تحليل المنشات بتأثير الأفعال الحرارية
عندما تتعرض المنشات لفروقات حرارية فان العناصر الانشائية تخضع لاجهادات
داخلية قد تفوق في بعض الابنية الاجهادات الناجمة عن الحمولات الميتة او الحية .
وتشترط معظم الكودات دراسة المباني على تأثيرات الحرارة خاصة التي تزيد
ابعادها في المسقط الافقي عن حدود معينة .
وتقسم المنشات من حيث التمدد والتقلص بفعل الإجهادات الحرارية الى منشات
ذات سطوح حرة ( غير مقيدة ) لا تتأثر بتغيرات الحرارة . واخرى مقيدة تتأثر بتغيرات
الحرارة .
التغيرات الحرارية التصميمية تقسم الى تغيرات طبيعية ناجمة عن الجو الخارجي
وصناعية ناجمة عن استثمار المبنى .
1-
تأثير الحرارة الطبيعية ( من الجو الخارجي )
:
تحسب الإجهادات الحرارية الناجمة
عن الجو الخارجي في المنشات صغىرة الكتلة ذات السطوح الخارجية مقيدة التشوهات
والمنفذة في الهواء الطلق ، بدلالة
الانفعال ( ct ε )الناتج عن التغير او الفارق الحراري الاعظمي (tΔ ± )خلال سنة كاملة . ويعطى الانفعال المذكور بالعلاقة التالية :
tΔ . tα = ct ε
حيث tα : معامل
التمدد الحراري ويساوي في الخرسانة ( 10^-5 ) للدرجة المئوية الواحدة
( أي 0.00001
m للمتر الطولي من العنصر لكل درجة مئوية واحدة .
2- تأثير الحرارة
الصناعية :
يحسب تأثير الحرارة
الصناعية في المنشات المختلفة عموما بالاعتماد على معامل التمدد الحراري للخرسانة ( 1x10^-5= tα ).وفي المنشات ذات العناصر كبيرة السماكة ، والمعرضة لتغيرات الحرارة
الصناعية على الوجهين ، يؤخذ المعامل المذكور لقياس انفعال التمدد الحراري المختلف
على هذين الوجهين حيث يؤدي الى دوران
المقطع ، ومن ثم يتم حساب عزم الانعطاف بالاستناد الى ذلك .
التشوهات
الناجمة عن التقلص ( او الانكماش ) :
يمكن اعتبار التقلص (
الانكماش ) كانفعال منتظم يؤدي الى تقصير اطوال العناصر وبالتالي يولد في المنشات
مقيدة التشوهات اجهادات محورية .
الحرارة التصميمية :
عندما يدرس تأثير
التقلص كحالة مستقلة فيجب ان يؤخذ تأثيرا مكافئا لانخفاض في درجة الحرارة بمقدار (
10 ) درجات مئوية .
وعند دراسة الابنية
الخرسانية على تأثيرات الحرارة فيجب دمج تحميل التغيرات الحرارية ( ارتفاع وانخفاض
الحرارة ) مع حالة تحميل تقلص الخرسانة . ويشترط الكود السوري بان تتم الدراسة وفق
التغيرات الحرارية المذكورة في الجدول التالي :
|
قيم
( tΔ )
بحسب حالة التحميل الحرارية
|
|||
|
رطوبة المناخ
|
حالة التغيرات الحرارية
|
حالة التغيرات الحرارية مع انكماش
الخرسانة
|
|
|
منطقة عالية الرطوبة
|
±15
c°
|
+5
c°
|
-25
c°
|
|
منطقة رطبة
|
±20
c°
|
+10
c°
|
-30
c°
|
|
منطقة متةسطة الرطوبة
|
±25
c°
|
+10
c°
|
-35
c°
|
|
منطقة جافة
|
±30
c°
|
+10
c°
|
-45
c°
|
وعند دراسة المنشات
غير الخرسانية تؤخذ التغيرات الحرارية بالارتفاع والانخفاض كحالات تحميل مستقلة مع
اعتماد قيم هذه التغيرات وفق الجدول اعلاه .
يسمح الكود السوري في
المنشات مقيدة التشوهات والتي يمكن ان تتعرض للتمدد والتقلص معا ، بتخفيض الحرارة
التصميمية بما يعادل ( 10 ) درجات مئوية حين اعتماد
حاصل تجميع حالات التحميل الناتجة عن الحالتين المذكورتين .
تعتمد في كل ماسبق
التغيرات الحرارية المنتظمة في كامل مقاطع العناصر .
اما بالنسبة للابنية
المكيفة بالتدفئة او التبريد ، فيجب دراسة حالة تحميل اضافية ناتجة عن اختلاف درجة
الحرارة بين داخل وخارج المبنى .ويؤخذ ذلك بشكل تغير خطي من ( +10) درجات مئوية في الخارج الى ( -10) درجات مئوية في الداخل . كما تؤخذ حالة
تحميل اخرى لتغير خطي . ويتم تركيب حالتي
التحميل المذكورتين ( او جمع التأثيرات ) مع حالات التحميل الحرارية الاخرى .
هذا ويجب دراسة حالة
تحميل حرارية اضافية في المنشات الخاصة التي تتعرض لتأثيرات حرارية كبيرة بين الدا
خل والخارج كالمداخن وبرادات التخزين وغيرها .
مفهوم
التغير الحراري :
التغير الحراري هو
الفارق في درجات الحرارة عن الوضع التصميمي. وهو يمثل وسطي فرق الحرارة لكل سطح
داخلي او خارجي عن الوضع التصميمي .
فالتغير الحراري في
العنصر الانشائي الذي يقع ضمن احدى الواجهات او ضمن السطح الاخير من منشأ
خارج المبنى
عنصر انشائي خارجي في مبنى فارق الحرارة الخارجية (co) عن الوضع التصميمي
الحرارة التصميمية ( cd ) فارق الحرارة الداخلية ((ci عن الوضع التصميمي
داخل المبنى
بفرض ان الحرارة التصميمية ) °cd=+15 ) ،
وان فارق
الحرارة الخارجية عن الوضع التصميمي (co=+30° ) . و فارق الحرارة الداخلية عن الوضع التصميمي (ci =+10° )
، يكون التغير الحراري :
= (30+10)/2 = 20° Δt = ( co+ci)/2
مفهوم التدرج الحراري :
التدرج الحراري هو الفرق بين
حرارة الخارج و حرارة الداخل دون أخذ الحرارة التصميمية بالاعتبار
.
خارج المبنى
عنصر انشائي خارجي في مبنى الحرارة
الخارجية ( co)
الحرارة الداخلية ( ci )
داخل المبنى
لنفرض ان الحرارة الخارجية هي (co
= - 20° ) و الحرارة الداخلية هي (ci
= -10° ) وان سماكة العنصر / th / يكون التدرج الحراري :
/th = -10/th c° Co –
ci )/ th = ( -20-(-10)))
على سبيل المثال اذا
اردنا تحليل مبنى سكني في برنامج الايتابس مثلا من ستة طوابق باعمدة وبلاطات سوليد
وكمرات ساقطة وبحمولات ميتة وحية وان
التغير الحراري (15° ± ) وفق تراكيب
الحمولات التالية :
1.1DL +1.25 LL + 1.25 T1
1.1DL +1.25 LL + 1.25 T2
حيث نعرف الحمولات
التالية DL و LL و T1 و T2
و تمثل T1 حالة ارتفاع الحرارة ( (+15 و T2 حالة انخفاض الحرارة ( -15 ) .
وعند تخصيص الحمولات
الحرارية نختار كافة الكمرات والاعمدة الواقعة على الواجهات الاربعة والسقف الاخير
من المبنى .ثم نستخدم الامر التالي لتطبيق
تغير حراري (° +15) :
Assign> Fream/Line Loads>Temperatures…> Load Name= T1
>Uniform Temperatures change = +15 >
ok
ثم نعيد اختيار
العناصر السابقة ونستخدم نفس الامر لتطبيق تغير حراري ( -15° ) .
في حال وجود جدران قص
في الواجهات نختارها ثم نطبق عليها التغير الحراري كما سبق .
ملاحظة : يجب
الانتباه حين المباني بتأثير الحرارة ، الى عدم ربط عناصر السقوف بديافرامات لكي
نسمح للعناصر بحرية التمدد والتقلص .
ليست هناك تعليقات:
إرسال تعليق