«هل نبني الهيكل من الفولاذ أم من الخرسانة؟» سؤال يُطرح عادةً في الجلسة الأولى، وغالبًا ما يكون على الطاولة من يعرف الجواب بثقة تامة. أحدهم يقول: «الفولاذ، فهو أسرع». وآخر يقول: «الخرسانة، فهي أمتن ولا تصدأ». والطريف أن كليهما محق إلى حد ما، وكليهما يغفل ما هو أهم.
لنبدأ من مكان غير متوقع: نوفمبر ٢٠١٧، سربل ذهاب.
درس من زلزال
في ليلة ١٢ نوفمبر ٢٠١٧ ضرب زلزال بقوة ٧٫٣ قرب إزكله وسربل ذهاب غرب إيران. بعده تفقّد المهندسون المباني المتضررة ليعرفوا ما الذي انهار ولماذا. وإحدى هذه الدراسات تلخّص النتيجة في جملة واحدة:
«كان ضعف اللحام والتنفيذ في الغالب من العوامل المؤثرة في انهيار المباني الفولاذية، كما أدى عدم الالتزام بتباعد الكانات في الوصلات إلى انهيار المباني الخرسانية المسلحة.»
المصدر: كوشك زري وأسدي، «نقد وتحليل نقاط ضعف المباني في زلزال سربل ذهاب بقوة ٧٫٣»، ٢٠١٨ (بالفارسية)
اقرأها مرة أخرى. لم تنهَر المباني الفولاذية لأنها فولاذية، بل بسبب اللحام الرديء. ولم تسقط الخرسانية لأنها خرسانية، بل لأن الكانات لم تكن بالتباعد المطلوب. في الحالتين كان المتهم الحقيقي هو التنفيذ، لا مادة الهيكل.
ووجدت دراسة مخبرية على المباني نفسها أمرًا لافتًا: صنع الباحثون نماذج بالحجم الحقيقي لأربعة أنواع من الوصلات شاهدوها في المباني الفولاذية بالمنطقة، واختبروها تحت أحمال دورية. اثنتان منها كانتا صلبتين، أما الأخريان، ومنهما وصلة «المقعد البسيط مع المقوّي» الشائعة، فتبيّن أنهما شبه صلبتين وهشّتان. وبحسب الدراسة نفسها، ما زالت هذه الوصلات «تُستخدم في كثير من أعمال البناء في البلاد».
المصدر: لوك زاده وحسيني هاشمي، «دراسات مخبرية على سلوك الوصلات المستخدمة في المباني الفولاذية في سربل ذهاب»، فصلية علوم وهندسة الزلازل (بالفارسية)
بعبارة بسيطة: الهيكل المحسوب على الورق بوصلات صلبة، إن بُني في الموقع بوصلات تسلك سلوكًا مختلفًا، لم يعد هو المبنى الذي حسبه المهندس.
إذن «أيهما أمتن؟» سؤال خاطئ. السؤال الصحيح: في أرضك ومناخك، أيهما يمكن بناؤه على نحو أصح، والحفاظ عليه على نحو أفضل؟ وللإجابة عنه لا بد أن نرى ما يفعله مناخ الشمال بكل منهما.
ماذا يفعل مناخ الشمال بالفولاذ
متوسط الرطوبة النسبية السنوية في بابلسر ٨٠٪. لا مشكلة للفولاذ مع الهواء الجاف؛ متاعبه هي الماء والملح. والمعيار الدولي ISO 9223 لتصنيف تآكلية الجو يعدّ ثلاثة عوامل حاسمة: مزيج الحرارة والرطوبة (أي المدة التي يبقى فيها سطح المعدن مبتلًا)، والتلوث الكبريتي، والملح العالق في الهواء.
المصدر: دائرة الأرصاد الجوية في مازندران — مناخ بابلسر (بالفارسية)؛ ISO 9223:2012
بحر قزوين أقل ملوحة من البحار المفتوحة: نحو ١٫٢٪، أي قرابة ثلث ملوحة مياه البحر المعتادة. لكنه ليس عديم الملوحة، والرطوبة حاضرة دائمًا. وتقول موسوعة ويكيبيديا صراحة في مدخل الفولاذ الإنشائي إنه «لا يمكن تعريضه للبيئة دون حماية مناسبة»، لأن أي رطوبة أو تماس مع الماء يؤكسده.
المصدر: Caspian Sea — Wikipedia؛ Structural steel — Wikipedia (بالإنجليزية)
أي إن الهيكل الفولاذي ممكن تمامًا في الشمال، لكن حمايته من الصدأ جزء من الهيكل نفسه، لا عمل جانبي نتذكره في النهاية. ثلاثة مواضع تستحق أكبر قدر من الانتباه:
- قواعد الأعمدة: حيث يلتقي الفولاذ بالأساس وتقترب منه رطوبة الأرض، خصوصًا في الأراضي التي ترتفع فيها المياه الجوفية.
- الجسور والأعمدة المخفية داخل الجدران الخارجية: إن لم يُعزل الجدار جيدًا تكثّفت الرطوبة خلفه وبقي الفولاذ مبتلًا بصمت لسنوات. شرحنا التكاثف في الرطوبة والعفن والتكاثف في فلل الشمال.
- العلّية: إن لم تكن فيها تهوية تتجمع الرطوبة هناك. المعايير في السقف المائل أم السطح المستوي.
ونصيحة من الموقع: الطلاء بعد التركيب لا يكفي. اسأل هل طُليت القطع بمانع الصدأ قبل تركيبها أيضًا، خصوصًا الأماكن التي لن تصل إليها يدك أبدًا بعد ذلك.
ماذا يفعل مناخ الشمال بالخرسانة
تُقدَّم الخرسانة عادةً بعبارة «لا تصدأ». هي نفسها لا تصدأ، لكنها مليئة بقضبان التسليح الفولاذية. وما يحفظ هذه القضبان هو قلوية الخرسانة نفسها: فالوسط القلوي لعجينة الإسمنت يكوّن طبقة واقية رقيقة على سطح الفولاذ. وعلى وجه التقريب، يكون الفولاذ محميًا عند pH أعلى من ~١١ ويبدأ بالتآكل تحت ~١٠. وأيونات الكلوريد عدو جدي لهذه الطبقة، وتسبب تآكلًا نقريًا في القضبان.
المصدر: Reinforced concrete — Wikipedia (بالإنجليزية)
فكل شيء يتوقف على السنتيمترات القليلة من الخرسانة التي تغطي القضبان، وتُسمّى «الغطاء الخرساني». وفي المبحث التاسع من اللوائح الوطنية للبناء في إيران فصل كامل بعنوان «ديمومة الخرسانة وقضبان التسليح الفولاذية»، يصنّف الظروف البيئية ويضع ضوابط للخرسانة المعرّضة لأيونات الكلوريد وللغطاء الخرساني فوق القضبان.
المصدر: المبحث التاسع: تصميم وتنفيذ المباني الخرسانية المسلحة — ساختمان آنلاين (بالفارسية)
إن كان الغطاء رقيقًا، أو تشققت الخرسانة، وصلت الرطوبة والملح إلى القضبان. فتصدأ وتنتفخ وتقشّر الخرسانة فوقها. ولعلك رأيت ذلك تحت الشرفات القديمة: قطعة خرسانة سقطت وظهر خلفها قضيب صدئ.
وفي الموقع يعني هذا أمرًا بسيطًا لكنه حاسم: قبل الصب يجب أن تُبعَد القضبان عن القالب بفواصل خرسانية، وأن يرى المشرف هذا التباعد، وتباعد الكانات، قبل أن تغطيه الخرسانة. كما تُلزم لائحة النظام الهندسي المنفّذ بالتنسيق مع المشرف في «أجزاء المبنى التي ستُغطّى»؛ انظر الفرق بين المعماري والمشرف والمنفّذ والمقاول.
الزلازل: الوزن أهم من المادة
في الكود الزلزالي الإيراني (المعيار ٢٨٠٠) تُحسب القوة الزلزالية التي يُصمَّم لها المبنى بعلاقة بسيطة: V = C × W. المعامل C يتوقف على المنطقة والأرض ونوع المنشأ، وW هو «الوزن الزلزالي الفعّال» للمبنى: الأحمال الميتة والجدران والتجهيزات الثابتة وجزء من الحمل الحي.
المصدر: ما هي قوة القص القاعدية؟ حسابها وفق المعيار ٢٨٠٠ (بالفارسية)
أي إن المبنى الأثقل يتلقى قوة زلزالية أكبر. لكن ثمة نقطة نادرًا ما تُقال: في فيلا من طابق أو طابقين يأتي معظم هذا الوزن من البلاطات والجدران والتشطيبات، لا من الجسور والأعمدة نفسها، وفي كثير من الفلل تكون البلاطات خرسانية في الحالتين. فإن أردت مبنى أخف، فالجدران والتشطيبات الأخف تُحدث عادةً فرقًا أكبر بكثير من مادة الهيكل.
وتذكّر أن تحت الهيكلين أساسًا يجلس على التربة. وفي الشريط الساحلي قد يكون سلوك التربة في الزلزال، كتميّع الرمل المشبع مثلًا، أهم من اختيار الهيكل. القصة في المياه الجوفية المرتفعة والأساسات.
الحريق والوقت
الحريق. يفقد الفولاذ متانته مع الحرارة. و«درجة الحرارة الحرجة» للفولاذ، أي التي يهبط عندها إجهاد الخضوع إلى ٦٠٪ من قيمته العادية، تُعتمد في المعايير الأوروبية والأمريكية الشمالية بين نحو ٥٣٠ و٨١٠ درجات مئوية، وهي درجات يبلغها الحريق الحقيقي. لذلك لا ينبغي أن يبقى الهيكل الفولاذي مكشوفًا: فاللياسة أو الكسوة أو الجدار المحيط به جزء من سلامته.
المصدر: Structural steel — Wikipedia (بالإنجليزية)
الوقت. يُركَّب الهيكل الفولاذي عادةً أسرع، لأن القطع تصل جاهزة للتركيب واللحام. أما الخرسانة فتحتاج إلى قوالب وصب ثم «معالجة» لمدة حتى تكتسب متانتها، وللمبحث التاسع أقسام مستقلة للمعالجة وللصب في الطقس الحار والبارد. لكن في الفيلا يمثل الهيكل جزءًا واحدًا فقط من زمن البناء الكلي، فالتمديدات والتشطيبات والواجهة تأخذ عادةً حصة أكبر بكثير. فاحكم على «سينتهي أسرع» بمقياس المشروع كله، لا الهيكل وحده.
والسعر؟
لا نذكر أسعارًا: فأسعار الفولاذ والإسمنت وأجور اللحّامين وعمّال التسليح تتغيّر كل بضعة أشهر، وأي مقارنة سعرية تصبح خاطئة بعد أشهر قليلة. إن أردت المقارنة فاطلب من مهندس إنشائي تقدير الخيارين لتصميمك أنت، بتاريخ محدد. ولا تنسَ أن جزءًا من كلفة البناء لا علاقة له بالهيكل أصلًا، مثل التكاليف الخفية التي تغيب عن التقدير الأولي.
خمسة أسئلة أهم من مادة الهيكل
- إن كان فولاذيًا: من يفحص اللحامات، وكيف؟ أظهر زلزال سربل ذهاب أن ضعف اللحام من أهم أسباب الانهيار.
- إن كان فولاذيًا: ما نوع الوصلات في المخططات، وهل سيُنفَّذ النوع نفسه في الموقع؟ فالوصلة التي لا تسلك كما حُسبت تبني مبنى آخر.
- إن كان فولاذيًا: ما خطة الحماية من الصدأ؟ قبل التركيب وبعده، وللأماكن التي ستُخفى.
- إن كان خرسانيًا: كيف يُضمن الغطاء الخرساني فوق القضبان، ومن يفحص تباعد الكانات قبل الصب؟
- في الحالتين: هل يأتي المشرف ويرى قبل أن يُغطّى أي شيء؟
إن أجاب من سيبني فيلتك عن هذه الأسئلة إجابات واضحة ومحددة، فأيًّا اخترت سيكون على الأرجح جيدًا. وإن كان جوابه «لا تقلق»، فلا هذا ولا ذاك.
باختصار
يمكن للهيكل الفولاذي والخرساني كليهما أن يصنعا فيلا متينة وباقية في الشمال، ويمكن لكليهما أن ينهار. فالفولاذ في هواء الشمال الرطب والمالح قليلًا يحتاج حماية جدية من الصدأ والحريق، والخرسانة تحتاج غطاءً كافيًا فوق قضبانها وكانات منفّذة بدقة. لكن كما أظهر زلزال سربل ذهاب، ما يحسم النتيجة في النهاية هو جودة التنفيذ، لا مادة الهيكل.
إن كانت لديك فيلا ستُبنى في بابل أو بابلسر أو سرخرود وتريد أن نزن اختيار هيكلها بأرضها ومناخها، تواصل معنا.
لا توجد تعليقات بعد. كن الأول.