تصف أبعاد العارضة الفولاذية شكل مقطعها العرضي: العمق الكلي، وعرض الجناح، وسماكة الجناح، وسماكة الج web. تؤثر هذه القياسات في كيفية تحمل العارضة للانحناء والقص، والمساحة التي تشغلها، وإمكانية وصل المكونات الأخرى بها. وقد تختلف طريقة أداء عارضتين لهما عمقان متقاربان اختلافًا كبيرًا إذا اختلفت نسب الجناح والج web بينهما.

تُقرأ الأبعاد إلى جانب تسمية المقطع ودرجة المادة والمعيار المعمول به. يحدد المقاس الاسمي المقطع، لكن الأبعاد الفعلية والتفاوتات وخصائص المقطع تُستمد من الجداول المنشورة ذات الصلة أو وثائق المنتج المعتمدة.

قراءة المقطع العرضي

تتكون العارضة الفولاذية النموذجية ذات المقطع I من جناحين يصل بينهما ج web. يشكل الجناحان الجزأين العلوي والسفلي للمقطع عند تركيب العارضة في اتجاهها المعتاد، أما الج web فهو الجزء الشبيه بالصفيحة الواقع بينهما. وترد أدناه الأبعاد الأربعة الأكثر استخدامًا لوصف هذا الشكل.

تختلف الرموز باختلاف المعايير والكتالوجات، لذلك غالبًا ما يكون الرسم المرفق أوضح دليل. كما أن الأبعاد وحدها لا تصف كل التفاصيل: فالمقاطع المدرفلة لها انتقالات مستديرة، أو أنصاف أقطار تقويس، عند التقاء الج web بالأجنحة. وبعض أنواع المقاطع لها أسطح أجنحة مائلة، ما يعني أن سماكة الجناح المحددة تكون قياسًا عند موضع معين، لا عند الحافة.

العمق: البعد الخارجي المؤثر في مقاومة الانحناء

يُقاس العمق الكلي من السطح الخارجي العلوي إلى السطح الخارجي السفلي. ومن السهل الخلط بينه وبين المسافة الصافية بين الجناحين، وهي أصغر لأنها لا تشمل سماكتيهما. كما تقلل أنصاف أقطار التقويس من مساحة الج web المسطحة المتاحة للوحة أو المسمار أو اللحام بالقرب من نقطة اتصال الجناح.

عند الانحناء حول المحور القوي لمقطع I تقليدي، تؤدي زيادة بُعد مادة الجناح عن المركز عمومًا إلى زيادة صلابة الانحناء ومقاومة المقطع للانحناء. ولهذا يمكن لمقطع أعمق أن يوفر صلابة أكبر دون زيادة متناسبة في الوزن. ولا يتحدد هذا التأثير بالعمق وحده؛ إذ تؤثر أيضًا مساحة الجناح وأبعاد الج web والهندسة الكاملة للمقطع العرضي.

للعمق الأكبر تبعات مادية. فقد تكون العارضة ملائمة من الناحية الإنشائية، لكنها لا تترك مساحة كافية فوق السقف أو أسفل الأرضية أو عند المرور عبر فتحة. ويؤثر العمق أيضًا في هندسة الوصلات الطرفية والمساحة المتاحة لتمديدات الخدمات حول العارضة. وإذا كان يجب تركيب العارضة داخل إطار قائم، فإن العمق الفعلي والتفاوت المسموح به أهم من التسمية الاسمية المقربة.

لا تكون العارضة الأعمق الخيار المناسب تلقائيًا لكل ظروف التحميل. إذ يؤثر طول الجزء غير المدعوم والتقييد الجانبي وتفاصيل الوصلات واتجاه الانحناء في أدائها. ويعتمد التصميم الإنشائي على خصائص المقطع ذات الصلة وظروف التحميل، لا على اختيار العمق وحده.

عرض الجناح وسماكته

عرض الجناح هو المسافة من إحدى الحافتين الخارجيتين للجناح إلى الأخرى. ويؤثر في المساحة المتاحة للارتكاز واللحام وصفائح الوصلات. كما يسهم في مقاومة الانحناء حول المحور الضعيف، حيث يكون لعرض الجناح أهمية خاصة.

ينبغي عدم اعتبار العرض مقياسًا مباشرًا للاستقرار الجانبي. قد تسهم الأجنحة الأعرض في زيادة الصلابة، لكن التقييد الجانبي وطول الجزء غير المدعوم وموضع التحميل تظل عوامل مؤثرة في قابلية العارضة للانبعاج الالتوائي الجانبي. ويوفر جدول المقاطع والتصميم الإنشائي الأساس لهذا التقييم.

سماكة الجناح تؤثر في مساحة المادة المتركزة بعيدًا عن مركز المقطع. ويمكن للأجنحة الأسمك أن تزيد مقاومة الانحناء، لكنها تضيف وزنًا وتغير تفاصيل الوصلات أيضًا. فعلى سبيل المثال، قد يلزم مراعاة سماكة الجناح الأكبر عند تحديد طول قبضة المسمار وإمكانية الوصول إلى الحواف وتجهيز اللحام.

عند مقارنة المقاطع، تحقق مما إذا كانت أسطح الأجنحة متوازية أم مائلة. فقد لا تتطابق قراءة القدمة ذات الورنية عند حافة جناح مائل مع السماكة الواردة في الجدول، حتى عندما تكون العارضة مطابقة للمواصفات. ويحدد موضع القياس المنصوص عليه في المعيار سبب هذا الاختلاف الظاهري.

سماكة الج web وعمقه الصافي

يصل الج web بين الجناحين ويتحمل جزءًا كبيرًا من القص الرأسي في العارضة عند التحميل الرأسي المعتاد. كما تؤثر سماكة الج web في السلوك الموضعي بالقرب من الأحمال المركزة والمساند والوصلات. وقد يتطلب الج web الرقيق تقييمًا أدق لاحتمال الانبعاج أو الخضوع الموضعي؛ ولا تلغي زيادة العمق الكلي للعارضة هذه الحاجة.

يكون ارتفاع الج web القابل للاستخدام أقل من العمق الكلي. ففي المقطع ذي الأجنحة المتوازية، يؤدي طرح سماكتي الجناحين إلى تحديد المسافة بين سطحيهما الداخليين، لكن المنطقة المسطحة أصغر من ذلك بسبب أنصاف أقطار التقويس. ويكتسب هذا الفرق أهمية عند تحديد مواقع ثقوب المسامير أو تركيب صفيحة وصلة. فقد تتداخل صفيحة صُممت على أساس العمق الداخلي المحسوب بالكامل مع الانتقالات المنحنية.

تُحدث فتحات الج web فرقًا إضافيًا. فكون الفتحة تتسع ماديًا بين الجناحين لا يعني بالضرورة أنها مقبولة إنشائيًا. يجب تقييم حجمها وموقعها بالنسبة إلى المساند والأحمال المركزة والفتحات الأخرى والوصلات. يؤدي قطع فتحة إلى تغيير المقطع العرضي الموضعي؛ لذلك لا تعود خصائص المقطع الأصلية الواردة في الجدول كافية لوصف ذلك الموضع.

المقاس الاسمي والأبعاد الفعلية والوزن

تسمية العارضة اختصار لمقطع موحد، وليست مجموعة كاملة من القياسات. ففي أحد الأنظمة، قد تجمع التسمية بين عمق تقريبي والكتلة لكل وحدة طول؛ بينما قد تستخدم أنظمة أخرى اسم سلسلة ومقاسًا اسميًا. والوحدات مهمة: فلا ينبغي مقارنة قيمة الكتلة لكل وحدة طول وقيمة الوزن لكل وحدة طول باعتبارهما رقمين متطابقين من دون تحويل.

قد يكون العمق الاسمي مقربًا، وقد تختلف الأعماق الفعلية وأبعاد الأجنحة والكتل لمقاطع تنتمي إلى سلسلة العمق الاسمي نفسها. وعلى العكس، قد تنتمي عارضتان لهما أعماق مقاسة متقاربة إلى عائلتين مختلفتين من المقاطع. لذا يجب قراءة التسمية بالرجوع إلى المعيار وجدول المقاطع الخاص به.

ترتبط الكتلة لكل وحدة طول بمساحة المقطع العرضي وكثافة المادة. وهي مفيدة في تقدير متطلبات المناولة والنقل، لكنها لا توضح كيفية توزيع المادة. فقد يتشابه مقطعان في الكتلة، مع اختلاف عمقهما ونسب أجنحتهما، ما يؤدي إلى اختلاف الصلابة والمقاومة حول كل محور.

الأبعاد المدرجة قيم اسمية تخضع لتفاوتات التصنيع. ولا يُعد الاختلاف المقاس عيبًا تلقائيًا، كما أن التقارب الظاهري للقياس لا يثبت وحده المطابقة. وتحدد أحكام التفاوتات ذات الصلة ونوع المقطع وطريقة القياس ما يُعد مقبولًا.

من الأبعاد إلى خصائص المقطع

تحوّل جداول العوارض هندسة المقطع العرضي إلى خصائص تُستخدم في الحسابات الإنشائية. وترتبط هذه الخصائص بالعمق والعرض والسماكة، لكنها ليست بدائل لهذه الأبعاد.

• مساحة المقطع العرضي تصف كمية المادة في المقطع، وتُستخدم مع الكثافة لحساب الكتلة لكل وحدة طول.
• عزم المساحة الثاني يصف كيفية توزيع المساحة حول محور. وبالاقتران مع معامل المرونة للمادة، يؤثر في صلابة الانحناء والانحراف.
• معامل المقطع يربط عزم الانحناء بإجهاد الانحناء المرن. وقد تورد الجداول أيضًا معامل المقطع اللدن لحسابات المقاومة التي ينطبق عليها ذلك.
• نصف قطر القصور الذاتي يربط توزيع المساحة بمساحة المقطع العرضي، ويفيد في حسابات الاستقرار.

لكل محور خصائصه. فالعارضة المثبتة وج webها رأسي لها محور قوي ومحور ضعيف؛ ويؤدي تدوير المقطع إلى تغيير الخصائص التي تقاوم اتجاه حمل معين. ولهذا لا تكفي قيمة العمق وحدها لتحديد قدرة الانحناء أو الانحراف.

درجة المادة منفصلة عن هندسة المقطع. فقد تكون لعارضتين بالأبعاد نفسها مقاومتا خضوع محددتان مختلفتان. وعلى العكس، لا تجعل درجة المقاومة الأعلى العارضة بالضرورة أكثر صلابة بشكل ملحوظ تحت الحمل نفسه: ففي العوارض ذات الهندسة نفسها، يتحدد الانحراف المرن بمعامل المرونة والتحميل وظروف الإسناد. فالمقاومة والصلابة فحصان تصميميان مختلفان.

قياس العارضة في الموقع أو الورشة

حدد المقطع واتجاهه أولًا، ثم قِس العمق الكلي وعرض الجناح عبر الأسطح الخارجية التي يمكن الوصول إليها. ويمكن استخدام مسطرة مستقيمة لتجاوز تفاوتات السطح الطفيفة عند قياس مقطع كبير. وبالنسبة إلى السماكات، استخدم قدمة ذات ورنية أو مقياس سماكة مناسبًا، وتجنب قياس الج web عبر تراكم الطلاء أو لحام أو تقويس الجناح.

سجّل موضع أخذ كل قراءة. وفي حالة الجناح المائل، اتبع موضع القياس المحدد لذلك المقطع. وبالنسبة إلى الج web، قِس على الجزء المسطح بعيدًا عن الوصلة المستديرة. قد يؤثر الطلاء السطحي والتآكل وقشور الدرفلة والتلف الموضعي في القراءات؛ لذا سجّل وجودها بدلًا من اعتبار قياس واحد تمثيلًا دقيقًا للفولاذ الأصلي.

الطول بُعد منفصل عن عمق المقطع العرضي. وعند تركيب العارضة، ميّز بين طول القطع الفعلي والبحر بين المساند؛ فقد يختلفان بسبب أطوال الارتكاز أو ترتيبات الوصلات. وبالمثل، لا تصف المسافة بين طرفي الجناحين الانحناء الطولي أو التقوس أو الالتواء على امتداد العنصر، إذ تتطلب هذه خصائص رصدًا منفصلًا.

عندما تدخل أبعاد الصفائح في التفاصيل

تُحدد صفائح الوصلات والتقوية بحسب سماكتها وعرضها وطولها، ثم تُركب وفق الهندسة الفعلية للعارضة. وتؤثر الخلوصات عند أنصاف أقطار التقويس وإمكانية الوصول إلى المسامير وحجم اللحام في الشكل النهائي للصفيحة. وقد لا يوفر الرسم الذي يحدد تسمية العارضة فقط معلومات كافية لتصنيع صفيحة تلائم الج web.

ينبغي أيضًا تحديد المادة على نحو مستقل عن الشكل. فعلى سبيل المثال، تُعد صفيحة الفولاذ المقاوم للصدأ 316L مادة صفيحة من الفولاذ المقاوم للصدأ؛ ولا تحدد سماكتها ومقاومتها للتآكل مقاس العارضة الإنشائية أو درجتها أو قدرتها على التحمل. وعند التقاء مواد مختلفة، يلزم النظر على نحو مستقل في تفاصيل الوصلة وظروف التعرض.

مقارنة المقاطع دون إساءة قراءة الأرقام

ابدأ بالتسمية الكاملة والمعيار، ثم قارن العمق الفعلي وعرض الجناح وسماكة الجناح والج web والكتلة لكل وحدة طول وخصائص المقطع ذات الصلة. وحافظ على ثبات محور التحميل طوال المقارنة. فقد يكون لتغيير يحسن أداء الانحناء حول المحور القوي تأثير مختلف في السلوك حول المحور الضعيف أو في مساحة الوصلات المتاحة.

لا يكفي لمقطع بديل أن يطابق العمق الأصلي وحده. فقد يؤثر عرض الجناح وسماكته في الوصلات المثبتة بالمسامير أو الملحومة، بينما يغير اختلاف سماكة الج web ملاءمة صفائح الج web وقد يؤثر في المقاومة الموضعية. كما يجب أن تتطابق الثقوب الموجودة وأسطح الارتكاز والخلوصات مع المقطع المقترح.

بالنسبة إلى مقطع جديد، ينبغي أن يوضح الرسم سلسلة العارضة ومقاسها ودرجتها ومعيارها المقصود بوضوح لا لبس فيه. وعندما تكون الملاءمة دقيقة، أدرج هندسة الوصلة والخلوصات المطلوبة بدلًا من الاعتماد على العمق الاسمي لتوضيح المساحة المتاحة.