هندسة مدنية وإنشائية

التصميم الإنشائي هو تحقيق هياكل الأبنية للمعايير الهندسية بما يضمن توازنها واستقرارها وعدم حدوث أي خلل إنشائي فيها سواء كان فشلًا كليًا أو أضرارًا جزئية، ويتم ذلك بتوظيف علوم الرياضيات والفيزياء والميكانيكا للتنبؤ بسلوك المنشآت عند استثمارها واتخاذ الإجراءات الفنية اللازمة لضمان سلامتها.

ينتج عن التصميم الإنشائي مخططات تحدد أنواع الركائز والأسقف ومواقع توزع الأعمدة والكمرات والجدران الاستنادية ورسوم تفصيلية لمقاطع هذه العناصر تحدد فيها أبعادها وسماكاتها وتوزع حديد التسليح ضمنها وقياساته.

فالتصميم الإنشائي يعني بناء الهيكل العظمي للمنشآت، ويبدأ المهندس الإنشائي عمله بعد أن يصمم المعماري المبنى ويرسم مساقطه الأفقية وواجهاته الخارجية ومنظوره الكامل.

تعد الهندسة المدنية أوسع الاختصاصات الهندسية، ومن فروعها الهندسة الإنشائية إلى جانب فروع أخرى مثل الهندسة الجيوتكنيكية وهندسة المساحة والري والنقل. لذا فالتصميم المدني يشمل جميع تفاصيل التصميم والإنشاء والصيانة والتدعيم لكل أنواع المنشآت الخرسانية والفولاذية مثل:

• المباني السكنية: المنازل والشقق والفلل والأبراج.
• المباني التجارية.
• المنشآت العامة: المدارس والجامعات والمستشفيات والطرق والجسور والأنفاق والسدود والمساجد والمطارات والموانئ..إلخ.

أما التصميم الإنشائي فيختص فقط بالجزء المتعلق بتحليل ودراسة سلوك المباني عند تعرضها للأحمال المتوقعة وتصميم عناصرها الهيكلية لتقاومها.

تهدف الدراسات الإنشائية إلى إنتاج تصميم قادر على تحمل القوى والأحمال وردود الأفعال بما يؤمّن للمبنى:

• السلامة الإنشائية طيلة فترة حياة المبنى، فعواقب فشل المنشآت وخيمة جدًا ومكلفة أيضًا.
• صلاحية تشغيل المبنى خلال العمر الافتراضي له دون حدوث تشققات مزعجة لمستثمره.
• التكلفة الاقتصادية المناسبة دون إفراط ولا تفريط.
• الحفاظ على الشكل الجمالي معماريًا دون وجود ما يعيق أو يربك استثماره.
• أداء المبنى لوظيفته التي أنشئ لها.

ويعدّ التصميم جيدًا عندما يحقق المعايير السابقة إضافة إلى إمكانية تنفيذه أي بتوفر المواد والمهندسين والعمال والتقنيات اللازمة لإنشاء المبنى وفق تصاميمه.

تجد على موقع خمسات عددًا من الخدمات المصغرة المتعلقة بالتصميمات المدنية والإنشائية وأجزائها فبعض الخدمات تتضمن رسم المخططات التنفيذية أو التفصيلية أو حساب الكميات، لذا فدقة بحثك على الموقع عن الخدمة التي تحتاجها تساعدك على تلبية متطلباتك كما يرضيك، اتبع التنويهات التالية ليكون لك ذلك:

• اجمع المعلومات الكافية حول المبنى الذي تريد إنجاز تصميمات مدنية وإنشائية له، مثل:
  • الموقع الجغرافي للمبنى وتقارير اختبارات التربة.
  • البيئة المحيطة بالمبنى أي سرعة الرياح وتغيرات درجة الحرارة والرطوبة والوضع الزلزالي في المنطقة.
  • ملف المخططات والتصاميم المعمارية للمبنى.
• ابحث عن الخدمة التي تتضمن تنفيذ التصميمات التي تريدها واطلع على:
  • شرح الخدمة وتفاصيلها.
  • مدة تنفيذ الخدمة.
  • سعر الخدمة وتكون عادة بالمساحات المراد تصميمها إنشائيًا.
  • صيغ الملفات التي ستستلمها بعد الشراء.
  • تطويرات الخدمة مثل:
    • عدد إضافي من الأمتار المربعة ضمن مساحة المبنى.
    • صيغ برمجية أخرى للمخططات.
    • جداول بكميات المواد اللازمة للتنفيذ أو أنواعها بصيغة pdf أو إكسل شيت.
    • خطط زمنية لمراحل تنفيذ المشروع.
    • قائمة بمتوسط التكاليف أو جدول التدفقات النقدية، وغير ذلك.
• ادخل إلى حساب مقدم الخدمة وانظر في ملفه الشخصي حول:
  • مؤهله العلمي وخبراته وأعماله.
  • آراء مشتري خدماته حول جودة الخدمة واحترافية المهندس الذي يقدمها.
• تواصل مع مقدم الخدمة التي وجدتها مناسبة وزوده بالمعلومات عن مشروعك وناقشه في نقاط تهمك أو تميز مشروعك حتى تصلا إلى اتفاق يرضيكما.
• اضغط على أضف إلى السلة واستكمل خطوات الشراء.

تصمم الهياكل الإنشائية وفق عدة أنظمة تختلف في طريقة نقل أحمال المبنى إلى أساساته ثم إلى التربة وأهمها نظام:

• الأعمدة والجوائز، فالأحمال تنتقل من البلاطات أي الأسقف في الطوابق المختلفة إلى الكمرات ثم الأعمدة.
• البلاطات والأعمدة وقد تكون البلاطات مسبقة الإجهاد.
• هيكل صلب Frames ويمكن تشبيهه بإطار مؤلف من أعمدة وجوائز معًا.
• الجدران الحاملة: النظام الأقل تكلفة والأسهل والأسرع تنفيذًا، يتميز بمتانته إلا أن إجراء تعديلات معمارية عليه صعب نسبيًا.
• الهياكل الفراغية وتستخدم في حالة الأحمال الكبيرة والفراغات الواسعة ومنها القشريات مثل قبب المساجد والمدرجات والمسارح.

يختار المهندس المصمم نوع النظام الإنشائي الأنسب لمشروعك وفق عدة عوامل:

• موقع المبنى وجغرافيته، ونوع التربة فيه.
• وظيفة المبنى وطريقة استخدامه.
• نوع مواد البناء وخصائصها مثل القوة والمتانة والمرونة واللدونة.
• التصميم المعماري وتوزيع عناصره وأهمها المسافات العظمى لأبعاده وتسمى بالبحور.

تقسم الأحمال على المباني إلى عدة أنواع ولكل منها اعتبارات مختلفة عند الدراسة مثل:

• أحمال رأسية وتضم:
  • الأحمال الحية وهي مؤقتة ومتغيرة ومنها نوعان:
    • متحركة مثل:
      • أوزان الأشخاص وتختلف في المباني السكنية عن المدارس وأماكن التجمعات.
      • الأمطار والثلوج وتختلف وفق طقس ومناخ موقع المبنى.
    • غير متحركة مثل أوزان قطع الأثاث والتجهيزات ومواد التخزين.
    • الأحمال الميتة: أي الثابتة وتضم الأوزان الذاتية لمواد البناء مثل الخرسانة والحديد والبلوك ويتم حسابها وفق أحجامها وأنواع موادها بطرق ومعادلات مخصصة.
  • أحمال أفقية وتشمل الرياح والزلازل وغيرها، وتعد دراسة أحمال الزلازل على المباني مجالًا واسعًا نظرًا لأهميتها وخصوصيتها.

• يصمم المبنى ليقاوم قوى الشد والضغط والقص والدوران والالتواء.
• يعتمد تصميم مقاطع العناصر الإنشائية على مقاومتها القوى التي سيتعرض لها المبنى وتضاف معامِلات أمان تتعلق بعدة عوامل مثل أهمية المبنى ووظيفته وموقعه.
• يعمل المصمم وفق أكواد وجداول تتضمن الإجهادات وأقطار حديد التسليح المناسب وتوزعه.
• تصمم المباني من الأعلى إلى الأسفل لتحمّل أسوأ السيناريوهات من الأحمال والزلازل.
• يفضل وجود طوابق متكررة متطابقة في التصاميم المعمارية والإنشائية.
• ينصح بتطابق توزيع الأعمدة في كل الطوابق.
• يتم التنسيق بين المهندسَين المعماري والإنشائي خلال مرحلة التصميم الإنشائي عند ظهور مشكلات تحتاج إلى تعديلات معمارية لتحقيق التكامل بين الشكل المعماري مثل عناصر الإضاءة وفتحات التهوية في الأسقف والجدران والواجهات مع التصميم الإنشائي، فمثلًا يضطر الإنشائي إلى وضع أعمدة في قاعة أرضية كبيرة، أو حديد تسليح في جدار صُممت فتحات فيه، فيتعاون الطرفان للوصول إلى مبنى آمن وأنيق ويؤدي وظيفته بكفاءة.

يعمل مهندس الإنشاءات في تصميمه وفق عدة خطوات:

• جمع المعلومات اللازمة لعمله.
• تحديد الكود المعتمد في التصميم، والكود هو مجموعة القوانين العلمية الهندسية التي تحكم عملية التصميم بما يوائم مناخ وظروف تنفيذ كل بلد، فهناك كود سعودي لتصميم وتنفيذ المنشآت الخرسانية المسلحة وكود مصري إضافة إلى الكود الأميركي والأوروبي وغيرها.
• تحليل المنشأة وتحديد القوى الداخلية والخارجية المؤثرة عليها.
• اعتماد النظام الإنشائي المناسب وهي المرحلة الأهم والأكثر خطورة وتحتاج إلى خبرة المهندس واحترافيته إذ يتم تحديد تكوين الهيكل بناء على فهم تأثيرات القوى التي يتعرض لها والتنبؤ بسلوكه.
• تصميم العناصر الإنشائية، أي:
  • سماكة البلاطات وفق نوعها فهناك عدة أنواع مثل البلاطات المصمتة باتجاه واحد أو باتجاهين أو بنظام الأعصاب وغير ذلك.
  • أبعاد الأعمدة والكمرات والأساسات.
  • مقاسات حديد التسليح وتوزعه.
• رسم المخططات العامة والتفصيلية.

يضم العمل بالتصميم المدني والإنشائي بيانات كثيرة ورسوم مختلفة وملفات إلكترونية وتستخدم العديد من الأدوات والبرامج الحديثة في عمليات التحليل والتصميم مثل:

• ساب SAP2000 أشهر البرامج لنمذجة وتحليل وتصميم الهياكل الخرسانية والمعدنية ويتميز بدقته وقدرته على التحليل الزلزالي الديناميكي.
• إيتابس ETABS لتصميم كل أنواع المباني الخرسانية وتحديد أحمالها وحساب كميات حديد التسليح في عناصرها.
• SAFE يستخدم في كل مراحل عمليات التصميم حتى إصدار الرسوم التفصيلية.
• Autodesk AutoCAD لإنشاء التصاميم ثنائية وثلاثية الأبعاد.
• CSI لتصميم كافة أنواع الأعمدة الخرسانية.
• Trimble Tekla Tedds للحسابات الهيكلية المتكررة وإصدار وثائق عنها.
• Staad pro يتم فيه إنشاء النماذج ثم إجراء الحسابات وإظهار النتائج والتحقق منها.
• ASDIP Structural لتصميم الهياكل البيتونية وعناصرها الإنشائية مثل الأعمدة والجدران والجوائز المستمرة.
• برامج أخرى مثل Revit وAutodesk Navisworks وCYPECAD وغيرها.