يمكن القول إن الخرسانة هي أكثر مواد البناء استخدامًا في العالم. يتم إنتاجه من خليط من الأسمنت والرمل والحصى والماء من خلال عملية تعرف باسم تفاعل الإماهة. في حالتها الطازجة، يمكن صب الخرسانة في قوالب وأشكال مختلفة لتحقيق الشكل المطلوب. هذا هو أحد الأسباب التي تجعلها مادة بناء جذابة.
اقرأ: أنواع الخرسانة - ٢٥ نوعًا من الخرسانة المستخدمة في أعمال البناء
في حالتها الصلبة، تكون الخرسانة جيدة جدًا في الانضغاط (مقاومة الضغط)، ولكنها ضعيفة في الشد. من أجل زيادة هذا الضعف الملازم للخرسانة في الشد، عادة ما يتم إدخال حديد التسليح لتحمل إجهادات الشد. يُعرف أي هيكل مصنوع من حديد التسليح المدمج في الخرسانة لتشكيل مركب مقاوم للأحمال باسم هيكل خرساني مسلح. تُعرف عملية تحديد أحجام القطاعات للخرسانة ومساحة التسليح المطلوبة لضمان الأداء الجيد للهيكل تحت الحمل باسم تصميم الخرسانة المسلحة.
يكمن مفتاح الأداء الجيد للهياكل الخرسانية المسلحة في العمل التكميلي للخرسانة والفولاذ. يتم إبراز هذا الأداء المركب ولكن التكميلي في الجدول أدناه؛
من خلال النظر إلى الجدول أعلاه، يمكنك أن ترى أن جميع الخصائص المرغوبة المدرجة سيتم تحقيقها إذا تم الجمع بين المادتين. يهدف التصميم الإنشائي للهياكل الخرسانية المسلحة إلى الاستفادة من الخصائص المختلفة ولكن المكملة للخرسانة والفولاذ. فيما يلي بعض الافتراضات النظرية الأساسية التي يتم إجراؤها في التصميم؛
- مقاومة الخرسانة للشد هي صفر (هذا ليس صحيحًا من الناحية العملية، حيث تبلغ مقاومة الشد للخرسانة حوالي 10٪ من مقاومة الانضغاط، ولكن يتم تجاهل هذه القوة عادةً في تصميم حالة الحد النهائي).
- الرابطة بين الفولاذ والخرسانة مثالية
بناءً على هذه الافتراضات، يتم نقل جميع إجهادات الشد في الهيكل إلى التسليح أثناء التصميم. يتم نقل إجهادات الشد هذه عن طريق الرابطة بين الخرسانة والتسليح. يتطلب افتراض الرابطة المثالية أن الانفعال في التسليح مطابق للانفعال في الخرسانة (توافق الانفعال). علاوة على ذلك، فإن معاملات التمدد الحراري للحديد والخرسانة هي في حدود ١٠ × ١٠^-٦ لكل درجة مئوية و ٧-١٢ × ١٠^-٦ لكل درجة مئوية على التوالي. هذه القيم قريبة بدرجة كافية بحيث نادرًا ما تنشأ مشاكل الرابطة بسبب التمدد التفاضلي بين المادتين فوق نطاقات درجة الحرارة العادية.
عمليا، إذا كانت الرابطة بين التسليح والخرسانة غير كافية. سوف تنزلق قضبان التسليح داخل الخرسانة ولن يكون هناك عمل مركب. يتم ضمان الترابط الكافي من خلال تفصيل الهيكل بحيث يتم تثبيت التسليح بشكل صحيح في الخرسانة. قضبان التسليح مضلعة أو مشرشرة أيضًا من أجل تسهيل الترابط مع الخرسانة.
من الطبيعي أن يحدث التشقق في الخرسانة عندما تتعرض لإجهاد الشد أو الانحناء. ومع ذلك، فإن هذا التشقق لا يعني أن الهيكل غير آمن بشرط أن يتم تسليحه بشكل كافٍ بحيث يتم الحفاظ على عرض الشق أو الشرخ عند الحد الأدنى. إذا كان عرض الشق مفرطًا، فقد تكون هناك مشكلات تتعلق بإمكانية الخدمة و / أو المتانة (تآكل التسليح) في الهيكل.
علاوة على ذلك، عندما تتجاوز قوى الضغط أو القص قوة الخرسانة، يجب توفير حديد التسليح مرة أخرى لتكملة قدرة تحمل الأحمال للخرسانة. على سبيل المثال ، يُطلب تسليح الضغط بشكل عام في الأعمدة، حيث يأخذ شكل أشرطة عمودية متباعدة بالقرب من المحيط. لمنع هذه القضبان من التواء، يتم استخدام روابط فولاذية أو كانات للمساعدة في التقييد الذي توفره الخرسانة المحيطة.
للخرسانة المسلحة الكثير من التطبيقات في البناء، وقد تم تطبيقها في الكثير من الهياكل في جميع أنحاء العالم - الجسور ، والصناعات ، والمباني السكنية ، والمباني الشاهقة ، وحمامات السباحة ، والجدران الاستنادية ، والطرق السريعة (الرصف الصلب) وما إلى ذلك. تصميم أي هيكل من الخرسانة المسلحة يجب أن يبدأ بفهم سلوك الهيكل الذي سيتم تصميمه تحت تأثير الحمل. سيحتاج المصمم إلى تحديد مسار الحمل (كيف سيتم نقل الحمولة من البنية الفوقية إلى الأساس).
على سبيل المثال، لتصميم مبنى، يمكن تقسيم الهيكل إلى العناصر التالية. هذا ما يسمى بالترتيب العام للمبنى.
- البلاطات: عناصر أفقية مسطحة تحمل أوزان حية وميتة كالوزن الذاتي والتشطيبات
- الكمرات: عناصر أفقية تحمل البلاطات.
- الأعمدة: أعضاء رأسية تحمل حملاً محوريًا بشكل أساسي من الكمرات ولكنها تتعرض عمومًا للحمل المحوري والعزوم.
- الجدران: عناصر مسطحة رأسية تقاوم الأحمال الرأسية أو الجانبية أو داخل المستوى.
- القواعد والأساسات: منفصلة أو شريطية مدعومة مباشرة على الأرض وهي التي تنشر الأحمال من الأعمدة أو الجدران بحيث يمكن دعمها بالأرض دون هبوط مفرط. بدلاً من ذلك، قد يتم دعم القواعد على خوازيق.
اقرأ:
أنواع البلاطات الخرسانية - البناء والتكلفة والتطبيقات
الكمرات - ٢٥ نوعًا من الكمرات واستخداماتها في البناء
الأعمدة الخرسانية - التصنيف وأنماط الفشل وكيفية الاستلام في الموقع
أنواع أساسات المباني واستخداماتها وكيفية اختيار النوع المناسب
تبدأ معرفة تصميم الخرسانة المسلحة من معرفة كيفية تصميم العناصر المنفصلة المذكورة أعلاه. ومع ذلك، من المهم التعرف على وظيفة العنصر في الهيكل الكامل وأن الهيكل الكامل أو جزء منه يحتاج إلى التحليل من أجل الحصول على إجراءات التصميم.
من المتوقع أن يتبع المصممون كود أو قواعد ممارسة مقبولة بشكل عام في تصميمهم وتفاصيلهم. هذا لتمكين المهندسين الآخرين من إجراء فحص وفهم سريع للتصميم. بعض قواعد الممارسة أو الأكواد المستخدمة في تصميم الهياكل الخرسانية في جميع أنحاء العالم هي؛
EN 1992-1-1: 2004 - الكود الأوروبي 2: تصميم الهياكل الخرسانية - الجزء 1-1: القواعد والقواعد العامة للمباني (الاتحاد الأوروبي)
BS 8110-1: 1997 - تصميم الهياكل الخرسانية المسلحة - القواعد والقواعد العامة للمباني
ACI 318-19: متطلبات كود البناء للخرسانة الإنشائية الأمريكية
IS 456-2000: الخرسانة العادية والمسلحة - قواعد الممارسة (المعايير الهندية)
CSA A23.3: 2014 - تصميم الهياكل الخرسانية (جمعية المعايير الكندية)
AS 3600: 2018 - الهياكل الخرسانية (المعايير الأسترالية)