المنشآت الفراغية – المنشآت القشرية والجمالونات بالصور

في هذه المقالة وضحنا ما هي الانظمة الانشائية وأنواعها، ثم وضحنا ما هي المباني الهيكلية (المنشآت الهيكلية)، ثم وضحنا المنشآت الفراغية بالتفصيل، حيث وضحنا الكثير من المعلومات المهمة والتي منها ما هي المنشآت القشرية والجمالونات وما هي أنواعها؛ فهذه المقالة مهمة وأنصح بشدة بالإطلاع عليها.

ما هي الانظمة الانشائية؟

الانظمة الانشائية هي الجملة الإنشائية التي تنقل الأحمال المعرضة لها إلى أساسات المنشأة ثم إلى التربة من خلال العناصر الإنشائية مثل (البلاطات، الأعمدة، والكمرات) وذلك لضمان توازن واستقرار المبنى.

مقالة ذات صلة: الانظمة الانشائية – شرح النظم الانشائيه في العمارة
مقالة ذات صلة: الأساسات وأنواعها – الاساسات السطحية والاساسات العميقة

أنواع الانظمة الانشائية للمباني

تنقسم أنظمة المباني الإنشائية إلي ثلاثة أقسام هي:

1. نظم مباني الحوائط الحاملة.
2. نظم المباني الهيكلية.
3. نظم المباني الفراغية.

أنواع المباني الهيكلية (المنشآت الهيكلية)

يتم تنفيذ المنشآت الهيكلية من الخرسانة المسلحة أو من الصلب المغلف بالخرسانة وينقسم هذا النوع من المنشآت إلى عدة أقسام منها.

1. منشآت هيكلية بنظام الكمرة والعمود.
2. منشآت هيكلية بنظام الإطار الحامل.
3. منشآت هيكلية بنظام الجمالون. موضوع هذه المقالة

ما هي المنشآت القشرية والخفيفة (المنشآت الفراغية) Shell – Light Structure؟

كانت تغطية الفراغات ذات بحور كبيرة عقبة من العقبات الشديدة التي تواجه المهندس المعماري ومع التقدم المعماري أصبحت من أسهل وأسرع التغطيات التي يمكن استخدامها وتنفيذها، وتصمم بدون أعمدة داخلية حيث توجد أعمدة خارجية فقط على المحيط الخارجي للفراغ سواء كان على شكل مستطيل أو مربع، كما يمكن عمل إطارات تتصل فيها الأعمدة و الكمرات كجزء واحد، كما أن طبيعة هذه المنشآت أنها تتحمل الأحمال الكبيرة من أحمال حية و أحمال ميتة كما تسمح بالحصول على ارتفاعات كبيرة تصل إلى ١٠:٦ متر دون حدوث أي إنبعاج للأعمدة، ومن الأمثلة التطبيقية لهذه الفراغات وتصلح لاستخدامها:-

1. صالات الألعاب الرياضية ومدرجات الملاعب.
2. المساجد.
3. قاعات المحاضرات والمسارح.
4. صالات التدريس والمدرجات.
5. صالات المصانع والورش..

ومن الأساليب المتبعة في تغطية هذه الفراغات والي تتحدد حسب رؤية المعماري والبيئة المحيطة بالمشروع هي :

أولا:- الإطارات: (Frames)

1. وتستخدم في تغطية البحور الكبيرة التي قد تصل إلى ٢٠ متر.
2. لا يسمح فيها بتواجد الأعمدة الداخلية.
3. من الممكن جعل السقف منطبق مع الكمرات (GIRDER) من الأعلى ومن الأسفل.
4. المسافات البينية بين الإطارات من ٤ :٦ متر على امتداد الجانب الطويل.
5. عرض الإطار = ٣٠ – ٤٠ سم.
6. هياكل (FRAMES) عبارة عن مجموعة روافد أو أعمدة متصلة معاً اتصال قوى.
7. يمكن استخدام الهياكل (FRAMES) مع الكمرات (GIRDER) الأفقية في البحورمن ١٥:١٢م.
8. يمكن استخدام الهياكل (FRAMES ) مع الكمرات (GIRDER )المنكسرة في البحور من ١٥- ١٨م .
9. في حالة المنشآت القشرية ذات البحور أكبر من ٢٤م يتم استخدام الهياكل (FRAMES) مع الكمرات (GIRDER ) المنحنية مع وجود شدادت في الفراغات.
10. في حالة المنشآت القشرية ذات بحور تتراوح من ٢٤:١٨م يتم استخدام الهياكل (FRAMES ) مع الكمرات (GIRDER) المنحنية ولا تحتوي على شدادات في الفراغات.

مقالة ذات صلة: نظام الهياكل الإطارية – مميزات وأنواع النظم الإطارية بالصور

ثانيا:- الجمالونات (Trusses)

1. وهي عبارة عن أشكال هرمية أو مثلثية رأسها إلى أعلى أو إلى أسفل ومثبت عليها قضبان علوية وسفلية والتي تأتي بأشكال متنوعة لتوفير الإضاءة اللازمة.
2. ويتكون الجمالون (Trusses) من أعضاء (MEMBERS) مستقيمة أو قطرية مائلة في اتجاهين متعاكسين أو اتجاه موحد أو رأسية وتسمى (POSTS) .
3. وجميع الأعضاء (MEMBERS) تتقابل عند نقط الاتصال تسمى (PANEL JOINT). توثر عندها القوى وردود الأفعال.
4. الجمالون يتم تطبيقه في مجال الكباري التي تعترضها المجاري المائية.
5. المسافات البينية بين الجمالون (Trusses) تترأوح من ٦:٤ م أو حسب تصميم المنشأ على امتداد اجانب الطويل.
6. عرض الإطار = ٣٠- ٤٠سم.

ثالثا:- العقود (arches) 

1. تستخدم في البحور الواسعة الكبيرة قد تصل إلى ٣٥ م مع وجود شدادات.
2. يمكن جعل السقف منطبق مع دوران الكمرات (GIRDER ) أو منطبق على الشداد.
3. إذا كانت القوى العمودية في مقاطع العقد المماسية للمنحنى العقدي فان الكمرات (GIRDER) معرضة لقوة محورية مماسية ولا يتعرض للإجهادات.
4. الأعضاء المائلة والرأسية والأفقية تتعرض للإجهادات.
5. المسافات البينية بين العقود (arches) وبعضها ٧:٥ م على امتداد الجانب الطويل. ٦- عرض الإطار =٣٠ – ٤٠سم.

رابعا:- الفارانديل :- (vierendeel girder)

1. يشبه الجمالون (TRUSSES) في عناصره الإنشائية ولكن بدون الأعضاء المائلة DIAGONAL MEMBERS
2. جميع أعضاء المنشأ تتعرض للإجهادات.
3. تصلح لعمل صالات الحفلات .
4. يستخدم في تغطية الفراغات قد تصل إلى ٢٥ م.
5. يمكن جعل السقف منطبق مع الكمرات (GIRDERF) من أعلى ومن أسفل أو الإثنين معاً.
6. المسافات البينية بين كمرة الفرنديل (vierendeel girder) وبعضها من ٤- ٦ متر.

مقالة ذات صلة: الكمرات – شرح أنواع ووظائف الكمرات فى المبانى بالصور

خامسا:- المنشآت القشرية

المنشآت القشرية تصنف تحت نوع المنشآت الي تقاوم القوى بقشرتها الخارجية، وهي عبارة عن أسطح هندسية تحدد الفراغ داخلياً وخارجياً حسنت خواصها بحيث تستطيع تحمل الأحمال محللة للقوى الواقعة عليها إلى قوى الضغط والشد والقص، وهي عبارة عن قشرة رقيقة (من الخرسانة المسلحة في معظم الأحيان) ثم تشكيلها بحيث تكتسب هذه القشرة الرقيقة عزم قص ذاتي وذلك سواء بتطبيقها في صورة منشورية أو هرمية أو سواء بحديتها في اتجاه واحد أو بتشكيلها باستعمال راسم يدور حول محور دوران أو غيره من الأشكال الي لا يمكن تصنيفها تحت مسمى واحد، وتعد المنشآت القشرية من أحسن المنشآت الثابتة الدائمة الخرسانية، خفة في الوزن وتعبيرا عن المنشأ سواء من الداخل و من الخارج.

مقالة ذات صلة:الخرسانة: ما هي، مكوناتها، مراحل صناعتها، أنواعها، مواصفاتها

أنواع المنشآت القشرية

1. القبو القشري Shell Vault

عبارة عن قطاعات تشبه أشكال العقود التي ترتكز على دعامتين ولتدعيمه بجب وضع الكمرتين عند حافتي القبو لتتحمل قوة الرفس، ولا يقل سمك القشرة الخرسانية المسلحة عن 6.5 سم، ولتدعيم القبو القشري يلزم عمل التالي :

1. أن تنتهي كلا حافتي القبو بكمرتين لتقاوم قوى الرفس (LATERAL FORCE) الناتجة بالإضافة إلى عمل سمك مناسب للأعمدة الخارجية لمقأومة نفس القوى.
2. في حالة تشييد القبو من الخرسانة المسلحة فإنه يلزم أن لا تقل قشرية الخرسانة المسلحة عن  6.5 سم مع زيادة سماكتها عند الحواف. 

2. القبة القشرية – Dome Shell

• تستخدم القبة القشرية لتغطية البحور الواسعة دون الحاجة لوجود أعمدة داخلها ( مثل المساجد و صالات المعارض… إلخ).
• القبة يمكن أن تكون من الخرسانة أو المعدن أو الخشب.
• القبة الخرسانة يجب أن لا يقل سمك القشرة بها عن 6.5 سم.
• يمكن دراسة سطح القبة (DOME SURFACE) كسطح غشائي (MEMBRANE) عندما لا يزيد سمكه عن ٢% من نصف قطره بمعنى أن القوى المؤثرة عليه ستكون قوى الشد (TENSION) و قوى الضغط (COMPRESSION) الموحد خلال سمك سطح القبة، وعلى ذلك لا يوجد قوى للعزوم فيها، أما في حالة دعم هذه القبة غير المستمر على حوافها فإنه قد يحدث بعض العزوم (BENDING) في هذه المناطق.
• قوى الرياح التي تتعرض لها القبة الخرسانية لا تمثل خطورة لها و لكن قد يظهر تأثيرها عند تعرض القبة ذات الإطارات المعدنية أو الخشبية لها، ذلك بسبب وجود فرق بين السلوك الإنشائي للمواد المشيدة منها هذه القباب..
• الكمرة الدائرية (RING BEAM) تقع عند حافة القبة و تقوم بمهمة مقاومة قوى الرفس الأفقية حيث أن أكبر قوى شد تقع دائما عند حافة القبة، لذا لابد من أن يكون سمك الكمرة الدائرية مناسباً لمقاومة هذه القوى.
• ومن أهم دعائم القبة القشرية ما هو موضح بالشكل القادم.

انتقال الأحمال فى القباب القشرية

تنتقل الأحمال من مركز القبة إلى محيطها في اتجاه أنصاف الأقطار الكروية و لذا توضع كمرات محيطة تنتقل إليها الأحمال من سطح القبة و تنقلها بدورها إلى الأعمدة، و تكون وظيفة الكمرات المحيطية أيضا مقاومة أحمال (الضغط الداخلي) و التي تحاول فتح الكمرة للخارج.

أمثلة استخدامات الإنشاء القشري – المنشآت القشرية

1. مطار الملك فهد الدولي بالظهران – المملكة العربية السعودية

لقد استخدم الإنشاء القشري في تغطية مساحة ١٣٥× ٢٧٠م باستعمال قبوين متقاطعين، وروعي في التصميم تحقيق فراغات مفتوحة تتفق والمتطلبات الوظيفية للفراغ مع تداخل الفراغات الداخلية والخارجية.

2. مطار الملك خالد الدولي بالرياض – المملكة العربية السعودية

• أ. الصالة الملكية: استخدمت الوحدات القشرية سابقة التجهيز مثلثة الشكل حيث بلغ طول ضلعها 21.9م لتغطية الصالة الداخلية سداسية الشكل، ببحر إنشائي حوالي 43.8 م مع اختلاف مناسيب الوحدات لمراعاة الإضاءة والتهوية للفراغ الداخلي.
• ب. صالات القدوم والمغادرة: تم تغطيتها باستخدام نظام المنشآت القشرية بوحدات مثلثة الشكل طول ضلعها 24.00م وهو أكبر بحر نفذ بالصالة وقد شكل السقف بوحدات ركبت بمناسيب مختلفة، مع استخدام أحدث طرق التشييد سابقة التجهيز .
• ج. جامع المطار: صمم سقف جامع المطار بتنفيذ قبة مكونة من جمالونات حديدية كروية محمولة على أعمدة من الحديد حيث بلغ قطر القبة حوالي 33.00م واستخدمت الخرسانة المسلحة كوحدات قشرية للتغطية وقد اتبعت أحدث طرق التشييد المتطورة للوصول إلى أعلى جودة وسرعة إنجاز.

ما هي الشبكات الإطارية الفراغية  Space Frame Grid؟

• يستعمل هذا النظام لتغطية أسقف الفراغات ذات البحور الواسعة.
• الإطارات الهرمية (PYRAMID FRAMES) هي الوحدة النموذجية المكونة لهذا النظام حيث أنها ذات قطاعات معدنية خفيفة.
• لهذا النظام عدة أشكال تتضح برسم البعد الثالث للوحدة المكونة لها و يطلق عليها الأسماء التالية
• جمالونات فراغية SPACE TRUSSES
• منشآت اللاتس LATTICE STRUCTURE

• الجمالونات ذات الأبعاد الثلاثة THREE DIMENSIONAL TRUSSES كل عضو في الوحدة المكونة للإطار الفراغي تؤثر على قوتان إما بالشد (TENSION) أو بالضغط(TENSION) كما بالشكلين القادمين وذلك عند وجود قوى الإجهادات (STRESSES) المؤثرة على سطح الجمالون المستوى (PLANE TRUSS) إلى وصلاته (JOINTS).
• تشيد هذه الإطارات الفراغية من الخرسانة المسلحة أو الحديد أو الألمنيوم، و الأعضاء الموجودة بكل وحدة يتم تحديد قطرها الخارجي وسمك جدارها بالاعتماد على معرفة القوى المؤثرة عليها.
• يتم تحديد و حساب القوى المؤثرة على مثل هذه الإطارات الفراغية بطريقة التحليل الاستاتيكي أو بطريقة الرسم البياني ( بطريقة ماكسويل كريمونا ).
• و من أنواع الإطارات الفراغية إطارات الأبراج الفراغية أو الجمالونات المعزولة، وإطارات الأبراج الفراغية يمكن تكوينها من وحدة المثلث أو المربع أو السداسي.

ما هي الجمالونات التقليدية؟

استخدمت الجمالونات التقليدية على تنوعها ومنذ مراحل اكتشافها واستخدامها في مجال المنشآت المعمارية بنجاح في تشييد المشروعات الكبيرة ذات البحور الواسعة خاصة في تحقيق فراغات معمارية كبيرة وضخمة وتنقسم الجمالونات التقليدية من حيث التكوين الإنشائي المشكل للفراغ إلى جمالون مستوى وجمالون منحني وجمالون كروي وقد تنوعت وكثرة الأشكال والمسميات للتصنيفات الثلاثة السابقة ونستعرض أهم الأمثلة المعمارية لكل منها وخاصة ما ساهم في تحقيق بحور إنشائية لفراغات انتفاعية معمارية .

أ. جمالون مستوي

يكون التشكيل الإنشائي للتكوين الفراغي باستخدام جمالونات تقليدية تتخذ الشكل المستوي على المستوى الرأسي أو الأفقي ومنها بحر حر أعمدة على الأطراف إنشاء كابولي مفرد أو مزدوج بحر حر وكابولي مزدوج، واستخدم الجمالون المستوي بنجاح في التشكيل الإنشائي لسقف مشروع محطة السكة الحديد وكذلك قاعات مركز القاهرة الدولي للمؤتمرات ودار الأوبرا الجديدة فساهمت الجمالونات المستوية في تحقيق فكرا متنوعا ومتميزا لبحور إنشائية ذات فراغات انتفاعين مختلفة.

وباستخدام الجمالونات التقليدية المستوية والمرتكزة عند الأطراف  بحر حر FREE SPAN على اختلاف تصنيفاتها، أمكن تحقيق بحور إنشائية متنوعة ما بين كبيرة وضخمة، وبمزيد من التطوير الإنشائي للمادة أمكن التشكيل المطلوب للفراغات المعمارية وبدراسة حركة الإجهادات للتكوين الإنشائي باستخدام ( يحر حر وكابولي مزدوج)

ب. جمالون منحنى (Curved Truss (single curved Truss

ويكون التكوين الإنشائي للتشكيل الفراغي باستخدام التقليدية متخذه التشكيل المنحنى الفراغي سواء باستخدام جمالونات مفردة الإنحناء أو مزدوجة الإنحناء ومنها الشكل القادم.

وبالدراسة الإنشائية أمكن استخدام الجمالونات التقليدية لتكوين فراغات إنتفاعية تفي بالمتطلبات الوظيفية والاحتياجات المعمارية للفراغات المختلفة. فاتسمت الجمالونات بالمرونة في التشكيل الفراغي.

ج. جمالون كروي Spherical

يكون التشكيل بالجمالونات التقليدية متخذا التشكيل الكروي للتكوين الفراغي كما في القبة الجيوديسية GEODESIC DOME فقد استخدم الجمالون الكروي بنجاح كما في سقف جامع مطار الملك خالد – الرياض.

مرونة التشكيل المعماري للفراغات باستخدام وحدات مديولية متكررة (نظرية التوحد القياسي) إمكانيات إنشائية متطورة للتكوين الفراغي الكبيرة LARGE SPAN باستخدام الجمالونات الحديدية التقليدية والشكل القادم يبين بعض الأشكال المتعددة للمنشآت الفراغية.

انت الآن صديقى القارئ، بعد قراءة هذه المقالة والمقالات المرتبطة بها قد تعرفت على النظم الإنشائية فى تغطيات البحور الواسعة.

فى النهاية آخر نقطة انت من ستضيفها فى التعليقات، شارك غيرك ولا تقرأ وترحل.