تصميم الاعمدة الخرسانية

 

تصميم الاعمدة الخرسانية المسلحة Column Design

Reinforcement Concrete Column 

تستخدم الاعمدة الخرسانية المسلحة للابنية ذات ثلاث طوابق واكثر لعدم تحمل الجدران الحاملة (الطابوقية) للاحمال وعندما يكون البناء هيكلي فأن الجدران تكون (قواطع) اي ليست هي التي تحمل الاحمال.

 ان كلفة الاعمدة اعلى من باقي العناصر الانشائية للهيكل الخرساني كون النجار يطلب كلفة اعلى ولا يصب الا بالـ Pump او يدويا لنقل الكونكريت من العربة الى العمود مما يعني كادر عمل اضافي ولاتستخدم في بناء البيوت في العراق.

 

انواع الاعمدة

انواع الاعمدة الخرسانية حسب التسليح

من حيث التسليح تقسم الى:

1) الاعمدة المطوقة Tied العمود المربع او المستطيل او مضلع او حتى دائرة ، تسليح رئيسي و اطواق Ties

2) الاعمدة الحلزونية Spiral التسليح العرضي على شكل حلزون

 

- ان تحمل العمود ذي الرباط الاعتيادي Tied يساوي تقريبا 85% من من  تحمل العمود ذي التسليح العرضي الحلزوني Spiral وهما بنفس مساحة المقطع والتسليح الرئيسي كما ان الانهيار في الاعمدة بالتسليح الحلزوني لا يحدث فجائيا كما هو الحال في الاعمدة الاخرى.

 

انواع الاعمدة الخرسانية حسب الارتفاع

من حيث ارتفاع العمود الخرساني تقسم الى:

 

1) اعمدة قصيرة : نسبة طول العمود الى اقل بعد في مقطعه لا تزيد عن العشرة

2) اعمدة طويلة (النحيفة) : تزيد بها نسبة طول العمود الى اقل بعد في مقطعه على العشرة

 

تصميم الاعمدة الخرسانية Design 

- تكون المسافة بين الاعمدة عادة من 4 الى 6 متر

- توضع الاعمدة على استقامة واحدة بالاتجاهين

 

حساب الاحمال Load Calculations

 

حساب الاحمال الحية Live Loads

تحدد حسب نوع المبنى وبموجب الكود الامريكي مثلا 6 كيلو نيوتن / م2 

مساحة الحمل التي يحملها العمود حسب موقعه افقيا (وسطي ، ركن ، على الطرف) و عموديا (عدد الطوابق)

 

مثال: عمود وسطي في الطابق الارضي لبناية طابقين يتحمل العمود مساحة (4*4) = 16 م2 

الحمل الحي الكلي = مساحة الحمل * الحمل الحي للمتر المربع * عدد الطوابق

                       = 16 * 6 * 2 = 192 كيلو نيوتن / م2

حساب الاحمال الميتة Dead Loads

يشمل وزن السقوف والجسور والجدران والانهاءات والاعمدة التي يحملها العمود المراد تصميمه

مثال: الحمل الميت للسقف والجسور =  (مساحة الحمل * سمك السقف) + (حجم الجسور البارز) * كثافة الخرسانة * عدد الطوابق

                                     = [(16 * 0.2) + (8 * 0.4 * 0.5) ] * 24 * 2

                                     = 230.4 

يضاف لها 20% وزن الانهاءات = 276.48

و يضاف لها 10% وزن الاعمدة = 304.128

الحمل التصميمي الاقصى للعمود Pu

اذن الحمل التصميم الاقصى للعمود

 Pu = 1.2 D.L + 1.6 L.L

=       672 KN

 

الابعاد Dimensions

قبل البدْء بالتصميم الانشائي لتسليح الأعمدة الخرسانيّة يجب معرفة أبعاده أولاً، والتي تُحدَّدُ في الأغلب بشكل معماريّ، وفي حال كانت غير محددة فيتمّ فرضها

 

ان حديد التسليح يقاوم الضغط لغاية قوة اجهاده العظمى fy وأما الخرسانة فإنها تقاوم لغاية وصولها الى القوة التصميمية التي نحصل عليها بعد 28 يوم من صبها، وبالتالي وحتى نحصل على اتزان للعمود دون حدوث أي مشاكل له يجب علينا المساواة ما بين الضغط (الخارجي) القادم من الاحمال التي يتعرض لها العمود وما بين الضغط الذي يقاومه العمود (مقاومة حديد التسليح والخرسانة).

Pu = Pc + Ps

أن الضغط يساوي المساحة × الاجهاد وعليه فإن

الضغط الذي يتحمله الحديد هو مساحة حديد التسليح × اجهاد الحديد

Ps = As x fy

الضغط الذي تتحمله الخرسانة هو مساحة الخرسانة × اجهاد الخرسانة

مساحة الخرسانة وهي (مساحة مقطع العمود- مساحة الحديد)

Pc = (Ag-As) x fc

نعود للتعويض في معادلة الاتزان فنحصل على المعادلة

Pu = [(Ag-As) × fc + (As × fy)]

ونظراً لأن اجهاد الخرسانة الناتج من فحص العينات في المختبر والتي تتم معالجتها بطريقة تختلف عن الواقع التنفيذي لذلك فإنه وللامان يجب علينا اعتبار ان الاجهاد التنفيذ المقاوم للخرسانة أقل بـ 15% من الفعل  

ويتم تخفيض مقاومة العمود 20% تفادياً لاحتمالية وجود فراغات في الخرسانة أواحتمال وجود اختلاف في قوة عمود عن عمود اسفله أو أعلاه  

وأثناء التصميم فإننا نضع عامل أمان بحيث أننا نعتبر ان المقاومة التصميمية يجب ان تكون أقل من المقاومة الفعلية وفي الاعمدة خاصة بـ 30 % لتصبح المعادلة هي

Pu = 0.7× 0.8 × 0.85 × [(Ag-As) × fc + (As × fy)]

Pu = 0.8× 0.7 × [0.85 fc (Ag-As) + (As × fy)]

 نعوض في المعادلة بالقيم المعلومة و ( As = ρ Ag ) فنحصل على القيمة المطلوبة وهي مقطع العمود Ag

 

عرض الاعمدة عادة 30 سم اي اعرض من جدران الطابوق 24 سم اما طول مقطع العمود (40 الى 60 سم) غير محدد مثل العرض

 

في الابنية الهيكلية المتعددة الطوابق يكون ابعاد الاعمدة في الطابق الارضي (او السرداب) اكبر من ابعاد اعمدة الطوابق العليا لكون الاحمال المسلطة عليها اكبر (تراكمي لجميع الطوابق) في حين على سبيل المثال عمود الطابق الاخير يحمل احمال السطح فقط لذلك تعد الاعمدة من العناصر الانشائية المهمة والخطرة في حال حدوث فشل فيها قد يؤدي الى الانهيار

اما ارتفاع الاعمدة يكون اكثر من 3 متر لمراعاة تطبيق الارضيات او تنفيذ سقوف ثانوية

 

سمك الغطاء الخرساني Cover

حسب الكود الامريكي الجدول رقم (20.5.1.3.1) يكون 40 ملم (4 سم) ولحالات خاصة يكون اكثر من هذا لوقاية التسليح من التأثيرات المناخية.

مثال: 

تصميم عمود يتحمل أحمال 4240 KN

الفرضيات التي يأخذها المصمم بعين الاعتبار عند التصميم

Fc = 28 MPa

Fy = 420 MPa

 = 3%

Pu = 4240 KN

 

سنعوض بدل مساحة الحديد As بقيمة هي 0.03 من مساحة مقطع العمود Ag حتى يصبح عندنا مجهول واحد وليس اثنان 

As = 0.03 Ag

و نطبق المعادلة

Pu = 0.7 * 0.8 * 0.85 *[(Ag-As) x fc +As x fy]

بالتعويض بالمعادلة نجد :

Ag = 228,489 mm²

Column dimension = 40 x 60 cm

 

حديد التسليح الطولي Longitudinal Reinforcement

يتم تصميم العمود حسْب الأبعاد المفروضة (Ag)، عن طريق إيجاد كميّة التسليح، ثمّ خضوعه لعمليّة تدقيق وضبط، وفي حال كانت التصميمُ مطابقاً للضوابط، يتمّ اعتماده كتصميمٍ نهائيّ، أمّا في حال كان غيرَ مطابقٍ للضوابط، فيجب أنْ يُعادَ التصميمُ للحصول على الأبعاد المطلوبة.

تسلح الاعمدة بقضبان باتجاه طول العمود (Longitudinal Reinforcement) و تثبتها قضبان رباط اعتيادي اترية Tied  او حلزوني Spiral تحزم تسليح العمود وتمنع تفلطحه ، ويستمر التسليح على طول العمود مع اضافة تشكيل في الطرفين للربط مع الاسس في الاسفل (بالنسبة لاعمدة الطابق الارضي) و مع الاعمدة والجسور من الاعلى.

 

حسب الكود الامريكي ACI Code الفقرة (10.6.1.1) الخاصة بـ (Minimum and maximum longitudinal reinforcement) ان نسبة التسليح الرئيسي الى مساحة مقطع العمود تتراوح من 1% الى 8% 

 

مثال:

اذا كانت مساحة المقطع  (Ag) = 178,946 ملم² ونسبة حديد التسليح (ρ) = 1%

نفرض احد ابعاد العمود 30 سم و عليه يكون البعد الاخر هو 60 سم

Ag = 178,964 mm²

b = 300 mm

h = 600 mm

Ag = 300 ×600 = 180,000 mm²

As = 0.01 × 180,000 = 1,800 mm²

Assume using ∅16

 = 201 mm²

    (عدد زوجي صحيح)  = 10

Using 10∅16 mm

حسب الكود الامريكي ACI Code الفقرة (10.7.3.1) يجب ان لا يقل عدد القضبان (Longitudinal) عن اربعة للاعمدة ذات المقطع (rectangular) و لا تقل عن ستة قضبان للاعمدة الدائرية والرباط الحلزوني.

 

يراعى عند تداخل over lap الحديد الطولي مع حديد الدولات اسفل الاعمدة ان لا تتجاوز 4% لتجنب مشاكل التسوس او التعشيش.

 

الحلقات الرابطة الاترية او الكانات Tied

الحلقات الرابطة في الأعمدة (Tied) ، أو ما يُطلق عليها (الاتاري)، عبارة عن حلقات حديديّة تستخدم في تسليح الأعمدة الخراسانية، حيثُ توضعُ بشكل عرضيّ في التسليح الطوليّ (Longitudinal Reinforcement)، وتقلّلُ هذه الحلقات الطول الحرّ لقضبانِ التسليح الطوليّ، ممّا يؤدّي إلى تقليل الانبعاج (Buckling) تحت الضغط المسلّط، وبالتالي زيادة قوّةِ العمود على التحمّل، وتوضعُ هذه الحلقات حسْب شروط وضوابط الكود الامريكي الفقرة (25.7.2) الخاصة بـ (الاترية Ties)

 

اكبر مسافة مسموح بها بين الاطواق (الاترية  Ties)

حسب الكود الامريكي الفقرة (25.7.2.1) اكبر مسافة بين الاطواق (الاترية Ties) يجب ان لاتزيد عن 16 مرة بقدر قطر الحديد الطولي (التسليح الرئيسي) او 48 مرة بقدر قطر الحديد العرضي (الاترية) او اصغر بعد للعمود (ايهما اصغر) اي نختار الاصغر من بين هذه الشروط الثلاثة.

Spacing between ties

S = min = 16 dia longitudinal

             or 48 dia tie

             or least dimension=300mm

اصغر قطر مسموح به للأطواق  (الاترية Ties)

حسب الكود الامريكي الفقرة (25.7.2.2) اقل قطر مسموح للـ (Ties) هو Ø10 .

 

توزيع الاطواق داخل المقطع 

حسب الكود الامريكي الفقرة (25.7.2.3) توزيع الاطواق داخل المقطع يجب ان يحقق التالي:

- الحديد الطولي بالاركان يجب ان يحاط بالاطواق

- يجب ان لاتزيد المسافة من الجهتين للقضبان غير المطوقة عن 150ملم.

وتوضعُ الحلقات (الاترية) بالشكل التالي:

حصر كلّ قضيب تسليح طوليّ في زاوية من زوايا الحلقة. في حال وضع قضيبيْن متجاوريْن، يجب ربط أحدهما بزاويةِ الحلقة.

ألّا تتجاوزَ المسافة بين قضبان التسليح المحصورة في الحلقة عن 15 سم.

ألّا تزيدَ زاوية الحلقة الرابطة عن 135 درجةً.

 

ينص الكود الامريكي لسنة 2008 الفقرة (7.10.5.4) ان يكون اول اتاري بالعمود لا يتجاوز نصف مسافة باقي الاترية اي بمسافة (S/2)

 

تكثيف الاترية (الكانات) 

يتم تكثيف الاترية في اسفل واعلى الاعمدة للمتطلبات الزلزالية مثلا كل 10 سم في منطقة تعادل اقل من الثلث الاعلى والاسفل (اي بحدود 70 سم تقريبا) و في باقي وسط العمود كل 15 سم

 

مواضيع ذات صلة:

تصميم الاسس

تصميم الجسور (العتبات - الكمرات) الخرسانية

تصميم السقف الخرساني

Enable GingerCannot connect to Ginger Check your internet connection
or reload the browserDisable in this text fieldEditEdit in GingerEdit in Ginger×