الانظمة الانشائية لمقاومة الحمولات الجانبية في الابنية العالية

الأنظمة الانشائية للابنية العالية

مقدمة :

 منذ القدم عمل الإنسان على مر التاريخ ببناء الهياكل الضخمة الشاهقة مثل المعابد والأهرامات والكاتدرائيات بهدف الوصول إلى السماء لتكريم الآلهة ، مثال ذلك برج بابل الأسطوري في العصور القديمة ، والابنية الأثرية أيضًا ، وكذلك ناطحات السحاب اليوم جميعها  تبنى لترمز إلى القوة والثروة والنفوذ .

 وفي بداية القرن العشرين ، صُمِّمت المباني العالية بصفةٍ عامةٍ ، لتحقق  مكانةً مهمة في تاريخ العمارة الحضرية ، وظهرت هذه المباني كرد سريع على تزايد عدد السكان في المناطق الحضرية ، وإنَّ الأساليب الإبداعية للمهندسين المعماريين في تصاميمهم للمباني الشاهقة وارتفاع تكلفة الأراضي ونقصها في المناطق الحضرية والرغبة في منع التوسع غير المضبوط في المناطق الحضرية ، إضافةً إلى محاولة خلق مفهوم الأفق وظهور عوامل أخرى مثل القلق على الهوية الثقافية والمكانة ، كانت كلها أسبابًا دفعت إلى الزيادة في ارتفاع الأبنية .

ويكاد يكون من المستحيل تَصوُّر مدينة كبيرة دون الابنية الشاهقة اليوم ، بل وأصبحت معظمها رموزًا مهمة في المدن المعاصرة ، وأصبحت الابنية الشاهقة مصدر الإيمان في التكنولوجيا والكرامة الوطنية ، وغيرت في مفهوم المدينة الحديثة جنبًا إلى جنب مع حجمها ومظهرها، لكن كان هذا التغيير في حياة المدينة بعيدًا عن

المستوى البشري، وعمومًا فإنَّه من المتفق عليه اليوم أنَّ هذه الابنية هي ميزة حتمية للتنمية الحضرية  . في الماضي ،  كانت النماذج المستخدمة في التصميم مقيدة، أما في الوقت الراهن فإنَّ الحرية في تصميم الابنية العالية ازدادت جنبًا إلى جنب مع المعاصرة واتساع الخيال كثيرا في شكل التصميم  ، إذ أنَّ الأبنية العالية تصمم اليوم بمساعدة تكنولوجيا الكمبيوتر المتقدمة وتُبنى بجرأة معماريةٍ عالية وتصاميم إنشائية لم تكن موجودة فيما مضى، وإنَّ أهم العوامل التي مكَّنت من بناء المباني العالية هي التطورات والابتكارات في المجالات الآتية :  مواد وتقنيات البناء، وأنظمة التشغيل (الميكانيكية) ونظم الإنشاء والتحليل، ولكن من الملاحظ في الوقت ذاته أنَّ الزيادة في ارتفاع المباني يجعلها عرضةً للرياح والزلازل والأحمال الجانبية.

تعريف الأبنية العالية :

لا يوجد توافقٌ في الآراء على الارتفاع أو عدد الطوابق الذي يجعل مبنى ما يُصنف ضمن الابنية العالية أو الشاهقة ،وتختلف الكودات العالمية عن بعضها قليلا حول هذا التعريف ، الا ان  )مجلس المباني الشاهقة والمساكن الحضرية(  الأمريكية ، اعتبر أن الابنية المؤلفة من 14 طابقًا أو 50m ارتفاعًا فما فوق يمكن عدُّها أبنيةً عالية ، أمّا الأبنية من ارتفاع 300 m  إلى 600m  فتعدُّ أبنيةً شاهقة ، وأدى التطور في تكنولوجيا البناء دورًا أكثر أهمية في تطوير المباني الشاهقة مقارنةً بالأنواع الإنشائية الأخرى ، إذ إنَّه في نهاية القرن التاسع عشر ومنذ اكتشاف المصعد والمعادن اللازمة لإنشاء نظام ) العمود والجائز ) بدأ تشييد الابنية الشاهقة ، وكان دافعًا إلى ابتكارٍ وتطويرٍ في الأنظمة الإنشائية الجديدة، وإضافةً إلى ذلك فإن الخرسانة العالية المقاومة وأنظمة التأسيس والأنظمة الميكانيكية جعلت من ارتفاع ناطحات السحاب سباقًا مستمرًا ينتشر في جميع أنحاء العالم.

صُمِّمت الأنظمة الإنشائية في أوائل القرن العشرين أساسًا لمقاومة الأحمال الشاقولية ( احمال الجاذبية )، أما اليوم ، وبفضل التطورات في هذا المجال وتطور المواد العالية المقاومة مع زيادة ارتفاع المباني وانخفاض أوزانها ، فقد أصبحت الأحمال الجانبية التي تسببها الرياح والزلازل هي الأحمال الأساسية (خاصة في الأبنية العالية ) ، وبدأت تُشكل تهديدًا أكبر من ذي قبل للمهندسين الإنشائيين ، فأصبح توفير المتانة لمقاومة الأحمال الجانبية في المباني العالية مدخًلا أساسيًا في تصميم الأنظمة الإنشائية الجديدة ، سواء تلك الأحمال التي تسببها الرياح أو الزلازل.

هناك العيد من الأنظمة الانشائية لمقاومة الحمولات الجانبية التي تتمثل بصورة أساسية في احمال الرياح أوالزلازل .  سنذكر هنا بعض الأنظمة المثالية المستعملة في تصميم المبنى العالي . وسنناقش ميزات تلك الأنظمة (المقاومة للحمولات الجانبية ) .

ان انقاص الانحراف ( السهم ) الجانبي يجب ان يؤخذ  بالاعتبار في تصميم الابنية العالية . عموما ، الانحراف الجانبي المفرط ، خاصة الانحراف – الطابقي ، يمكن ان يضر بالانظمة الثانوية مثل القواطع والجدران الستائرية . كما انه قد يسبب عدم ارتياح لقاطني المبنى أيضا تحت الانحراف الدوري المطول الذي تسببه قوة الرياح الديناميكية .

ان مقاومة النظام الجانبية تقيم بشكل رئيسي بالاستناد الى الانحراف الجانبي : اما الانحراف الأقصى في أعلى المبنى او الانحراف – الطابقي . هذان هما العاملان المهمان اللذان يجب على المهندس الانشائي ( المصمم ) القيام بتدقيقهما  . هذا وان البرامج الانشائية مثل الـ ETABS و  SAP2000 و Autodesk ROBOT و    Staad.Pro جميعها تملك القدرة لتدقيق اما الانحراف ( السهم ) الكلي او الانحراف الطابقي .

في عملية التصميم توجد معادلة تجريبية تستعمل للتدقيق فيما اذا كانت مقاومة النظام الجانبية كافية ام لا وهي :

                                           H / 500 ≤ maxΔ

حيث :

Δmax : هي الانحراف (السهم ) الجانبي الأقصى .

H  : الارتفاع الكلي للمبنى .

الأحمال الجانبية الاساسية  التي تؤثر في المباني العالية :

1-  أحمال الرياح .

2- أحمال الزلازل .

العوامل المؤثرة في اختيار النظام الانشائي للمبنى العالي :

العوامل المؤثرة في اختيار النظام الانشائي للمبنى العالي كثيرة نذكر اهمها  :

1-    الوظيفة الاستثمارية للمبنى .

2-    ارتفاع المبنى .

3-    شكل المبنى ، ومسقطه المعماري .

4-    عدد الطوابق الاجمالية .

5-    شكل ومقدار الحمولات المؤثرة على المبنى .

6-    طبيعة التربة .

7-    طبيعة موقع المبنى .

ملاحظة : في بعض الحالت قد يشترك أكثر من جملة واحدة في حل انشائي لمبنى واحد ، الا ان ذلك قد يزيد من تعقيد  الحسابات .

الأنظمة الانشائية للابنية العالية المقاومة للحمولات الجانبية :

1-    الإطار المقاوم للعزوم ( نظام الإطار الصلد )

2-     جدران القص .

3-    الانظمة المشتركة ( جدران – اطارات )

4-    الانظمة الجائزية المتناوبة

5-    نظام النواة

6-    نظام البلاطة الفطرية

7-    نظام إطارات القص   : أ- نظام الاطار الشبكي .

                           ب- نظام الاطار المربوط

8-    نظم الإطارات المكتفة

9-    نظام العمود الضخم

10-                نظم النواة الضخمة

11-                منشات الاطار السوبر ( الاطار الضخم )

12-                الأنظمة الأنبوبية :

أ‌-       أنظمة الانبوب الاحادي (الانبوب الاطاري) : Framed tube

ب‌-  انظمة الانبوب الثنائي المتداخل (أنبوب – داخل – أنبوب) : tube-in-tube

          ج- أنظمة الانابيب المتعددة (الانبوب المحزوم )  Bundled tube:        

نبذة مختصرة حول كل نظام من الانظمة الانشائية :

1-   الإطار المقاوم للعزوم ( نظام الإطار الصلد ) :

يستخدم في المباني المعدنية والخرسانية المسلحة ، ويتألف هذا النظام من جوائز وأعمدة تتصل مع بعضها لتشكل إطار غير مدعم قادر على مقاومة كل من الأحمال الشاقولية ( الجاذبية ) والجانبية ، وتعدُّ ذات كفاءة  واقتصادية  وتوفر صلابة كافية لمقاومة الرياح والزلازل ( الأحمال الجانبية ) في منشات الابنية التي تصل إلى نحو 30  طابقا للمنشات الفولاذية و20  طابقا للمنشات الخرسانية .

                                        الشكل -  اطار مقاوم للعزوم

نظام الإطار المقاوم للعزوم نظام كما يظهر في الشكل أعلاه يستعمل صلابة  المنشأ ليعطي المقاومة الجانبية . يجب ان تكون الجوائز والاعمدة متصلة بشكل متين . هذا ما يسمى أيضا بالاطار الصلب . كلا من الجوائز والاعمدة يجب ان تصمم لتكون قوية في الانحناء .

وبما ان الاطار الصلب يتطلب وصلات عزم مكلفة ، يؤدي الى مبنى مكلف  (اذا زاد عدد الطوابق عن الحد المذكور أعلاه ) . إضافة الى انه من الصعب التحكم بالانحراف الجانبي بسبب تأثير P-Delta .كما ان  التذبذب الزائد للمبنى يسبب انحناء إضافي  للجوائز والاعمدة .

في الأماكن حيث النشاط الزلزالي يكون اعلى او ان هناك خطر اكبر من الزلازل ، يجب التأكد من ان ممطولية (  ( ductilityوصلات الجوائز و الاعمدة تسمح بمقاومة كافية للحركة والذبذبة المفرطة للمنشأ . ان متطلبات خصائص الممطولية الجيدة  في التصميم تتجلى بشكل أساسي في مقاومة الحركات المفرطة للمنشأ .

يوصى عند اختيار نظام الاطارات كحل انشائي لمقاومة القوى الجانبية في الابنية العالية ، ان تحقق هذه الجملة متانة الاعضاء عند العقد بشكل يتناسب مع الوصول الى مقاطع معقولة لهذه الاعضاء لا تعيق معه اية وظيفة استثمارية للمبن او تحدث اي خلل في الشكل المعماربي له .

2- جدران القص :

جدران القص تستعمل بشكل واسع في كل من الأبنية العالية والمنخفضة الارتفاع  كعناصر انشائي مهمة في انظمة مقاومة الحمولات الجانبية و هي تعمل كـظفر (  كانتيلفر) شاقولي موثوق عند القاعدة ( مسند وثاقة ) و هي أيضا تحمل الحمولات الشاقولية  لوحدها أو سوية مع الاعمدة  .

يستخدم نظام جدار القص في المباني الخرسانية المسلحة ، ويتكون هذا النظام من جدران قص خرسانية مسلحة والتي قد تكون مصمتة أوبفتحات ، وهذه النظم ذات كفاءة ، واقتصادية في الأبنية  حتى 30 طابق .

مما يسهل طرق الحساب عند اختيار جدران القص ، ان تكون هذه الجدران ذات سماكة واحدة على كامل ارتفاع المبنى ، او على الاقل ثابتة ضمن طابق او عدة طوابق بحيث لا يؤثر معه تغير السماكة على العطالات .كما يفضل ان تحقق الجدران ما أمكن التناظر في توضعها ضمن المبنى بحيث تمنع الفتل الناجم عن الحمةلات الافقية .

3-الانظمة المشتركة ( جدران – اطارات ) :

هي الانظمة الانشائية المكونة من  جدران قص  و اطارات معا ويبدي هذا النظام  حلولا اقتصادية في الابنية العالية  التي لا يزيد ارتفاعها عن  60 طابقا .

يعود سبب الاقتصادية الى العمل المشترك الذي تقوم به كلا من الاطارات والجدران في تحمل القوى الافقية ، وبالتالي شكل التشوهات  الناجمة عنها . اذ ان قشساوة الجمل المختلطة  يكون عموما أكبر من قساوة أي من الجدران  او الاطارات بشكل منفرد  ، مما يخفف من قيمة التشوهات الحاصلة في الجملة المشتركة ، حيث تساهم الاطارات بشد الجدران باتجاه الدفع الافقي في القسم السفلي من المبنى على حين يحدث العكس تماما في القسم العلوي منه ، وتجري هذه العملية بسبب الاختلاف الاساسي في شكل التشوه بين الجدران كجملة مستقلة والاطارات كجملة مستقلة ايضا .

4-الانظمة الجائزية المتناوبة :

هذا النظام عبارة عن جملة من الجوائز العميقة ( الجوائز الجدارية ) الموزعة ضمن المبنى بشكل متناوب ( مثلا كان يتناوب بعض الجدران في الطوابق ذات الارقام الفردية ، والبعض الاخر في الطوابق ذات الارقام الزوجية ) . ويبلغ ارتفاع كل جائز من الجوائز ارتفاع الطابق الذي يحويه .

ولقد لوحظ من خلال الدراسات ان تشوهات الجوائز العميقة أقرب الى تشوهات الجدران منها الى تشوهات الاطارات ، لكون هذه الجوائز عناصر عالية الصلابة .

وقد نصادف بعض الجمل المختلطة الحاوية على اطارات وجوائز عميقة  .

وتصلح النظم الجائزية للاستخدام في الابنية التي لا تزيد عن 40 طابقا .

5- نظام النواة :

في الحالات التي لا تسمح فيها الشروط المعمارية باغلاق محيط المبنى ( لسبب جمالة او لسبب اخر ) في الطابق الاول أو في الطابقين الاولين منه اغلاقا كاملا ، يلجأ الانشائيون الى رفع المبنى وتحميله على عناصر انشائية من الجدران المسلحة  تقع ضمن المبنى لتشغل مساحة أصغر عند منسوب الارض الطبيعية . تدعى مجموعة هذه العناصر الانشائية بالنواة المركزية .

يستخدم نظم النواة في الأبنية الخرسانية المسلحة ، ويتكون هذا النظام من جدار قص مركزي لمقاومة كل الأحمال الرأسية والجانبية ، وعمومًا فإنَّ جدار النواة هو عبارة عن نواة مفتوحة والذي يُحوَّل جزئيًّا إلى نواة مغلقة باستخدام الأعمدة مع الجوائز أو دونها ، وذلك لزيادة صلابة والتوائية جوانب المبنى، وعلى الرغم من أنَّ سلوك النوى المغلقة يُعدُّ مثاليًّا ضد التواء البناء تحت الأحمال الجانبية ،  لكن تُستخدَم النواة المغلقة جزئيًّا لأسباب معمارية ، وتُعدُّ البلاطات أظفارًا )كابولي (من جدار القص (النواة) أو بلاطات ظفرية أو بلاطات ظفرية مقوّاة ، وإنَّ هذه النظم ذات كفاءة، واقتصادية في المباني حتى 20 طابق ، وعيب هذه الجملة هو ضعف قدرة النواة على مقاومة الانحناء لأنَّها ليست عميقة.

ويعتبر هذا النظام الانشائي من حيث التكاليف غير اقتصادي ويعود ذلك الى الكيفية التي يتم خلالها انتقال الحمولات الافقية والشاقولية  الى الاساسات .فالحمولات الافقية والحمولات الشاقولية العائدة للجزء المعلق تنتقل الى جدران النواة عن طرق جملة من العناصرالانشائية  المساعدة  كالشدادات . اما الحمولات الشاقولية المطبقة على المساحات القريبة من محيط النواة فتنتقل مباشرة الى جدران النواة باعتبارها مستندة الى جدران النواة .

6-نظام البلاطة الفطرية :

تستخدم أنظمة البلاطات الفطرية في المباني الخرسانية المسلحة ، ويتكون هذا النظام من أعمدة وبلاطات ذات سماكة ثابتة ، ودون كمرات، ويمكن وضع جدران القص إضافةً إلى أو بدًلا من الأعمدة ودون كمرات ، فتكون الأعمدة والبلاطات ذات سماكة ثابتة ، ووضع تيجان أو بلاطات تقوية) سقوط ) على الأطراف العليا من الأعمدة( اعلى العمود – اسفل البلاطة) ومن أجل الحد من تأثير إجهادات الثقب التي تنشأ من قوى القص في مناطق الاتصال بين الأعمدة والبلاطات أيضًا . تتكون الجملة الانشائية من بلاطات فطرية وأعمدة وتحسب بنفس طريقة حساب الإطارات العادية ( المكونة من أعمدة وكمرات ) الا ان الكمرات في هذا النظام عبارة عن شرائح البلاطة الفطرية حيث نقسمها الى شرائح ( شرائح مسندية  وشرائح نصف مسندية وشرائح جائزية ) ونحسبها ككمرة مستمرة  ارتفاعها يساوي سمك البلاطة  ثم نضيف التراكيب الزلزالية من كود الكمرات اللاكمرية حيث  نوجد نسب توزيع العزوم  للشرائح وليس بالطريقة التقريبية  وبعمل تحرير للعزوم لتوزيع النسب . هذا ، ويعد هذا النوع من النظم الإنشائية اقتصاديًا حتى 25 طابق    .

اما في المناطق ذات الشدة الزلزالية العالية ( 3 و 4 ) ، فمن الضروري وجود إطارات بكمرات ساقطة على محيط المبنى وهذه الإطارات تكون من النوع المقاوم للعزوم  امافي باقي مناطق  البلاطة ( المناطق الداخلية ) فتحسب كاطارات لا كمرية كما ورد أعلاه .

7-نظام إطارات القص :

نظم الإطار الصلب اقتصادية ؛ ولكن ليس لديها مقاومة كافية ضد الأحمال الجانبية في المباني التي تزيد عن 25 طابقًا بسبب انحناء الأعمدة التي تسبب تشوهات كبيرة، ففي هذه الحالة، يمكن

زيادة الصلابة الكلية والارتفاع الاقتصادي للأبنية بإضافة دعامات القص العمودية (الأقواس) مع جدران القص أو دونها إلى الإطار الصلد لحمل القص الخارجي الناجم عن الأحمال الجانبية ، ويسمى هذا النظام التفاعلي للإطارات ودعامات القص مع جدران القص أو دونه "نظام إطار القص"،فهو تطوير للاطار الصلب بإضافة دعامات القص له من اجل تحسين أدائه في مقاومة الأحمال الجانبية  ، وهذه النظم ذات كفاءة واقتصادية في المباني حتى  38 طابق  .

8-نظم الإطارات المكتفة:

طُوِّرت أنظمة الإطارات المكتفة بإضافة مدّادات لإطارات القص مع النواة ) نظام إطار

 –نواة (  لربط النواة مع الأعمدة الخارجية ، والروابط هي عناصر إنشائية تربط النواة مع الأعمدة المحيطية على مستوى واحد أو أكثر في جميع مستويات ارتفاع المبنى وذلك لتمتين الهيكل ، ويتكون الرابط من جمالون القص الأفقي أو جدار القص  أو جائز عميق  . 

 نسميها (منشات ذراع الامتداد )  Outrigger structures  للابنية الأطول من 70  طابقا ، عزم الانقلاب الذي ينتج عن زيادة التحميل الجانبي بشكل كبير لذلك الاعتماد على نظام جدار نواة  مفرد رئيسي ليقاوم مثل هذا التحميل هذا ليس عملي لان هذا سيؤدي الى جدران نواة ضخمة او الى زيادة كبيرة في سمك جدار النواةا . المشكلة يمكن ان تحل باستخدام الأعضاء الافقية القوية ( مثل أذرع الامتداد ) لوصل النواة الرئيسية بالاعمدة الخارجية .

ان النوى تتوضع عادة مركزيا ضمن المبنى ، بينما أذرعة الامتداد ( في المنشات الفولاذية اذرعة الامتداد عموما على شكل جملونات ) ممتدة خارجا الى الاعمدة الخارجية . كما يظهر في الشكل ( 3-4 ) .

تعمل اذرعة الامتداد والاعمدة الخارجية سوية كدعامات لتدعم جدار النواة . هذا يزود تركيب من الشد والضغط ضمن الاعمدة  على الجوانب الخارجية للمنشأ .

الانحناء ، والشد المحوري والضغط للاعمدة الخارجية المتصلة الى أذرعة الامتداد تساعد أذرعة الامتداد على مقاومة عزوم المنشأ . عند التحميل الجانبي . مثل الرياح ، عندما تتمثل على المنشأ ، دوران النواة يمكن ان يسيطر عليه بسبب القيد من أذرعة الامتداد . هذه المقاومة تساعد في انقاص الانحرافات ( السهوم ) والعزوم الجانبية ، والتي تسبب عدا ذلك عدم استقرار هيكلي للعديد من الأعضاء .

9       - نظام العمود الضخم :

تتكوَّن أنظمة العمود الضخم من الخرسانة المسلحة أو الأعمدة المركبة مع جدران القصأو دونها بمقاطع عرضية أكبر بكثير من المعتاد ، وتعمل باستمرارٍ على جميع مستويات ارتفاع المبنى ، وتقاوم الأعمدة الضخمة في هذا النظام مع جدران القص أو دونها جميع الأحمال الرأسية والجانبية ، وإنَّ الروابط الأفقية في أنظمة العمود الضخم ذات أهميةٍ قصوى، ويعود ذلك إلى عدم قدرة بلاطات الأسقف في أن تشكِّل هيكًلا صلبًا، ولدعم هذا السلوك تُقيَّد الأعمدة أفقيًّا بالأربطة، أو بإطارات فرنديل " vierendeel “، أو تستخدم الأقواس الضخمة ؛ وبهذه الطريقة فإنَّ الأعمدة الضخمة كافةً مع جدران القص الخارجية أو دونها مرتبطة معًا للمشاركة في الصلابة الجانبية للهيكل ، وإنَّ هذه النظم ذات كفاءة، واقتصادية في المباني التي تزيد عن 40 طابقًا.

10- نظم النواة الضخمة  :

تتكون أنظمة النواة الضخمة من الخرسانة المسلحة أو المركبة في جدران قص النواة مع مقاطع عرضية أكبر بكثيرٍ من المعتاد ، وتكون مستمرة على ارتفاع المبنى كامًلا، ويمكن أن تقاوم كل الأحمال الرأسية والأفقية ، وليست هناك حاجة للأعمدة أو جدران القص على محيط المبنى، وفي هذه النظم ، تعدُّ البلاطات أظفارًا ) كابولي ( من جدران قص النواة ، ويمكن استخدام نظم النواة الضخمة مع بلاطات ظفرية مقواة أيضًا ،  فهي بذلك توفر كفاءة ، واقتصادية للمباني التي يزيد ارتفاعها عن 40 طابقًا  .

11- منشات الاطار السوبر ( الاطار الضخم ) : Super frame (mega frame) structures

نظام الاستقرارالجانبي المهم الذي سيقدم هنا هو منشأ الاطار السوبر ( الاطارالضخم ) . انه يتألف من أعمدة ضخمة وجوائز ضخمة والتي تكون نظام استقرار رئيسي للمبنى . انها ترتبط مع بعضها تقريبا في 10  ال 25 طابقا ، والتي تعمل سوية كأنظمة مقاومة هيكلية جانبية ، والمنشات – الفرعية او الثانوية تكون مرتبطة مع الاطارات الضخمة .

12-الأنظمة الأنبوبية :

تطوَّرت هذه الأنظمة عن نظام الإطار الصلد ، ويمكن تعريفها بأنَّها الإطار الصلد الثلاثي

الأبعاد ، ولديها القدرة على مقاومة جميع الأحمال الجانبية مع هيكل الواجهة ، ويمكن زيادة متانة النظام الهيكلي ضد الأحمال الجانبية في التصميم الأنبوبي بواسطة الحلول الآتية: 

 * بتقريب المسافات بين الأعمدة المحيطية.

*  بزيادة عمق الجوائز المتصلة بالأعمدة المحيطية.

 * إضافة دعامات القص / الأقواس أو جدران القص إلى النواة.

*  إضافة الأنبوب الداخلي بدًلا من النواة ) أنبوب داخل أنبوب(  .

 * إضافة الجمالون (الأقواس إلى الطوابق المتعددة) في محيط المبنى الخارجي (أنبوب مُربط).

* جمع أكثر من أنبوب واحد   )أنبوب مجمع )  .

يوفر هذا النظام الإنشائي كفاءة، واقتصادية للمباني التي يزيد ارتفاعها عن 40 طابقًا.

المنشات الانبوبية احد أنظمة المقاومة الجانبية الرئيسية في الأبنية العالية . المبنى يصمم ليمثل كأسطوانة مفرغة بشكل كانتيلفر عمودية على الأرض لكي تقاوم الحمولات الجانبية ( رياح ، زلازل ، الخ ....) .

لهذا النوع من النظام ، اطار خارجي مصمم ليكون قوي بما فيه الكفاية ( عادة من ناحية صلابة اتصالات الجوائز بالاعمدة ) . لمقاومة كل الاحمال الجانبية .

المحيط الخارجي يتألف من أعمدة متباعدة بشكل متقارب مربوطة سوية  بجوائز عميقة من خلال وصلات عزم . المسافة بين الخارج والاطارات الرئيسية ممتدة بالجوائز او الجمالونات . هذا يزيد فعالية الانبوب المحيطي بنقل ( تحويل ) بعضا من حمولات الجاذبية ( الحمولات الشاقولية ) اليه ويزيد قدرته لمقاومة الانقلاب بسبب الاحمال الجانبية .

تصنفالانظمة الانبوبية الى عدة أنواع مذكورة ادناه :

أ‌-      أنظمة الانبوب الاحادي (الانبوب الاطاري) : Framed tub

نظام الانبوب الاحادي هو عبارة عن نظام انشائي مكون من أعمدة موزعة على محيط المبنى بحيث تكون المسافات بينها متقاربة ، عادة (1.5–4.5 m ) ويفضل الا تتجاوز 3 m) ) . تستمرهذه الاعمدة على كافة طوابق المبنى وتربط في كل طابق بجائز محيطي( جوائزعميقة ) يكون ارتفاعه كبير نسبيا يمكن ان يتراوح بين (0.5–1.2 m )  ، بحيث تكون الوصلات ( العقد ) قادرة على تحمل القوى والعزوم المطبقة  ، لذلك يدعى ايضا بالانبوب الاطاري  وهو نظام ثلاثي الابعاد  مستعمل بشكل واسع .

تأثيرات تأخر القص من الضروري ان تخاطب هنا . تحت التحميل الجانبي ، الاعمدة المتموضعة قرب زوايا الانبوب المواجه للقوى المحورية الأكبر بينما الاعمدة الداخلية تواجه تخفيض في الحمل المحوري . هذ بسبب تأخر القص الذي يؤثر على التوزيع المحوري في الاعمدة  .

في تصميم هذا النوع من الأبنية ، أي مهندس يجب ان يحدد مستوى تأخر القص وينتبه الى ان السلوك الانشائي مشابه لسلوك الكانتيلفرات .

ب- الانابيب المربطة : Braced tubes

على خلاف الانابيب المؤطرة ، الانابيب المربطة تتألف من أعمدة متباعدة جدا والتي تكون مصلبة باستعمال اربطة قطرية . على اية حال الانابيب المربطة تستعمل فقط للمنشات بأقل من 60  طابقا . لانه عند زيادة الارتفاع سيلاحظ المزيد من التذبذب .

ج‌-     انظمة الانبوب الثنائي المتداخل (أنبوب – داخل – أنبوب) : tube-in-tube

يشابه هذا النظام  الجملة السابقة  تماما ، مع فارق واحد ، هو وجود أنبوب أو جملة داخلية تكون على الاغلب مركزية ( في وسط المبنى ) بحيث تستخدم لتوزيع الخدمات في الطوابق .

اذا فنظام الانبوب الثنائي ليس الا جملة من الاعمدة المستمرة والمتوضعة في محيط المبنى ، ومربوطة بجوائز محيطية ذات صلابة كافية ؟( لذا تسمى ايضا بالانابيب المربطة) تشترك معها في تلقي الحمولات جملة داخلية أشبه بالنواة المركزية تكون عناصرها غالبا من الجوائز العميقة أو الجدران المفرغة  ، وسميت بمنشأ أنبوب  داخل  أنبوب ، النواة المربطة الداخلية والانبوب الخارجي تكون متصلة عبر ديافرام الطابق . وهي تعمل  سوية في مقاومة الحمولات الجانبية .

  د- أنظمة الانابيب المتعددة (الانبوب المحزوم )  Bundled tube:  

تستخدم في هذا النظام عدة جمل من الانابيب الاطارية بشكل متداخل تكون مربوطة سوية لمقاومة القوى الجانبية .

هذا النظام يتألف من مجموعة من الانابيب المفردة التي تتصل مع بعضها لتشكل منشأ انبوبي متعدد- الخلية  بأبراج فردية متصلة بجمالونات ( احزمة ) .  لذلك سميت بالانبوب المحزوم انها مناسبة بشكل خاص في المنشات العالية جدا تصل لارتفاع يصل الى 120  طابقا .

يحمل الانبوب الخارجي أهمية انشائية أعظم كثيرا مقارنة مع النواة الداخلية بسبب العمق الهيكلي المنجز .

بما ان الانبوب المحزوم له القدرة لتخفيض تأخر القص ، فهو هنا يعطي منشأ أخف نسبيا .