مقدمة
تستخدم صناعات الإنشاءات الفولاذية مقاطع مجوفة مستطيلة الشكل كأنابيب إنشائية. تتميز هذه المقاطع بشكلها المنتظم، وبفضل مرونتها التصميمية الممتازة، تُستخدم على نطاق واسع في التصاميم المعمارية الحديثة، وتلعب دورًا مثاليًا في الأنظمة الإنشائية الثقيلة. إن فهم تطبيقاتها وخصائصها يُفيد المهندسين وإدارات المشتريات، ويساعدهم على اتخاذ قرارات أفضل. يُعرّف المحتوى التالي المقاطع المجوفة المستطيلة الشكل، وطرق تحضيرها، وخصائصها، كما يُسلط الضوء على مجالات استخدامها. والسؤال الرئيسي الذي سيُطرح هو: لماذا يُعد استخدام هذه المقاطع خيارًا مفضلًا؟
ما هو الفولاذ الإنشائي المجوف؟
يُعدّ الفولاذ الإنشائي المجوّف (HSS) أحد أنواع الأنابيب الإنشائية. وهو عبارة عن أنبوب فولاذي ملحوم ذو مقطع عرضي مجوّف، يتم تشكيله على البارد. وتتوفر هذه المقاطع بأشكال دائرية ومربعة ومستطيلة.
ضمن هذه العائلة، يُعرف أحد الأنواع باسم المقاطع المجوفة المستطيلة (RHS). يختلف شكلها الهندسي عن المقاطع المجوفة الدائرية. يتميز تصميمها بجوانب مسطحة وزوايا حادة مستديرة.
فيما يلي “الميزات الرئيسية” لـ RHS:
- إحدى السمات البارزة لـ RHS هي وجود جدران مغلقة وموحدة.
- بفضل كفاءتها الهيكلية، فهي مناسبة تمامًا لتطبيقات تحمل الأحمال.
- يلعب RHS دورًا حاسمًا في مقاومة قوى الالتواء والانحناء.
عملية التصنيع
تتضمن عملية تصنيع RHS عملية مضبوطة وفعالة:
- تتمثل الخطوة الأولى في عملية تصنيعه في فك اللفائف وتشكيلها. يوجد مدخل لملفات فولاذية عريضة في خط التشكيل. وبمساعدة البكرات، يتم تشكيلها على شكل مستطيل.
- تُعدّ “اللحام بالمقاومة الكهربائية” (ERW) المرحلة الثانية. بعد لحام الحواف، يتم دمج اللحام من خلال التيار الكهربائي.
- بعد ذلك، يتم تمرير الأنبوب الذي تم تشكيله فيه عبر معدات القياس.
- تتضمن الخطوة الثالثة قص هذه الأجزاء إلى الأطوال المطلوبة. ويتم قصها بحيث تكون متناسقة ومستقيمة.
- الخطوة الأخيرة هي “معالجة السطح”. تتطلب هذه الأجزاء معالجة سطحية مثل الجلفنة أو الطلاء أو الطلاء المقاوم للتآكل.
المواصفات والأبعاد المقطعية
تختلف الأحجام القياسية للأنابيب المستطيلة المجوفة حسب المنطقة أو الجهة المسؤولة. وتشمل أشكال مقاطعها العرضية مقاطع مستطيلة ودائرية ومربعة.
يتم تحديد الأبعاد الخارجية للجانب الأيمن من خلال العرض والارتفاع.
بعض الأمثلة الشائعة للأبعاد القياسية للقطع المستطيلة المربعة هي:
- 300 مم (العرض الخارجي) و 150 مم (الارتفاع الخارجي).
- 50 مم (العرض الخارجي) و 25 مم (الارتفاع الخارجي).
- 150 مم (العرض الخارجي) و 100 مم (الارتفاع الخارجي).
تتراوح أحجام هذه المقاطع من صغيرة إلى كبيرة جدًا، وبالنسبة للأشكال المستطيلة، تكون نسبة العرض إلى الارتفاع 1:2 أو أكبر. وتعتمد معايير ASTM A500 و EN 10210 على أحجام قياسية.
الخواص الميكانيكية وخصائص المادة
- تُستخدم أنواع الفولاذ الطري أو الفولاذ الإنشائي في تصنيع المقاطع المجوفة المستطيلة. ويُعدّ الفولاذ الكربوني والفولاذ المقاوم للعوامل الجوية من المواد الأساسية الشائعة الاستخدام.
- تتميز هذه المواد بخصائص محددة، مثل مقاومة الخضوع، التي تساعد على مقاومة التشوه الدائم. ومن خصائصها الأخرى مقاومة الشد، التي تُستخدم لتحديد قوة الكسر. كما تتميز هذه المواد بخاصية الليونة التي تُمكّن الفولاذ عالي القوة من التشوه. وتُعد قابلية اللحام والتشكيل من الخصائص الأخرى للمواد المستخدمة في الفولاذ المجوف ذي المقطع العرضي.
- تشمل الخصائص المحددة مقاومة خضوع تتراوح بين 250 و355 ميجا باسكال. أما مقاومة الشد فتتراوح عادةً بين 400 و510 ميجا باسكال، ونسبة الاستطالة بين 18 و22%.
- يتم تحديد المتطلبات الميكانيكية من خلال معايير مثل ASTM A500 Grade B/C أو EN 10210 S355J2H.
سمك الجدار وقوته
تتأثر القوة والوزن بسماكة الجدار.
- تتميز الهياكل المستخدمة في الأحمال الثقيلة أو المباني الصناعية بجدران سميكة تزيد عن 8 مم.
- تتميز الهياكل الخفيفة، مثل هياكل الأثاث، بجدران رقيقة، عادة ما تكون أقل من 3 مم.
- تتراوح سماكة الجدران المتوسطة من 3 إلى 8 ملم وتستخدم في الأنظمة الهيكلية العامة، مثل التدعيم.
التفاوتات والدرجات
من المهم أيضاً التحكم في التفاوتات المسموح بها. فالتفاوتات الصغيرة تسمح بتقليل أخطاء التصنيع وتحسين التوافق عند التجميع.
الأبعاد الخارجية والاستقامة هي التفاوتات النموذجية للأنابيب المستطيلة المربعة. كما يتم تضمين أنصاف أقطار الزوايا وسماكة الجدار.
تُستخدم معايير ASTM و EN بشكل شائع في صناعة الأنابيب المجوفة المستطيلة. تشمل معايير ASTM الدرجات A و B و C. أما معايير EN، والتي تُسمى أيضاً المعايير الأوروبية، فتشمل S235 و S275 و S355.
التطبيقات
توجد العديد من تطبيقات RHS في الصناعات:
- تُستخدم هذه المقاطع على نطاق واسع في الهياكل الإنشائية للمباني التجارية.
- يشمل التطبيق الرئيسي لتقنية RHS ممرات المشاة واللافتات والحواجز.
- يُستخدم RHS أيضًا في المعدات الثقيلة التي تتحمل الأحمال الثقيلة.
- تُعد الحظائر وهياكل المركبات والأعمدة أيضًا من التطبيقات الواسعة النطاق للأنابيب المربعة المستطيلة.
المزايا
توجد العديد من المزايا التقنية والعملية للمقاطع المجوفة المستطيلة.
- تتمتع هذه الأجزاء بمقاومة حمل منتظمة.
- تتميز هذه المنتجات بنسبة عالية بين القوة والوزن.
- تتميز هذه الأجزاء بميزة رئيسية تتمثل في سهولة التصنيع.
- تتميز وحدات RHS بتصميمها الأنيق وكفاءتها في استغلال المساحة.
العيوب
- تتميز منتجات RHS بتكلفة إنتاج أعلى.
- وهناك أيضاً بعض تحديات الفحص، مثل إيلاء اهتمام إضافي لدرزات اللحام الداخلية.
- كما أن الجانب الأيمن من الجسم (RHS) يتميز بتعقيد في الاتصال، مما يتطلب تقنيات متخصصة للربط.
- كما أن محدودية توفر الدرجات والأحجام محلياً تُعد عيباً رئيسياً آخر في نظام RHS.
متى يكون الجانب الأيمن هو الخيار المفضل؟
يُعدّ استخدام المقاطع المستطيلة المجوفة خيارًا مفضلًا لتحقيق الكفاءة الهيكلية. وعند الحاجة إلى نسبة عالية من القوة إلى الوزن، تلعب هذه المقاطع دورًا هامًا.
تتميز هذه المقاطع بأسطح مستوية وهندسة منتظمة، مما يجعلها مثالية لمقاومة الانحناء والالتواء. كما يُعدّ المقطع المستطيل المجوف خيارًا مفضلًا للتطبيقات التي تتطلب كفاءة في استخدام المساحة، ومظهرًا أنيقًا، وسهولة في التصنيع.
