متطلبات تصميم الشيناجات حسب الكود العربي السوري

تمهيد (ملخص البحث)

بالرغم من تأكيد الكود العربي السوري لأهمية الشيناجات (الكمرات الأرضية) والتوصيات والملاحظات الكثيرة لدراستها وتصميمها بالأحمال الأفقية إضافة للأحمال الشاقولية، إلا أن المراجع وكتب التصميم لم تعطِ الشيناجات ذات الأهمية بل إن بعض المراجع تحدد أن يتم تسليحها (بشكل متناظر) لمقاومة القوى الشادة والضاغطة الإضافية بدون أي تفاصيل إضافية لهذه التوصية أو تحديد المرجع لها من الكود السوري أو الأكواد العالمية، وبشكل عام في كتب البيتون لتصميم المقاطع الخرسانية أو المراجع الخاصة بالأساسات يتم تجاهل طريقة تصميم الشيناجات، ولا يتم إيراد أمثلة لها أو دراستها بشكل مخصص.

حاولت في هذه المقالة الإشارة للمتطلبات الخاصة بتصميم الشيناجات (الكمرات الأرضية) بحسب الكود العربي السوري ومجموعة الملاحق المرتبطة، مع التنبيه والتوضيح لطريقة التصميم التي يجب أن يتم اتباعها بحسب القوانين والعلاقات الخاصة بتصميم الخرسانة المسلحة في الكود العربي السوري لتصميم وتنفيذ المنشآت بالخرسانة المسلحة.

المقدمة

ما الذي يميز الشيناج عن بقية الجوائز والكمرات من ناحية العمل الانشائي وبالتالي التصميم والتنفيذ، هذا السؤال يرافقنا خلال تصميم المباني وأيضاً عند تدقيق الأعمال والدراسات الإنشائية، فما هي محددات الكود ومجموعة الملاحق لتصميم وتنفيذ الشيناجات (الكمرات الأرضية)، وما هي الملاحظات أو المفارقات التي تستوجب التوضيح وإعادة النظر فيها ليتم التصميم وفق هذه المتطلبات، وهل يمكن أن يتم اعتبار تسليحها بشكل متناظر (تعميم التسليح الرئيس للأسفل والأعلى)! وهل الكود (ومجموعة الملاحق) يوضح هذه النقطة وما هي المتطلبات والاعتبارات التصميمية، سأبحث هنا عن أهم النقاط والمتطلبات في الكود ومجموعة الملاحق، علماً أن متطلبات الكود (وكافة الإصدارات) بأن يتم تصميمها باعتبارها تتلقى حمولة (ضاغطة وشادة) بقيمة 10% من حمولة أكبر عمود إضافة للحمولات الشاقولية، وهذا الاعتبار هو لمقاومة الزلازل نجده مرتبط بمعامل استجابة تسارع الجاذبية الأرضية قصير المدى (S_DS) في الكود الأمريكي ACI-318-25 ضمن الفقرة الآتية (R18.13.4.3):

The minimum foundation seismic tie design strength requirement based on a percentage of the factored dead plus live load provides a minimum connection between foundation elements. Other types of restraint can be used if substantiated as equivalent to the minimum tie design strength. The required design strength for the tie beam must be at least equal to 0.1S_DS times the larger force on either end of the tie beam, and that force is from the column or pile cap, whichever applies.

سنتشارك البحث عن اعتبارات التصميم والملاحظات التي تمت الإشارة لها في مجموعة الكود العربي السوري وملحقاته، حيث تم تعريف الشيناج في الكود (متبوعاً مع الأساسات) في نهاية الباب السابع بأنه:

“جوائز (كمرات) أرضية واصلة بين الأساسات أو الواصلة بين القواعد”، يفرق الكود بين الأساسات والقواعد، حيث يعد الأخيرة بأنها أساسات الأعمدة الفولاذية المطمورة بالتربة. مع الإشارة لتوضيح الكود بأن المزيد من التفاصيل لتحليل وتصميم وتنفيذ الأساسات وملحقاتها (أي القواعد والشيناجات) نجدها في الملحق رقم (5) الخاص بتصميم وتنفيذ الأساسات.

تحتاج أغلب منشآت الخرسانة إلى الكمرات الأرضية (أسفل البلاطة الأرضية) لمجموعة من الأسباب والحالات وأهمها:

• تقليل الطول الحر للأعمدة في الطابق الأرضي (الذي يكون ارتفاعه بشكل عام أعلى من بقية الطوابق المتكررة) وبحسب عمق التأسيس.
• حمل القواطع الداخلية والجدران الخارجية للمبنى (مع الإكساء) في الطابق الأرضي.
• بالإضافة للمساهمة في تقوية المنشأة على قوى الزلازل (وهي بحسب الكود تقع ضمن الاحتياطات والتدابير لمقاومة الزلازل).

الاعتبارات التصميمة في الملحق الخاص بالأساسات:

بالبحث في الملحق رقم (5) الخاص بالأساسات، عن الاعتبارات الخاصة بالشيناجات، نلاحظ توضيحه مصطلح الشيناج بأنه: “هو جائز أرضي يربط بين الأساسات أو بين القواعد، ومهمته تحمل القوى الأفقية التي يمكن أن تحصل نتيجة لأي سبب، وكذلك حمل قواطع أو جدران البلوك إن وجدت، كذلك يمكن أن يوجد الشيناج بمناسيب أعلى، ويعمل على منع تحديب الأعمدة، إضافة لما سبق”.

أي أن ترتيب مهمة الشيناج بحسب الملحق، هي مقاومة القوى الأفقية بالدرجة الأولى ثم حمل الجدران، ثم تقليل طول تحنيب الأعمدة.

يُضاف إلى ما سبق، الفقرة المذكورة في الصفحة 24 عن دور الشيناجات القوية (في الاتجاهين) في تقليل الهبوطات التفاضلية.

ومع الإشارة أيضاً بأن الملحق يعرف القواعد بأنها “أساس العمود، ليس بالضرورة أن تكون مستندة على تربة التأسيس وليس من الضروري أن تكون مطمورة بالتربة، ويمكن أن تكون قاعدة خرسانية لعمود فولاذي. ويضيف الملحق أيضاً تعريف خاص لجائز التقويم الذي يصل الأساس الطرفي (رجل البطة) والأساس المنفرد الداخلي المجاور له.

يوضح الملحق الاشتراطات البعدية التي هي متوافقة مع الفقرة الخاصة بالشيناجات في الكود الأساس، وقيم وأقطار التسليح المتوافقة أيضاً مع اشتراطات التسليح الخاصة بالكمرات الواردة في الفقرة (7-2-1-7) في الكود الأساس، مع الملاحظة أو التوصية الخاصة بإضافة أساس وسطي أسفل الشيناج للتخفيف من أبعاده. أما بخصوص التصميم، يشير الملحق بأن يتم وفق العلاقات والقوانين الخاصة بالتصميم الخرساني في الكود الأساس، ولا يوجد أي إشارة في الملحق المخصص للأساسات لأي مواضيع إنشائية خاصة بالشيناجات لتحديد طبيعة هذه القوى والأفعال أو طرق التصميم، لذلك ستتم المتابعة من خلال الكود الأساس والملحق رقم (2) الخاص بالتصميم والتحقيق لمقاومة الزلازل.

اشتراطات ملحق المباني والمنشآت المقاومة للزلازل

يوضح الملحق رقم (2) الخاص بتصميم وتحقيق المباني والمنشآت المقاومة للزلازل الكثير من الاشتراطات والاحتياطات المطلوبة، وسأذكر أهمها هنا، علماً أنه قد تم تأكيد الكثير منها أيضاً في الملحق (16) الخاص بتصميم المباني العالية وتنفيذها

1. وصل الأساسات بالشيناجات:
   يتم وصل الأساسات المنفردة بجوائز أرضية (شيناجات ربط) قريبة قدر الإمكان من منسوب ظهر الأساسات وتحت منسوب سطح الأرض، ويتم افتراض أن الشيناج يتحمل قوى شد وقوى ضغط محورية لا تقل عن 10% من الحمل الرأسي للعمود (ذي الحمل الأكبر) يتم تطبيقها مرة كقوة ضغط ومرة كقوة شد، بحيث يتم تصميم الشيناج لمقاومة الحالتين (مع أخذ تأثير الحمولات الشاقولية كالوزن الذاتي وحمولة الجدار)، وأن يتم تثبيت قضبان (أسياخ) تسليح الشيناجات في الأعمدة حسب الأصول وطبقاً لاشتراطات الكود الأساس، مع إشارة الملحق المتكررة في الباب السابع (بضرورة ربط الأساسات مع الشيناجات، في عدة فقرات: (اختيار الأساسات السطحية، الاشتراطات والاحتياطات في تربة التأسيس، الاشتراطات والاحتياطات المطلوبة في الشيناجات ورقبات القواعد) حيث أن الأساسات المنفردة غير المتصلة (أو المربوطة) بالشيناجات هي الأضعف في مقاومة الزلازل، ويتحسن سلوكها (ويصبح مقبولاً) إذا كانت مربوطة فيما بينها بالاتجاهين بشيناجات (جوائز أرضية) منفذة فوق الأساسات مباشرة (دون رقبات) بحيث يتم تصميمها وفق ما تم ذكره.
2. ويحدد الملحق، أنه في حالة حمل الشيناجات لقواطع البلوك وعندما تكون المسافة بين الشيناج والأرضية قليلة، فيمكن تنزيل قواطع البلوك حتى منسوب الشيناج، أو زيادة ارتفاع الشيناج أو كلا الطريقتين معاً، أما إذا كانت المسافة كبيرة نسبياً فيمكن وضع شيناجات بمنسوب الأرضية لحمل القواطع، إضافة للشيناجات الرابطة بين الأساسات.
3. أما الاستغناء عن الشيناجات (السفلية) فتحدده الملاحظة (رقم ه) إذا كانت تربة التأسيس قاسية أو صخرية (لا تقل عن 5 كغ\سم²) وكانت الأساسات المنفردة منفذة ضمن هذه التربة أو عند وجود جدران مسلحة محيطة بقبو المبنى ودون أن يقسمها أي فاصل تمدد، مع غمر القاعدة داخل الصخر بمسافة لا تقل عن 300مم.

الشروط البعدية والتسليح:

بحسب الكود الأساسي، في الباب السابع (اشتراطات عامة في تصميم العناصر الإنشائية) يحدد الاشتراطات البعدية وقيم التسليح والملاحظات المرتبطة بالشيناجات (والتي هي متوافقة مع ما تم ذكره في الملحق الخاص بالأساسات) وهي بالشكل التالي:

1. لا يقل أي من بعدي المقطع العرضي للشيناج عن 200مم، وإذا كان حاملاً لجدار بلوك (أو آجر أو حجر) وكانت المسافة بين الأعمدة كبيرة، ولتخفيف أبعاد مقطع الشيناج يتم عمل أساس وسطي (أو أكثر) إضافي تحت الشيناج من الخرسانة العادية بأبعاد لا تقل 60سم*60سم ويصل حتى تربة التأسيس المناسبة.
2. تطبق على الشيناجات مساحات التسليح الدنيا والقصوى ذاتها المطبقة على الكمرات، باعتبارها كمرات أرضية، علماً أن الكمرات ترتبط باشتراطات بعدية وتصميمة أكثر وضوحاً، مثلاً شرط تحديد المجاز وشرط السهم، وتوصيات كثيرة للتسليح الطولي الرئيسي والثانوي والتسليح العرضي، والربط والوصلات، وتأثير عرض المساند، إضافة لحالة وجود الكمرات في الإطارات العزمية.
3. وفي فقرة الاحتياطات والاشتراطات للشيناجات ص 188، يجب استخدامها لربط العناصر الشاقولية بحيث توضع فوق سطح الأساسات مباشرة أو متداخلة معها، على ألا تستند على التربة، إضافة لنفس الملاحظة التي تم ذكرها سابقاً عن حالة الاستغناء عن الشيناجات، وأن يتم تصميمها على قوة الضغط وقوة الشد (10% من حمولة العمود كملاحظة عامة وغير مرتبطة بمقاومة الزلازل)، وهي نفس الملاحظة المذكورة في ملحق التصميم على الزلازل، وفي حالة العمود الداخلي فإن نسبة الـ 10% من حمله، توزع على الشيناجين الرابطين له في الاتجاه المدروس.
4. في الباب الثامن (الافتراضات الأساسية في تحليل المنشآت) في الفقرة تحليل الأساسات والشيناجات، يوضح بأن الشيناجات الحاملة لجدران من القرميد أو الآجر أو الحجر تحسب بافتراضها جوائز.
5. وفي ملاحظة ثانية ص 226: بأن الشيناجات التي توضع لتقصير طول تحنيب الأعمدة تُصمم (سواء كانت حاملة لجدران أو لا) على قوة محورية (شادة أو ضاغطة)، بقيمة لا تقل عن 5% من قيمة أكبر حمل من أحمال الأعمدة المرتبطة بالشيناج.
6. أما قيمة الحمل 10% المعروفة من السابق فإن الكود في ملاحظة أخيرة (ضمن فقرة تحليل الأساسات والقواعد والشيناجات)، يقارنها بالقوى الناتجة عن التحليل الإنشائي (بما فيها تأثير القوى الزلزالية) بحيث لا تقل عن 10% من قيمة أكبر حمل من أحمال الأعمدة المرتبطة بالشيناج، وذلك عند وضع الشيناجات لمقاومة تأثير الزلازل فقط.

الاعتبارات التصميمية لمقاومة العزوم في المباني المقاومة للزلازل:

لا بد من الإشارة لمجموعة الملاحظات المرتبطة بتصميم الشيناجات في الملحق الخاص بالدراسة المطورة للإطارات المقاومة للعزوم في المباني المقاومة للزلازل، الملحق (ز) من الكود الأساسي وهي:

1. يجب أن تصمم الشيناجات لتعمل كشدادات أفقية بين قبعات الأوتاد أو القواعد وأن تحوي تسليح طولي مستمر، وأن يتم الإرساء ضمن أو بعد العمود المحمول، أو أن يتم الإرساء ضمن القبعة أو القاعدة.
2. يجب أن تصمم الشيناجات لتعمل كشدادات أفقية بين قبعات الأوتاد أو القواعد بحيث لا يقل أصغر بعد للشيناج المسافة الصافية بين الأعمدة مقسومة على 20 ولا داعي أن يتعدى 45سم، ويجب استعمال أساور مغلقة بتباعد لا يتعدى الأدنى من نصف البعد الأصغر للمقطع المتعامد أو 30سم.
3. مجموعة ملاحظات تربط تصميم الشيناجات بطريقة الجوائز المعرضة لعزوم انعطاف ضمن الجملة المقاومة للزلازل. وهي مجموعة محددات خاصة بحساب المقطع والتسليح الطولي والعرضي.
4. يجب أن تصمم البلاطات على الأرض التي تقاوم القوى الزلزالية كحجاب إنشائي، ويجب أن يكتب صراحة على المخطط التصميمي بأن البلاطة على الأرض (البلاطة الأرضية) هي حجاب إنشائي وتشكل جزءاً من الجملة المقاومة للقوى الزلزالية.

الملاحظة الأخيرة مهمة جداً لأنه عادة يتم إسناد البلاطة الأرضية مباشرة على الأرض ويتم فصلها عن الكمرات الأرضية لأنها بلاطة غير متصلة، وتسليحها يتم بشبكة حديد جاهزة أو تجهيزها في المكان، وبهذه الحالة (البلاطة مسندة ومحملة على التربة بشكل مباشر) ويتم خصم قيمة الحمولة من قدرة تحمل التربة ليتم تقدير أبعاد الأساسات كما هو متعارف عليه أثناء التصميم، أما البلاطة التي تشكل حجاب، فيجب التنبيه على أنها حجاب إنشائي وألا يتم فصلها عن الكمرات الأرضية.

التوصيات والنتائج:

يوفر الكود الأساسي مجموعة القوانين الخاصة بالتحقيق والتصميم لمختلف الحالات، قوة الضغط المحورية واللامركزية البسيطة والكبيرة، ومع عزوم الانحناء، وكذلك على قوة الشد مع اللامركزية البسيطة والكبيرة (اللامركزية الكبيرة لحالتي الشد والضغط ينشأ عنها تسليح شد وضغط لكل منهما) ويمكن العودة لها في الكود، أما الملحق الخاص بالرسومات وبحسب الصورة الآتية للتفصيلة النموذجية للشيناج: