شرح مبسط لتصميم الكمرات والأعمدة الخرسانية – خطوة بخطوة مع الأمثلة

35

شرح مبسط لتصميم الكمرات والأعمدة الخرسانية – خطوة بخطوة مع الأمثلة

مقدمة:

تصميم الكمرات والأعمدة الخرسانية من أهم المهام التي يقوم بها المهندس المدني في مراحل التصميم الإنشائي لأي مبنى. هذا المقال يقدم لك شرحًا مبسطًا وواضحًا لخطوات التصميم بداية من الأحمال وحتى التسليح، مرورًا بالتحقق من الإجهادات، طبقًا للكود المصري للخرسانة المسلحة.

---

أولًا: تصميم الكمرات الخرسانية (Beams)

---

1. تعريف الكمرة:

🔹 عنصر إنشائي أفقي ينقل الأحمال من البلاطات إلى الأعمدة.
🔹 يتم تصميمها لمقاومة العزوم والانحناء والقص.

---

2. أنواع الكمرات:

• كمرات بسيطة (Simply Supported)
• كمرات مستمرة (Continuous)
• كمرات كابولية (Cantilever)
• كمرات مدفونة (Hidden Beams)

---

3. خطوات تصميم الكمرة:

الخطوة 1: حساب الأحمال

• تشمل الحمل الميت (Dead Load) والحمل الحي (Live Load)
• تُحوّل إلى حمل موزع على الكمرة (kN/m)

الخطوة 2: حساب العزوم

• استخدام معادلات M = wL² / 8 للكمرة البسيطة
• أو التحليل باستخدام برامج مثل SAP وETABS

الخطوة 3: اختيار القطاع المبدئي

• اختيار عرض وعمق مناسب للكمرة
• النسبة التقريبية: العمق = البحر / 10 إلى 12

الخطوة 4: حساب التسليح الرئيسي

• باستخدام معادلة:
  Mu=0.87fyAszM_u = 0.87 f_y A_s zMu​=0.87fy​As​z
• إيجاد مساحة الحديد المطلوبة A_s

الخطوة 5: تحديد عدد وأسياخ الحديد

• اختيار القطر المناسب (عادة 12 أو 16 أو 20 مم)
• توزيع الحديد بالتساوي في الأسفل
• تحديد الكانات لمقاومة القص (Stirrups)

---

4. تفريد حديد التسليح للكمرة

• الحديد السفلي الرئيسي: في منتصف البحر
• الحديد العلوي الإضافي: فوق الركائز
• الكانات: توزع بمسافات لا تزيد عن 15 سم في مناطق القص العالي

---

ثانيًا: تصميم الأعمدة الخرسانية (Columns)

---

1. تعريف العمود:

🔹 عنصر رأسي ينقل الأحمال من الكمرات والبلاطات إلى القواعد.
🔹 يُصمم لتحمل قوى ضغط محورية، وأحيانًا عزوم وانبعاج.

---

2. أنواع الأعمدة:

• أعمدة قصيرة (Short)
• أعمدة طويلة (Slender)
• أعمدة دائرية / مربعة / مستطيلة
• أعمدة طرفية / داخلية / زاوية

---

3. خطوات تصميم العمود:

الخطوة 1: تحديد القوى المؤثرة

• نأخذ الحمل من البلاطات والكمرات
• نُراعي الأحمال الرأسية فقط أو مع عزوم

الخطوة 2: اختيار القطاع

• يبدأ بقطاع مبدئي مثل 25×50 سم
• التحقق من نسبة النحافة وطول العمود

الخطوة 3: حساب مساحة الحديد

• الكود يوصي بنسبة تسليح بين 0.8% إلى 6%
• يفضل استخدام 1% إلى 2.5%

الخطوة 4: توزيع الحديد الطولي

• اختيار عدد الأسياخ (8 أو أكثر)
• وضعها في الزوايا وتوزيعها بشكل متماثل

الخطوة 5: تصميم الكانات

• الكانات مغلقة بزاوية 135 درجة
• المسافات: 10 سم في الأطراف، 15–20 سم في الوسط
• تغطية الكانات بغطاء خرساني لا يقل عن 2.5 سم

---

4. التحقق من الانبعاج (Buckling)

• حساب نسبة النحافة SlendernessRatio=L/rSlenderness Ratio = L / rSlendernessRatio=L/r
• إذا زادت النسبة عن 12، يجب مراعاة تأثير الانبعاج في التصميم
• تعديل قيمة العزم المحسوبة بناءً على الحالة

---

5. مثال تطبيقي مبسط

عمود مستطيل 25×60 سم، طوله 3 م، عليه حمل محوري 1000 kN

1. نحسب مساحة القطاع = 1500 سم²
2. نحدد نسبة التسليح = 1% → A_s = 15 سم²
3. نستخدم أسياخ 16 مم → المساحة الفردية = 2.01 سم²
4. عدد الأسياخ = 15 / 2.01 ≈ 8 أسياخ
5. نستخدم كانات كل 15 سم بزاوية 135 درجة

---

نصائح هامة أثناء التصميم

• لا تقلل من أهمية الكانات في مقاومة القص والانبعاج.
• دائمًا تحقق من Cover الخرساني للحماية من الصدأ.
• احرص على تجانس توزيع الحديد وتقليل التركيز في مناطق معينة.
• راجع الكود المصري أو ACI دائمًا عند وجود تعارض.

---

خاتمة:

تصميم الكمرات والأعمدة مش بس أرقام ومعادلات، لكنه فهم لميكانيكا المنشأ وسلوك العناصر تحت الأحمال. المقال ده خلاك تمسك الموضوع من أوله لآخره، وخطوة بخطوة، تقدر تبدأ بنفسك تجربة تصميم واقعية وتفهم كل تفصيلة في الرسومات التنفيذية. خليك دايمًا راجع الكود، وخد بالك من التفاصيل.