرك به فعليًا جدول سعة تحميل كمرة فولاذية على شكل I بعمق 8 بوصات؟
يربط جدول الأحمال مقطع كمرة محددًا وترتيب تحميل معينًا بأقصى حمل على بحر محدد. وهو ليس تصنيفًا عامًا صالحًا لكل الحالات.
للتقييم الفني، تتمثل الخطوة الأولى في تحديد ما إذا كان الجدول يعرض حملًا موزعًا بانتظام، أو حملًا مركزًا، أو رد فعل، أو كمية أخرى.
بعد ذلك، حدّد ما إذا كانت القيمة المدرجة تمثل حملًا عند مستوى الخدمة، أو حملًا مسموحًا به وفق طريقة محددة، أو مقاومة تصميمية مُعاملَة.
لا يمكن مقارنة هذه الكميات مباشرةً من دون التحقق من تراكيب الأحمال وطريقة التصميم. ولا يصلح جدول يفتقر إلى هذا السياق للاختيار النهائي.
يشير مصطلح «كمرة 8 بوصات» عمومًا إلى العمق الاسمي، وليس إلى مقطع إنشائي فريد. وقد تختلف خصائص مقطعين قريبين من هذا العمق اختلافًا كبيرًا.
فعلى سبيل المثال، يختلف المقطعان W8×18 وW8×31 في الوزن وخصائص المقطع. كما تعتمد سعة كل منهما على البحر والتقييد المتاح.
يوضح المثال التالي كيفية إعداد جدول للأحمال. والخصائص المفترضة فيه توضيحية، ولا تنطبق على مقطع تجاري بعينه.
جدول توضيحي للأحمال لكمرة بسيطة الارتكاز
يستخدم هذا المثال مقطعًا فولاذيًا افتراضيًا على شكل I متماثلًا حول المحورين، بخصائصه الواردة أدناه. تحقّق من خصائص المقطع الفعلية بالرجوع إلى دليل الشركة المصنّعة المعنية أو دليل الفولاذ.
- معامل المقطع المرن، Sx: 20.0 in³.
- عزم العطالة حول المحور الرئيسي، Ix: 80.0 in⁴.
- إجهاد خضوع الفولاذ، Fy: 50 ksi.
- معامل المرونة، E: 29,000 ksi.
- إجهاد الانحناء المسموح به للتوضيح: 0.66Fy، أي 33 ksi.
- حالة الارتكاز: بسيط الارتكاز، من دون مقاومة لعزم عند النهايات.
- التحميل: حمل خدمة موزع بانتظام على كامل البحر الصافي للتحليل.
- حد الترخيم: L/360 تحت حمل الخدمة الكلي نفسه.
- الجناح المضغوط: مقيّد باستمرار ضد الحركة الجانبية والالتواء.
يقارن الجدول بين حدود الانحناء والترخيم فقط. وقد قُرّبت القيم إلى الأسفل قليلًا، وهي تشمل الوزن الذاتي للكمرة ضمن الحمل الكلي الموزع بانتظام.
الكِب الواحد يساوي 1,000 رطل. عند بحر طوله 15 قدمًا، تمثل القيمة الأقل نحو 1,010 أرطال لكل قدم من إجمالي حمل الخدمة الموزع بانتظام.
إذا كان وزن الكمرة المختارة 25 رطلًا لكل قدم، فاطرح هذا الوزن قبل تخصيص نحو 985 رطلًا لكل قدم للأحمال الموزعة الأخرى.
لا يثبت هذا الطرح أن سعة الكمرة آمنة للمشروع. فلا تزال هناك فحوص لم تُجرَ للقص، والاستقرار، والتحمل، والوصلات، وسلوك المقطع الموضعي، ومتطلبات الكود المعمول به.
يفترض المثال أيضًا تطبيق حد L/360 نفسه على الحمل الكلي. وقد يحدد المشروع حدودًا مختلفة للترخيم الناتج عن الحمل الحي وللترخيم الكلي.
كيف تُحسب قيم الجدول؟
في كمرة بسيطة الارتكاز تحمل حملًا موزعًا بانتظام، يكون أقصى عزم انحناء wL²/8، حيث تمثل w الحمل لكل وحدة طول ويمثل L البحر.
حد عزم الانحناء التوضيحي هو 0.66FySx. وباستخدام الخصائص المفترضة، يساوي ذلك 660 kip-in، ما ينتج عنه حد انحناء قدره 4.40 kip/ft عند بحر طوله 10 أقدام.
بالنسبة إلى الكمرة والتحميل نفسيهما، يكون أقصى ترخيم مرن 5wL⁴/(384EIx). ويؤدي جعل هذا الترخيم مساويًا لـ L/360 إلى حدود الترخيم الواردة في الجدول.
استخدم وحدات متسقة عند تطبيق أي من المعادلتين. فعلى سبيل المثال، أجرِ الحساب بالبوصة والكِب وksi، ثم حوّل الحمل الناتج إلى كِب لكل قدم.
توضح هذه المعادلات سبب التأثير الكبير للبحر. إذ ينخفض الحمل الموزع المنتظم المحدد بالانحناء بمقدار يتناسب مع مربع البحر، بينما ينخفض الحمل المحدد بترخيم L/360 بمقدار يتناسب مع مكعب البحر.
لذلك، تؤدي مضاعفة البحر من 10 إلى 20 قدمًا إلى خفض حد الانحناء التوضيحي إلى الربع، وحد الترخيم إلى نحو الثُمن.
هذا الحساب مثال تعليمي للفحص الأولي، وليس تطبيقًا كاملًا لمعيار تصميم إنشائي. وتعتمد المقاومة الفعلية المسموح بها على فحوص إضافية للمقطع والاستقرار.
ما البحر وظروف الارتكاز التي ينبغي اعتمادها؟
تفترض الجداول عادةً وجود ارتكاز بسيط عند الطرفين. وبحر التحليل هو المسافة المستخدمة في النموذج الإنشائي، وغالبًا ما تكون بين محوري الارتكازين.
لا تستبدل تلقائيًا البحر الصافي بين الجدران بهذه المسافة. فقد تؤثر أبعاد التحمل، وهندسة الوصلات، ومعيار التصميم الحاكم في النموذج المناسب.
يمكن للكمرة البسيطة الارتكاز أن تدور عند نهايتيها، ولا تتولد فيها عمومًا عزوم نهايات في التحليل المثالي. وقد تتصرف الوصلات الفعلية على نحو مختلف.
تختلف أنماط العزم والترخيم في الكمرة ثابتة النهايات، والكمرة المستمرة، والكابول. ولا يمكن الحصول على سعاتها بمجرد إعادة تسمية هذا الجدول.
قد يؤدي الاستمرار فوق عدة ارتكازات إلى تقليل بعض عزوم البحور، لكنه يولّد عزومًا سالبة وردود أفعال عند الارتكازات ومتطلبات على الوصلات، وهي أمور تحتاج أيضًا إلى التحقق.
وبالمثل، يجب أن يقاوم الكابول العزم عند ارتكازه الثابت. وتُعد كفاية هذا الارتكاز ووصلته أمرًا أساسيًا للتحليل.
لإجراء مقارنة أولية، سجّل ترتيب الارتكاز الفعلي، وأطوال التحمل، وتفاصيل التقييد، وما إذا كانت البحور المجاورة توفر استمرارية إنشائية، قبل اختيار جدول.
كيف يؤثر توزيع الحمل في السعة؟
يتوزع الحمل الموزع بانتظام على طول البحر. وقد تمثل عوارض الأرضية الثانوية أو ألواح الأرضية هذه الحالة تقريبًا عندما تنقل الأحمال بانتظام.
يؤثر الحمل المركز على طول قصير، مثل رد فعل عمود أو ارتكاز معدات. وينتج عنه سلوك مختلف للعزم والترخيم.
بالنسبة إلى حمل منفرد P عند منتصف بحر كمرة بسيطة الارتكاز، يكون أقصى عزم PL/4 وأقصى ترخيم PL³/(48EIx).
باستخدام خصائص المثال عند بحر طوله 15 قدمًا، يحد الانحناء هذا الحمل المتمركز من نحو 14.66 kip؛ بينما يحده معيار L/360 من نحو 9.54 kip.
تخص هذه القيم الحمل المتمركز وحده. ويجب إدراج الوزن الذاتي للكمرة والأحمال الأخرى ضمن تحليل مركّب مناسب، لا تجاهلها.
يؤدي وضع الحمل بالقرب من أحد الارتكازات إلى تغيير توزيع ردود الأفعال وموضع العزم. كما تتطلب الأحمال النقطية المتعددة، والأحمال المتحركة، والأحمال الواقعة على جزء من البحر تحليلًا منفصلًا.
وقد تتسبب الأحمال النقطية أيضًا في انحناء موضعي للجناح، أو خضوع الج web، أو انبعاج الج web موضعيًا، أو فشل الوصلات. ولن يكشف حساب الانحناء العام وحده هذه الحالات.
لماذا تهم درجة الفولاذ وخصائص الكمرة؟
تؤثر درجة الفولاذ في المقاومة، لكن العمق الاسمي لا يحدد الدرجة أو أبعاد الجناح أو سُمك الج web أو معامل المقطع أو عزم العطالة.
في الانحناء المرن، يزيد معامل المقطع الأكبر عمومًا سعة العزم عندما تبقى العوامل الحاكمة الأخرى دون تغيير. وتعتمد مقاومة التصميم الفعلية على المعيار المعمول به.
يحدد عزم العطالة الترخيم المرن. ولا تؤدي زيادة مقاومة الخضوع وحدها إلى تقليل الترخيم بدرجة ملموسة إذا بقيت هندسة الكمرة ومعامل المرونة دون تغيير.
يكتسب هذا التمييز أهمية عندما يكون الترخيم هو العامل الحاكم في الجدول. فاستبدال الفولاذ بفولاذ أعلى مقاومة من دون تغيير المقطع قد يزيد المقاومة، لكنه لا يغير حالة الخدمة.
تؤثر أبعاد المقطع أيضًا في القص، والانبعاج الموضعي، وتفاصيل الوصلات، والسلوك الالتوائي. احصل على الخصائص المنشورة للمقطع والاتجاه المحددين اللذين يجري تقييمهما.
تحقّق مما إذا كان الانحناء حول المحور الرئيسي أو الثانوي. إذ يمكن أن تكون صلابة المقطع ومقاومته مختلفتين بدرجة كبيرة إذا دُوّر عن الاتجاه المفترض.
عند مقارنة منتجات ASTM وEN وJIS وGB، طابق الأبعاد وخصائص المواد والتفاوتات وقواعد التصميم، بدلًا من اعتبار الدرجات المتشابهة في التسمية متبادلة الاستخدام.
ما العوامل التي قد تخفض الحمل القابل للاستخدام؟
قد يؤدي الانبعاج الالتوائي الجانبي إلى خفض مقاومة الانحناء عندما لا يكون الجناح المضغوط مقيّدًا بما يكفي. ولا يوفر الأرضية أو السطح تقييدًا إلا إذا كانت تفاصيلهما تبرر هذا الافتراض.
تؤثر المسافة بين عناصر التدعيم، ومقاومة التدعيم، وموضع تطبيق الحمل، وتفاصيل الوصلات في الاستقرار. ويجب إثبات التقييد المستمر المفترض في المثال عمليًا.
قد يكون القص هو العامل الحاكم في البحور القصيرة أو مع الأحمال المركزة الثقيلة. كما يمكن لفتحات الج web، والقصّات، والتآكل أن تخفض المقاومة المتاحة أكثر.
تستدعي ظروف التحمل والارتكاز اهتمامًا منفصلًا. فقد تقاوم الكمرة عزم البحر المحسوب، بينما لا يستطيع ج webها أو مادتها الداعمة تحمل رد الفعل.
يجب أن تنقل الوصلات ردود الأفعال الرأسية وأي قوى جانبية أو محورية مطلوبة. وتحتاج البراغي واللحامات والصفائح والعناصر الداعمة إلى فحوص خاصة بها.
وقد تكون قابلية الاستخدام هي العامل الحاكم أيضًا بسبب الاهتزاز، أو حركة الأرضية، أو مواد التشطيب، أو محاذاة المعدات. ولا يعالج حساب L/360 هذه المتطلبات تلقائيًا.
في المنشآت القائمة، تحقّق من الأبعاد الفعلية، وحالة المواد، والتعديلات، ومسار انتقال الأحمال. ولا تفترض أن المخططات الأصلية تعكس السعة الحالية للكمرة.
كيف ينبغي للمقيّمين الفنيين مقارنة جداول الموردين؟
ابدأ بطلب التسمية الدقيقة للمقطع، ومعيار الأبعاد، ودرجة الفولاذ، وخصائص المقطع المنشورة. تحقّق مما إذا كانت القيم محسوبة حول المحور المقصود.
بعد ذلك، قارن تعريفات البحور وظروف الارتكاز. فالجداول المستندة إلى قيود مختلفة عند النهايات أو أطوال غير مدعمة لا يمكن مقارنتها مباشرةً، حتى لو كانت المقاطع متطابقة.
تحقّق بعناية من أساس الحمل: فالرطل لكل قدم وإجمالي الأرطال على امتداد البحر يصفان كميتين مختلفتين. وتأكد مما إذا كان الوزن الذاتي للكمرة مشمولًا.
حدّد طريقة التصميم وتراكيب الأحمال الحاكمة. ويجب عدم الخلط بين جداول المقاومة المسموح بها وجداول المقاومة المُعاملَة من دون إطار الكود ذي الصلة.
راجع معايير الترخيم وفئات الأحمال. فقد يسمح جدول يقتصر على ترخيم الحمل الحي بحمل كلي مختلف عن جدول يحدده ترخيم الحمل الكلي.
استفسر عما إذا كان الجدول يشمل فحوص القص، والانبعاج الالتوائي الجانبي، والتحمل، والوصلات. وعدم إدراج فحص ما لا يعني أن الحالة مقبولة.
أخيرًا، اطلب وثائق مواد قابلة للتتبع، وتحقّق من التوافر والتفاوتات وأطوال التسليم ومتطلبات التصنيع قبل استخدام مقطع مقترح في تخطيط المشتريات.
ما موضع الألواح الستارية ضمن حزمة مشتريات الفولاذ؟
تتطلب بعض المشاريع كمرات إنشائية وأنظمة استنادية معًا. وتؤدي هذه المنتجات وظائف إنشائية مختلفة، لذا ينبغي تقييمها وفق افتراضات تصميم منفصلة.
للجدران الاستنادية أو الحابسة للمياه، توفر Hongteng Fengda ألواح ستارية فولاذية مدرفلة على الساخن بتكوينات على شكل U، مع إمكانية مناقشة أطوال خاصة بالمشروع.
تشمل خيارات المواد المدرجة S275 وS355 وSY295 وSY390 وASTM A690. تحقّق من الدرجة والمقطع والتعشيق والمعيار المعمول به لكل طلب.
يتطلب تصميم الألواح الستارية أيضًا تقييم ضغوط التربة والمياه، وعمق الغرس، والتعشيقات، وظروف التنفيذ. ولا يتناول جدول أحمال كمرة I هذه العوامل.
قائمة التحقق النهائية قبل اختيار كمرة
العمق الاسمي البالغ 8 بوصات نقطة بداية، وليس سعة تحميل. اختر مقطعًا محددًا، ولا تستخدم قيم الجدول إلا إذا تطابقت افتراضاته مع الحالة.
وثّق البحر والارتكازات ونمط الأحمال والتقييد ودرجة الفولاذ والوزن الذاتي ومعايير الترخيم. وتعامل مع الافتراضات غير المحددة على أنها مسائل تصميم لم تُحسم.
استعن بمهندس إنشائي مؤهل للتحقق من المقاومة والاستقرار وقابلية الاستخدام والارتكازات والوصلات وفق الكود المعمول به، قبل اعتماد الكمرة للتنفيذ.
الرجاء إدخال ما ترغب في العثور عليه