يُعد برج إيفل أحد أشهر رموز باريس وفرنسا بأكملها، وأحد أبرز المعالم في العالم الحديث. بدأ بناؤه رسميًا عام 1887 واكتمل في عام 1889. يتكون الهيكل الشبكي الفولاذي للبرج من حوالي 18,000 مكوّن فولاذي يزن أكثر من 7,000 طن، مع أكثر من 5,300 رسم تصميمي. عند اكتمال البناء، بلغ ارتفاع برج إيفل نحو 300 متر، مما جعله أطول هيكل شبكي فولاذي في العالم حتى عام 1930. مثل إنشاء البرج انتقالًا ثوريًا من عصر البناء بالحجر والخشب إلى عصر البناء بالخرسانة المسلحة والفولاذ الحديث.
سيساعدك هذا المقال على فهم شامل لماهية الهيكل الشبكي الفولاذي، وخصائصه الرئيسية، وأنواعه المستخدمة في المشاريع المعمارية الحديثة.
مقدمة عن الهيكل الشبكي الفولاذي:
يتكوّن الهيكل الإنشائي الشبكي من أعضاء معدنية متصلة ببعضها في أطرافها بواسطة مفاصل تثبيت. جميع العناصر تقع ضمن مستوى واحد وتتحمل بشكل رئيسي قوى شد وضغط محورية، مما يسمح بنقل الأحمال بكفاءة عبر النظام. عادةً ما تُرتب هذه الأعضاء في وحدات مثلثية، لأن الثبات الهندسي للمثلث يضمن صلابة الهيكل ككل. ومع ذلك، يمكن استخدام تكوينات هندسية أخرى حسب متطلبات التصميم.
تصنيف الهياكل الشبكية الفولاذية:
- الهيكل الشبكي الفضائي: يُستخدم بشكل أساسي في إنشاء المباني ذات الفتحات الكبيرة، حيث يربط عدة شبكات معًا لتشكيل نظام ثلاثي الأبعاد كامل قادر على توزيع الأحمال بشكل متوازن. يتميز الهيكل الشبكي الفولاذي هذا بالقوة والصلابة والقدرة على تغطية مساحات واسعة دون أعمدة داخلية.
- الهيكل الشبكي الفضائي ذو الشكل الخاص: يُستخدم هذا النوع من الهياكل الإنشائية الشبكية في المشاريع التي تتطلب أشكالًا غير تقليدية وأبعادًا كبيرة. وغالبًا ما يظهر في التصاميم المعمارية الفريدة التي تجمع بين الأداء الإنشائي والجمال البصري.
- الهيكل الشبكي الأنبوبي الفضائي الخاص: يتمتع هذا النوع بمرونة عالية وقدرة على التكيف مع المساحات المعمارية المعقدة. يُعد من أكثر أنواع الهياكل الشبكية الفولاذية تميزًا من حيث التأثير البصري والوظيفي، إذ يسمح بتصميمات خالية من الأعمدة ويضيف قيمة فنية عالية للبناء.
خصائص الهيكل الشبكي الفولاذي:
يستطيع الهيكل الشبكي الفولاذي أن يتحمل الأحمال القادمة من اتجاهات متعددة. على عكس الهياكل المستوية التي تعمل بفعالية فقط في مستواها الخاص، يقوم الهيكل الإنشائي الشبكي بتوزيع ونقل الأحمال الرأسية والأفقية بانتظام عبر جميع عناصره. يخلق التفاعل بين الأعضاء نظامًا ثلاثي الأبعاد مستقرًا. فعلى سبيل المثال، عند تعرض الهيكل لأحمال غير متجانسة، قد يتعرض الجمالون المستوي للالتواء أو الانبعاج، بينما يقاوم الهيكل الشبكي الفولاذي هذا النوع من التشوه بفضل ثبات شبكته الفراغية.
في الهياكل الشبكية الفولاذية، تتحمل الأعضاء قوى شد وضغط محورية، ويتم تحديد الشكل المقطعي والأبعاد بناءً على معايير الاستقرار والقدرة على التحمل لتقليل الهدر في المواد. تتميز هذه الهياكل بمرونة عالية في الاستخدام، إذ يمكن دمج أنظمة التهوية والأنابيب والمعدات داخلها. كما يمكنها تغطية مساحات كبيرة دون الحاجة إلى دعامات وسطية، مما يخلق فضاءات داخلية واسعة ومفتوحة.
الهيكل الشبكي الفضائي الخاص: هذا النوع أقل انتظامًا من الهياكل التقليدية ويُصمم بأشكال هندسية لتلبية وظائف معمارية محددة. على سبيل المثال، تُستخدم أسقف متموجة بأطوال وارتفاعات مختلفة، ويتم تحقيق الشكل غير المنتظم من خلال التوزيع غير المتماثل للأعضاء والوصلات الخاصة. يمكن لـالهياكل الإنشائية الشبكية الخاصة أن تُكوّن منحنيات وأسطح معمارية ثلاثية الأبعاد معقدة، وتوجه تدفق مياه الأمطار، وتُشكل أسطحًا حرة الشكل تمنح المبنى مظهرًا ديناميكيًا.
نظرًا لشكلها غير المنتظم، يكون سلوك الأحمال في الهياكل الشبكية الفولاذية الخاصة أكثر تعقيدًا من الهياكل المنتظمة، مما يؤثر بشكل مباشر على مقاومتها للأحمال الأفقية.
الهيكل الشبكي الأنبوبي الفضائي الخاص: لا يخضع هذا النظام للقيود الهندسية التقليدية، إذ يتيح تصميمات حرة ذات التواءات وزوايا واسعة. تتميز أسطحه بخطوط انسيابية وتصميمات متنوعة توفر مرونة عالية في استغلال الفضاء وتمنح تجربة معمارية غنية ومتميزة.
نظرًا للشكل غير المنتظم لهذا الهيكل الشبكي الأنبوبي الفضائي الخاص، فإن توزيع القوى يصبح أكثر تعقيدًا، ولا يتم نقل الأحمال بطريقة خطية كما في الهياكل التقليدية. ومع ذلك، يمكن خلال مرحلة التصميم الاستفادة الكاملة من المواد من خلال حسابات دقيقة تسمح بتحقيق أقصى أداء في الشد والضغط. ويُعتبر الأنبوب العنصر الأهم في الهيكل الإنشائي الشبكي الخاص، حيث يمنح المادة صلابة وقوة أكبر من الأعمدة الصلبة التقليدية.
وعندما تكون المتطلبات الجمالية عالية، يجب أن يتناسق مظهر العقد والوصلات مع الشكل المعماري العام للهيكل الخاص دون الإخلال بالمظهر العام. على سبيل المثال، في مبنى الهيكل الشبكي الأنبوبي الفولاذي الفريد من نوعه، يمكن إخفاء العقد أو تزيينها لتندمج مع تصميم الأنابيب بطريقة أنيقة.
متحف سرطان البحر في بحيرة يانغتشنغ، 2022
متحف سرطان البحر في بحيرة يانغتشنغ يقع في مدينة سوتشو بمقاطعة جيانغسو. تم بناؤه بواسطة شركة Suzhou Wujiang XTD Steel Structure Engineering Co., Ltd بمساحة إنشائية تبلغ حوالي 4,630 مترًا مربعًا، وهو مثال على الهيكل الشبكي الفولاذي غير المنتظم.
متحف القناة الشرقية لمقاطعة تشيجيانغ، 2023
يقع متحف القناة الشرقية في مدينة شاوشينغ، وتم بناؤه أيضًا بواسطة شركة Suzhou Wujiang XTD Steel Structure Engineering Co., Ltd. وهو عبارة عن هيكل إنشائي شبكي غير منتظم تبلغ مساحته حوالي 34,000 متر مربع.
أمثلة معمارية على الهياكل الشبكية الفولاذية:
جناح الآلات في معرض باريس العالمي 1867
تم تصميم جناح الآلات في معرض باريس العالمي بواسطة المهندسين J.B. Krantz وEiffel، واكتمل بناؤه عام 1867. استخدم ثلاثة أقواس فولاذية مفصلية مع هيكل شبكي فولاذي في المقطع العرضي. احتوى على 20 قوسًا فولاذيًا بعرض 115 مترًا وطول 420 مترًا، مما وفر مساحة داخلية هائلة وخالية من الأعمدة.
دار أوبرا سيدني، 1973
دار أوبرا سيدني صممها المعماري يورن أوتزون واكتمل بناؤها عام 1973. تتكون من ثلاث قباب ضخمة مصنوعة من عناصر خرسانية مسبقة الصنع مدعومة بـهياكل شبكية فولاذية. تقع في مدينة سيدني بأستراليا وتُعد من أبرز المباني المعمارية في القرن العشرين.
مبنى الركاب في مطار سان فرانسيسكو الدولي، 2000
تم تصميم مبنى الركاب في مطار سان فرانسيسكو الدولي بواسطة شركة Skidmore, Owings & Merrill (SOM) وفِرق هندسية أخرى. اكتمل التصميم عام 1995 وتم الانتهاء من البناء عام 2000. استخدم السقف العلوي هيكلًا شبكيًا فولاذيًا فضائيًا يجمع بين الجمال المعماري والتقنية الحديثة.
