تصميم هياكل تروس الأنابيب الفولاذية الكبيرة

 

تصميم هياكل تروس الأنابيب الفولاذية الكبيرة

في الهياكل الفولاذية الكبيرة, كلما زاد تشتت نقاط الدعم للهيكل الفولاذي, كلما زادت القيود على التخطيط المستوي والجمع المكاني; على العكس من ذلك, كلما زاد تركيز نقاط الدعم للهيكل الفولاذي, كلما زادت المرونة. تحلل هذه المقالة أنواعًا مختلفة من الهياكل الفولاذية الكبيرة وتستكشف أنظمتها الهيكلية لتوفير رؤى وإلهام لأقرانها في هذا المجال.

2. الأشكال الهيكلية الرئيسية للهياكل الفولاذية الكبيرة

a. هيكل شل الشبكة

يُعرف هيكل الشبكة السطحية المنحنية بهيكل غلاف الشبكة, والتي يمكن تقسيمها إلى أغلفة شبكية أحادية الطبقة ومزدوجة الطبقة. تشتمل المواد المستخدمة في قذائف الشبكة على قذائف شبكية فولاذية, قذائف الشبكة الخشبية, وقذائف الشبكة الخرسانية المسلحة. تشمل الأشكال الهيكلية الرئيسية قذائف شبكية كروية, قذائف الشبكة الزائدية, قذائف الشبكة الأسطوانية, وقذائف الشبكة القطعية المكافئة.

تجمع هياكل القشرة الشبكية بين الخصائص الرئيسية لأنظمة القضبان وهياكل القشرة الرقيقة. القضبان بسيطة نسبيا, وتوزيع القوة معقول. لديهم صلابة عالية وقدرة تمتد, السماح بتجميع المكونات الصغيرة في مساحات كبيرة. يمكن تصنيع المكونات الصغيرة وعقد الاتصال مسبقًا في المصانع. التثبيت مريح ولا يتطلب آلات كبيرة, مما يجعل المؤشرات الاقتصادية الشاملة مواتية. الهياكل متعددة الاستخدامات في التصميم, استيعاب مجموعة متنوعة من المخططات المعمارية والأشكال المكانية وفقًا للاحتياجات الإبداعية.

ب. هيكل الإطار الفضائي

هيكل الإطار الفضائي هو هيكل مكاني يتكون من قضبان متعددة متصلة في العقد وفقًا لنمط هندسي معين. عندما تتشكل هذه الهياكل بطبقات مزدوجة أو متعددة, ويشار إليها باسم إطارات الفضاء. عادة ما تكون مصنوعة من أنابيب الصلب أو المواد الفولاذية المقطعية, وتشمل الأشكال الرئيسية:

1. إطارات الفضاء تتكون من أنظمة الجمالون المستوية.
2. إطارات فضائية مكونة من أهرامات رباعية الزوايا.
3. إطارات فضائية مكونة من أهرامات مثلثة.
4. إطارات فضائية مكونة من أهرامات سداسية.

الخصائص الرئيسية للأطر الفضائية هي العمل المكاني, مسارات نقل القوة البسيطة, وزن خفيف, صلابة عالية, الأداء الزلزالي الجيد, وسهولة البناء والتركيب. يمكن توحيد القضبان والعقد وتسويقها تجاريًا, السماح بالإنتاج الضخم في المصانع, مما يحسن كفاءة الإنتاج. التخطيط المستوي للإطارات الفضائية مرن, والسقف المسطح يفضي إلى تركيب السقف وإعداد المعدات. بالإضافة إلى ذلك, إطارات الفضاء ممتعة من الناحية الجمالية, وزن خفيف, وأنيقة, مما يجعلها مناسبة للتطبيقات المعمارية والزخرفية.

ج. هيكل الغشاء

الهياكل الغشائية, المعروف أيضا باسم هياكل النسيج, هي شكل جديد من البنية المكانية الكبيرة التي تم تطويرها في منتصف القرن العشرين. استخدام أقمشة مرنة عالية الأداء, ويدعم الغشاء ضغط الهواء الداخلي, أو عن طريق الكابلات الفولاذية المرنة أو الدعامات الصلبة, إنشاء غشاء مسبق الشد بصلابة معينة قادر على تغطية مساحات كبيرة. تشمل الأشكال الهيكلية الرئيسية الهياكل الغشائية المدعومة بالهواء, هياكل غشاء الشد, والهياكل الغشائية المدعومة بالإطار.

الخصائص الرئيسية لهياكل الغشاء هي خفيفة الوزن, مساحات كبيرة, الأشكال المعمارية المتنوعة, بناء مريح, اقتصاد جيد, سلامة عالية, انتقال جيد للضوء, وخصائص التنظيف الذاتي. لكن, متانتها سيئة نسبيا.

d. هيكل مثبت بالكابل

تستخدم الهياكل المثبتة بالكابلات كابلات الشد باعتبارها المكونات الرئيسية الحاملة, مرتبة في أنماط محددة. تتكون هياكل السقف المثبتة بالكابلات عادة من نظام الكابلات, نظام السقف, ونظام الدعم. وتشمل الأشكال الهيكلية الرئيسية:

1. الهياكل المثبتة بالكابلات أحادية الاتجاه.
2. هياكل شعاعية أحادية الطبقة مثبتة بالكابلات.
3. هياكل مثبتة بالكابلات أحادية الطبقة ثنائية الاتجاه.
4. هياكل مثبتة بالكابلات أحادية الاتجاه مزدوجة الطبقة ومثبتة بالكابلات.
5. الهياكل الشعاعية مسبقة الإجهاد المثبتة بالكابلات.
6. هياكل مثبتة بالكابلات ثنائية الاتجاه ومزدوجة الطبقة.
7. هياكل شبكة الكابلات سابقة الإجهاد.

تتضمن خصائص القوة للهياكل المثبتة بالكابلات مقاومة الأحمال الخارجية من خلال التوتر المحوري للكابلات, دون إنتاج عزم الانحناء وقوى القص. هذا يستخدم بشكل كامل قوة الفولاذ. الهياكل المثبتة بالكابلات متعددة الاستخدامات في الشكل, مرنة في الترتيب, وقابلة للتكيف مع التخطيطات المعمارية المختلفة. بسبب الوزن الخفيف للكابلات الفولاذية, هيكل السقف خفيف نسبيًا, والتركيب لا يتطلب معدات رفع كبيرة. لكن, تعد نظرية التحليل والتصميم للهياكل المثبتة بالكابلات أكثر تعقيدًا مقارنة بالهياكل التقليدية, الحد من تطبيقها على نطاق واسع.

ه. هيكل قذيفة رقيقة

غالبًا ما تكون الهياكل الصدفية في الهندسة المعمارية عبارة عن هياكل ذات قشرة رقيقة (يتم تعريفها تقنيًا على أنها قذائف ذات t/R ≥ 1/20). يمكن تصنيف الهياكل ذات القشرة الرقيقة حسب تكوين سطحها إلى قذائف دوارة وأصداف متعدية, وبواسطة مواد البناء في قذائف رقيقة من الخرسانة المسلحة, قذائف رقيقة من الطوب, قذائف رقيقة من الصلب, والمواد المركبة قذائف رقيقة.

تتمتع هياكل الصدفة بأداء حمل ممتاز, قادرة على تحمل أحمال كبيرة بسماكة قشرة رقيقة جدًا. تستمد قوة وصلابة هياكل الصدفة بشكل أساسي من شكلها الهندسي, الذي يستبدل قوى الانحناء الداخلية بالضغط المباشر, وبالتالي الاستفادة الكاملة من إمكانات المادة. كما, تعتبر الهياكل الصدفية شكلاً هيكليًا اقتصاديًا وعقلانيًا للغاية وذو قوة عالية, صلابة عالية, والكفاءة المادية.