الهيكلة (البناء)

الموسوعة الحرة

جدران إطارية مسبقة الصنع في موقع بناء مزود برافعات برجية
إقامة هيكل خشبي في صباح، ماليزيا
الهياكل الإنشائية لمجمع سكني في روجرز، مينيسوتا عام 2023

في مجال البناء ، يُقصد بالهيكل تجميع القطع معًا لتكوين بنية ، وخاصة مبنى ، ودعمها ومنحها الشكل المطلوب. [ 1 ] عادةً ما تكون مواد الهيكل من الخشب ، أو الخشب المُهندس ، أو الفولاذ الإنشائي . أما البديل للبناء الهيكلي فيُعرف عمومًا باسم بناء الجدران الكتلية ، حيث تُستخدم طبقات أفقية من مواد مُكدسة مثل جذوع الأشجار ، والبناء الحجري ، والطوب المدكوك ، والطوب اللبن ، وغيرها، دون الحاجة إلى هيكل.

ينقسم هيكل المباني إلى فئتين رئيسيتين: [ 2 ] الهيكل الثقيل ، حيث تكون الدعامات الرأسية قليلة وثقيلة، كما هو الحال في الهياكل الخشبية ، وهياكل المباني ذات الأعمدة ، والهياكل الفولاذية ؛ والهيكل الخفيف، حيث تكون الدعامات أكثر عددًا وأصغر حجمًا، كما هو الحال في الهياكل البالونية ، وهياكل المنصات، والهياكل الفولاذية الخفيفة، والهياكل الجاهزة. وقد أصبح الهيكل الخفيف، باستخدام الأخشاب ذات الأبعاد القياسية ، أسلوب البناء السائد في أمريكا الشمالية وأستراليا نظرًا لاقتصاديته؛ إذ يسمح استخدام الحد الأدنى من مواد البناء للبنائين بتغطية مساحة كبيرة بأقل تكلفة مع تحقيق تنوع واسع في الأنماط المعمارية.

تستمد الهياكل الحديثة ذات الإطارات الخفيفة قوتها عادةً من الألواح الصلبة ( الخشب الرقائقي ومواد مركبة أخرى شبيهة بالخشب الرقائقي مثل ألواح الخشب الموجه (OSB) المستخدمة لتشكيل أجزاء من الجدران أو كلها)، ولكن حتى وقت قريب، كان النجارون يستخدمون أشكالًا مختلفة من الدعامات القطرية لتثبيت الجدران. ولا تزال الدعامات القطرية جزءًا داخليًا أساسيًا في العديد من أنظمة الأسقف، كما أن دعامات مقاومة الرياح داخل الجدران مطلوبة بموجب قوانين البناء في العديد من البلديات أو بموجب قوانين الولايات الفردية في الولايات المتحدة. وتزداد شيوع جدران القص ذات الإطارات الخاصة لمساعدة المباني على تلبية متطلبات هندسة الزلازل وهندسة الرياح .

تاريخ

تاريخيًا، كان الناس يجمعون أعمدة خشبية ذات أشكال طبيعية معًا لتشكيل الهيكل، ثم بدأوا باستخدام الوصلات لربط الأخشاب، وهي طريقة تُعرف اليوم باسم البناء الخشبي التقليدي أو بناء جذوع الأشجار . في الولايات المتحدة، حلّت تقنية البناء بالبالون محل البناء الخشبي التقليدي بدءًا من ثلاثينيات القرن التاسع عشر. تعتمد تقنية البناء بالبالون على استخدام العديد من عناصر الجدران خفيفة الوزن، والتي تُسمى الدعامات ، بدلًا من عدد أقل من الدعامات الأثقل وزنًا، والتي تُسمى الأعمدة؛ حيث تُثبّت مكونات البناء بالبالون معًا بالمسامير بدلًا من تركيبها باستخدام الوصلات . تمتد الدعامات في إطار البناء بالبالون طابقين من العتبة إلى اللوح. حلّت تقنية البناء بالمنصة محل تقنية البناء بالبالون، وهي الطريقة القياسية لبناء الهياكل الخشبية اليوم. يأتي الاسم من كون كل مستوى طابق يُبنى كوحدة أو منصة منفصلة. وقد ازداد استخدام الجدران والأرضيات المصنّعة مسبقًا في المصانع نظرًا لتوفيرها للوقت والتكلفة. ( التصنيع المسبق ) تُصنع الجدران عادةً في المصانع ثم تُشحن إلى مواقع العمل المختلفة. وقد حسّنت هذه العملية من سرعة البناء في الموقع.

كان البناء الهيكلي نادر الاستخدام في الدول الاسكندنافية قبل القرن العشرين نظرًا لوفرة الأخشاب، وتوافر الأيدي العاملة الرخيصة، وتفوق جذوع الأشجار في العزل الحراري. ولذلك، استُخدم الهيكل الخشبي في البداية للمباني غير المُدفأة مثل مباني المزارع والمباني الملحقة والفلل الصيفية، ولم يُستخدم في المنازل إلا مع تطور عزل الجدران. [ 3 ]

عناصر إطار البالون

الجدران

يشمل هيكل الجدران في بناء المنازل العناصر الرأسية والأفقية للجدران الخارجية والفواصل الداخلية، سواءً كانت جدرانًا حاملة أو غير حاملة. تُعرف هذه العناصر الخشبية ، التي تُسمى أيضًا بالأعمدة الخشبية وألواح الجدران والعتبات ( وتُسمى أحيانًا بالرؤوس )، بأنها قاعدة تثبيت لجميع مواد التغطية، كما تدعم منصات الطوابق العلوية التي توفر الدعم الجانبي على طول الجدار. قد تكون هذه المنصات عبارة عن هيكل مُغلق للسقف ، أو عوارض السقف والأرضية للطابق العلوي. [ 4 ] في مجال البناء، يُشار إلى هذه التقنية بمسميات مختلفة، مثل "الهيكل الخشبي" أو "الهيكل الخشبي والمنصة" أو "الهيكل الخشبي والصندوقي "، حيث تُوفر الأعمدة الخشبية الدعم الرأسي للهيكل، بينما تدعم أقسام الأرضية الصندوقية الشكل، التي تحتوي على عوارض داخل أعمدة وعتبات طويلة (وتُسمى عادةً بالرؤوس )، وزن ما هو أعلى منها، بما في ذلك الجدار التالي والسقف فوق الطابق العلوي. كما توفر المنصة دعمًا جانبيًا ضد الرياح، وتحافظ على استقامة الجدران الخشبية وزواياها القائمة. أي منصة سفلية تدعم وزن المنصات والجدران فوق مستوى العوارض والروافد المكونة لها.

في بعض البلدان، تخضع أخشاب البناء لمعايير منظمة تتطلب ختمًا للجودة، ومحتوى رطوبة لا يتجاوز 19%. [ 5 ]

توجد أربع طرق شائعة تاريخياً لبناء هيكل المنزل.

  • نظام الأعمدة والجسور ، والذي يستخدم الآن بشكل أساسي في بناء الحظائر.
  • البناء ذو ​​الإطار المدعم، والمعروف أيضًا بالإطار الكامل، والإطار النصفي، [ 6 ] وإطار نيو إنجلاند المدعم، [ 7 ] والإطار المركب، [ 8 ] وهو شكل مبكر من أشكال البناء الخفيف الذي استمر حتى أربعينيات القرن العشرين في شمال شرق الولايات المتحدة، [ 9 ] ويتميز بالاستخدام المستمر للعوارض، وأعمدة الزوايا، والدعامات، والتي غالبًا ما يتم تثبيتها عن طريق وصلات نقر ولسان، وتثبيتها بمسامير. [ 8 ]
  • كان استخدام تقنية تعليق الأرضيات من الجدران في بناء المنازل شائعًا حتى أواخر الأربعينيات، ولكن منذ ذلك الحين، أصبح بناء المنازل باستخدام المنصات هو الشكل السائد في بناء المنازل. [ 10 ]
  • غالبًا ما تُشكّل إطارات المنصات أقسام الجدران أفقيًا على الأرضية الفرعية قبل التشييد، مما يُسهّل وضع الدعامات ويزيد من الدقة مع تقليل عدد العمال اللازمين. تُثبّت الألواح العلوية والسفلية في كل دعامة بمسمارين لا يقل طولهما عن 83 مم ( 3 + 1/4 بوصة ) (مسامير 16d أو 16 بنسًا ). تُضاعف الدعامات على الأقل (لإنشاء أعمدة) عند الفتحات، ويُقطع العارضة العلوية لاستقبال العتبات التي تُوضع وتُثبّت من خلال الدعامات الخارجية. [ 10 ]  
غلاف عازل للرطوبة مع شريط مانع للتسرب

تُركّب ألواح التغطية الجدارية، والتي عادةً ما تكون من الخشب الرقائقي أو مواد أخرى مُصفّحة، على الهيكل قبل التشييد، مما يُغني عن الحاجة إلى السقالات ، ويُسرّع عملية البناء، ويُقلّل من الحاجة إلى العمالة والتكاليف. تُوفّر بعض أنواع التغطية الخارجية، مثل الألواح الليفية المُشبعة بالأسفلت ، والخشب الرقائقي، وألواح الخشب المُوجّه ، وألواح الرقائق ، دعامات كافية لمقاومة الأحمال الجانبية والحفاظ على استقامة الجدار (تشترط قوانين البناء في معظم المناطق استخدام ألواح خشبية رقائقية صلبة). بينما لا تُوفّر أنواع أخرى، مثل ألواح الألياف الزجاجية الصلبة، أو الألواح الليفية المطلية بالأسفلت، أو ألواح البوليسترين أو البولي يوريثان ، هذه الدعامات. [ 4 ] في هذه الحالة الأخيرة، يجب تدعيم الجدار بدعامات خشبية أو معدنية قطرية مُثبّتة في الدعامات. [ 11 ] في المناطق الخاضعة لعواصف الرياح القوية (دول الأعاصير، ممرات الأعاصير ) تتطلب القوانين المحلية أو قوانين الولاية عمومًا كلًا من دعامات الرياح القطرية والغطاء الخارجي الصلب بغض النظر عن نوع ونوع الأغطية الخارجية المقاومة للعوامل الجوية.

وأخيرًا، عادةً ما يتم تغطية الجزء الخارجي من غلاف الجدار بألواح جانبية لحمايته من العوامل الجوية ولأسباب زخرفية.

الزوايا

يُستخدم عادةً عمود متعدد الدعامات، يتكون من ثلاث دعامات على الأقل، عند الزوايا الخارجية والتقاطعات لتأمين ربط جيد بين الجدران المتجاورة. وهو يوفر دعماً للتثبيت بالمسامير للتشطيبات الداخلية والتغليف الخارجي. مع ذلك، يجب تأطير الزوايا والتقاطعات بدعامات لا تقل عن اثنتين. [ 12 ]

يلزم تثبيت دعامات لحواف السقف عند نقطة التقاء الجدار بالسقف حيث تمتد القواطع بالتوازي مع عوارض السقف. ويُشار إلى هذه المادة عادةً باسم الخشب الميت أو الدعامة. [ 13 ]

دعامات الجدران الخارجية

يشمل هيكل الجدران في بناء المنازل العناصر الرأسية والأفقية للجدران الخارجية والفواصل الداخلية. وتُعرف هذه العناصر باسم الدعامات والألواح الجدارية والعتبات، وتعمل كقاعدة تثبيت لجميع مواد التغطية، كما تدعم الطوابق العلوية والسقف. [ 4 ]

تُعدّ أعمدة الجدران الخارجية العناصر الرأسية التي تُثبّت عليها ألواح التغطية والكسوة الجدارية . [ 14 ] وهي تستند على لوح سفلي أو عتبة أساس ، وتدعم بدورها اللوح العلوي. تتكون هذه الأعمدة عادةً من خشب بأبعاد 38 مم × 89 مم أو 38 مم × 140 مم ، وتكون المسافة بينها عادةً 410 مم . يمكن تغيير هذه المسافة إلى 300 مم أو 610 مم حسب الحمل والقيود التي يفرضها نوع وسماكة غطاء الجدار المستخدم . كما يمكن استخدام أعمدة أعرض بأبعاد 38 مم × 140 مم لتوفير مساحة أكبر للعزل . يمكن توفير عزل إضافي يتجاوز ما يمكن استيعابه ضمن مسافة 3.5 بوصة بين الدعامات الخشبية ، وذلك بوسائل أخرى، مثل العزل الصلب أو شبه الصلب، أو ألواح العزل بين شرائح خشبية أفقية مقاس 1.5 × 1.5 بوصة ، أو غلاف عازل صلب أو شبه صلب يُغطي الجزء الخارجي من الدعامات. تُثبّت الدعامات على ألواح جدارية أفقية علوية وسفلية مصنوعة من خشب مقاس 1.5 بوصة ، بنفس عرض الدعامات. [ 5 ]        

القواطع الداخلية

تُسمى الجدران الداخلية التي تحمل أحمال الأرضيات أو الأسقف أو الأسطح بالجدران الحاملة، بينما تُسمى الجدران الأخرى بالجدران غير الحاملة أو ببساطة الجدران الفاصلة. تُبنى الجدران الداخلية الحاملة بنفس طريقة بناء الجدران الخارجية. عادةً ما تكون الدعامات الخشبية بأبعاد 38 مم × 89 مم (1.5 بوصة × 3.5 بوصة ) متباعدة بمسافة 410 مم (16 بوصة ) بين مراكزها. يمكن تغيير هذه المسافة إلى 300 مم (12 بوصة) أو 610 مم (24 بوصة) حسب الأحمال التي تتحملها ونوع وسماكة طبقة التشطيب المستخدمة. [ 12 ]          

يمكن بناء الفواصل باستخدام أعمدة خشبية بأبعاد 38 مم × 64 مم أو 38 مم × 89 مم ، بمسافة 410 مم أو 610 مم بين مراكزها ، وذلك حسب نوع وسماكة تشطيب الجدار المستخدم . في حال عدم وجود باب مفصلي في الفاصل، تُستخدم أحيانًا أعمدة خشبية بأبعاد 38 مم × 89 مم بمسافة 410 مم بين مراكزها، مع جعل الوجه العريض للعمود موازيًا للجدار . يُستخدم هذا عادةً فقط للفواصل التي تُحيط بخزائن الملابس أو الدواليب لتوفير المساحة . ولأن الفواصل لا تتحمل أي حمل رأسي ، يمكن استخدام أعمدة خشبية مفردة عند فتحات الأبواب. يمكن تغطية الجزء العلوي من الفتحة بقطعة واحدة من الخشب بقياس 38 مم ( 1 + 1/2 بوصة ) بنفس عرض الدعامات. توفر هذه القطع دعامة للتثبيت بالمسامير لتشطيب الجدران وإطارات الأبواب والزخارف . [ 12 ]                        

العتبات (الرؤوس)

العتبات (أو الروافد) هي العناصر الأفقية التي توضع فوق النوافذ والأبواب والفتحات الأخرى لتحمل الأحمال إلى الدعامات المجاورة. [ 4 ] تُصنع العتبات عادةً من قطعتين من الخشب  بسمك 38 مم (بوصتين اسميتين  )، مفصولتين بفواصل بعرض الدعامات، ومثبتتين معًا بالمسامير لتشكيل وحدة واحدة. في أغلب الأحيان، تُثبت العتبات معًا بالمسامير دون فواصل لتشكيل عارضة صلبة، مما يسمح بملء التجويف المتبقي بالعزل من الداخل. يُفضل استخدام مادة عازلة صلبة للفواصل. [ 14 ] يُحدد عمق العتبة بعرض الفتحة والأحمال الرأسية التي تتحملها.

أقسام الجدران

مقطع جداري نموذجي في إطار المنصة
  1. معاق
  2. رأس النافذة
  3. اللوحة العلوية / لوحة الجدار العلوي
  4. عتبة النافذة
  5. عشيق
  6. لوحة العتبة / لوحة القاعدة / اللوحة السفلية

ثم تُرفع أقسام الجدار كاملةً وتُوضع في مكانها، وتُضاف دعامات مؤقتة، وتُثبّت الألواح السفلية بمسامير عبر الأرضية الفرعية إلى عناصر هيكل الأرضية. يجب أن يكون بُعد الدعامات الأكبر على الجانب الرأسي، وأن تسمح بتعديل الوضع الرأسي للجدار. [ 11 ]

بعد التأكد من استقامة الأجزاء المُجمّعة، تُثبّت معًا بالمسامير عند الزوايا والتقاطعات. غالبًا ما يُوضع شريط من البولي إيثيلين بين الجدران الداخلية والجدار الخارجي، وفوق اللوح العلوي الأول للجدران الداخلية قبل وضع اللوح العلوي الثاني، وذلك لضمان استمرارية حاجز الهواء عندما يؤدي البولي إيثيلين هذه الوظيفة. [ 11 ]

ثم تُضاف صفيحة علوية ثانية، مع إزاحة وصلاتها مسافة لا تقل عن مسافة دعامة واحدة عن وصلات الصفيحة السفلية. عادةً ما تتداخل هذه الصفيحة العلوية الثانية مع الصفيحة الأولى عند الزوايا وتقاطعات التقسيم، وعند تثبيتها بالمسامير، توفر رابطًا إضافيًا للجدران الهيكلية. في حال عدم تداخل الصفيحة العلوية الثانية مع الصفيحة السفلية مباشرةً عند الزوايا وتقاطعات التقسيم، يمكن ربطها بألواح فولاذية مجلفنة بسماكة 0.91 مم (0.036 بوصة) وعرض لا يقل عن 76 مم ( 3 بوصات ) وطول لا يقل عن 150 مم ( 6 بوصات) ، مثبتة بثلاثة مسامير على الأقل بطول 64 مم ( 2.5 بوصة ) لكل جدار. [ 11 ]        

إطار مدعم

يُعدّ بناء الإطار المدعوم ، المعروف أيضًا بالإطار الكامل، أو الإطار النصفي، [ 6 ] أو إطار نيو إنجلاند المدعوم، [ 7 ] أو الإطار المركب، [ 8 ] شكلاً مبكرًا من أشكال البناء الخفيف، وقد تطور من بناء الإطارات الخشبية الثقيلة التي سبقته. يتميز هذا النوع باستمرار استخدام العوارض، وأعمدة الزوايا، والدعامات. تُثبّت القطع باستخدام وصلات نقر ولسان، وتُربط بمسامير مع تثبيت الدعامات بالعوارض والعتبات. [ 8 ] نظرًا للظهور المبكر للمناشر (في وقت مبكر من عام 1635 في نيو هامبشاير)، [ 15 ] فقد استُخدمت الدعامات الخفيفة بين الزوايا الثقيلة في بناء الإطارات الخشبية في المستعمرات الإنجليزية الشمالية الشرقية في أمريكا الشمالية في وقت مبكر من عام 1637. كتب نورمان إيشام : "في بعض الأحيان، كان الهيكل يُغطى بألواح عمودية تُثبّت على العتبات والألواح والعوارض دون أي إطار وسيط، ولكن في عدد أكبر من المنازل، تُملأ الفراغات بين الأخشاب الثقيلة بعصي عمودية أخف وزنًا تُسمى الدعامات." [ 16 ] وقد ساهم ازدهار صناعة المسامير في أوائل القرن التاسع عشر في تسريع عملية تجميع الهيكل، حيث طُوّرت بعض أولى الآلات في أواخر القرن الثامن عشر في ماساتشوستس. اخترع جاكوب بيركنز من نيوبورت، ماساتشوستس ، آلة قادرة على إنتاج 10000 مسمار يوميًا. [ 15 ]

كانت المباني المكونة من ثلاثة طوابق في نيو إنجلاند تُبنى بشكل شائع بهذا الشكل، والذي يُشار إليه في تصاريح البناء القديمة باسم "الإطار المتصل".

استمر استخدامه حتى أربعينيات القرن العشرين في شمال شرق الولايات المتحدة، [ 9 ] عندما تم استبداله تدريجياً بإطار المنصة.

تأطير البالونات

مثال غير مألوف على تقنية بناء الهياكل الخشبية: حظيرة جيم كيني الدائرية، أديلين، إلينوي، الولايات المتحدة الأمريكية

يُعدّ البناء بالبالون أسلوبًا في البناء الخشبي يُستخدم بشكل أساسي في المناطق الغنية بالغابات اللينة ، مثل الدول الاسكندنافية وكندا والولايات المتحدة (حتى منتصف خمسينيات القرن العشرين)، وحول غابة ثيتفورد في نورفولك، إنجلترا . ويُشتقّ الاسم من نوع بناء فرنسي من ولاية ميسوري، يُعرف باسم " ميزون أون بولان" [ 17 ] ، حيث يُشير مصطلح "بولان " إلى دعامة سقالات أفقية. وكان يُعرف أيضًا باسم "بناء شيكاغو" في القرن التاسع عشر. [ 18 ]

يستخدم نظام البناء بالبالون عناصر هيكلية طويلة متصلة (أعمدة جدارية) تمتد من عتبة النافذة إلى اللوح العلوي، مع تركيب هياكل أرضية وسيطة فيها وتثبيتها بالمسامير. [ 19 ] [ 20 ] ويتم تحديد ارتفاعات عتبات النوافذ والعوارض وارتفاع الطابق التالي على هذه الأعمدة باستخدام عصا قياس . كان هذا النظام شائعًا في الماضي عندما كانت الأخشاب الطويلة متوفرة بكثرة، ولكنه استُبدل إلى حد كبير بنظام البناء بالمنصة .

ليس من المؤكد من أدخل تقنية البناء بالإطارات الخشبية إلى الولايات المتحدة. قد تكون مباني أوائل القرن التاسع عشر في سانت جينيفيف، ميزوري ، نماذج أولية لهذه التقنية. [ 17 ] أول مبنى استخدم هذه التقنية بوضوح كان مستودعًا شُيّد عام 1832 في شيكاغو على يد جورج واشنطن سنو أو أوغسطين ديودات تايلور. [ 21 ] [ 15 ] وصل الرجلان إلى شيكاغو من نيو إنجلاند، حيث كان استخدام الأخشاب الخفيفة شائعًا بالفعل. [ 16 ] يستشهد الناقد المعماري سيغفريد جيديون بنسب المهندس المعماري جون إم. فان أوسدل من شيكاغو في ثمانينيات القرن التاسع عشر، بالإضافة إلى كتاب تاريخ شيكاغو الذي ألفه إيه تي أندرياس عام 1885، لينسب إلى سنو "مخترع طريقة البناء بالإطارات الخشبية". [ 22 ] [ 23 ] في عام 1833، بنى تايلور أول كنيسة كاثوليكية في شيكاغو، وهي كنيسة سانت ماري، باستخدام طريقة البناء بالإطارات الخشبية. تم نقل هذا المبنى وإعادة بنائه عدة مرات قبل أن يحترق في حريق شيكاغو الكبير عام 1871. [ 24 ]

في ثلاثينيات القرن التاسع عشر، نشر سولون روبنسون مقالاتٍ حول نظام بناءٍ ثوريٍّ جديد، أطلق عليه البناؤون اللاحقون اسم "البناء الإطاري البالوني". يعتمد نظام روبنسون على استخدام ألواح خشبية قياسية بقياس 2×4 بوصة تُثبّت معًا لتشكيل هيكلٍ متينٍ وخفيف. كان البناؤون مترددين في تبني هذه التقنية؛ ومع ذلك، بحلول ثمانينيات القرن التاسع عشر، أصبح استخدام نوعٍ ما من البناء الإطاري بقياس 2×4 بوصة معيارًا. [ 25 ]

على الرغم من وفرة الأخشاب في أمريكا خلال القرن التاسع عشر، إلا أن العمالة الماهرة كانت شحيحة. وقد ساهم ظهور المسامير الرخيصة المصنعة آليًا، إلى جانب مناشر الأخشاب التي تعمل بالطاقة المائية في أوائل القرن التاسع عشر، في جعل أسلوب البناء بالإطارات الخشبية جذابًا للغاية، لأنه لم يكن يتطلب نجارين ذوي مهارات عالية، على عكس وصلات التعشيق والنقر واللسان التي تتطلبها أنظمة البناء التقليدية. ولأول مرة، أصبح بإمكان أي مزارع بناء مبانيه بنفسه دون الحاجة إلى فترة تدريب طويلة. [ 26 ]

قيل إن تقنية البناء بالأعمدة الخشبية ساهمت في انتشار المباني في غرب الولايات المتحدة والمقاطعات الغربية لكندا. ولولاها، لما ازدهرت المدن الغربية بين عشية وضحاها. [ 27 ] مع ذلك، تطلبت هذه التقنية استخدام أعمدة خشبية طويلة جدًا، ومع نضوب الأشجار الطويلة في عشرينيات القرن الماضي، شاع استخدام تقنية البناء بالأعمدة الخشبية المسطحة. [ 28 ]

تُشكّل الهياكل الخشبية ذات الإطار البالوني تحديات في مكافحة الحرائق، إذ تفتقر العديد من المباني القديمة ذات هذا الإطار إلى حواجز أو حواجز مقاومة للحريق في تجاويف الإطار المفتوحة، ما يسمح بانتشار الحريق عموديًا في وقت قصير. ونظرًا لترابط تجاويف إطار الأرضية والجدران، يُمكن أن ينتشر الحريق بسرعة في جميع أنحاء المبنى. وقد بُنيت العديد من هذه المباني قبل سنّ قوانين البناء التي تُلزم باستخدام حواجز مقاومة للحريق، ما يسمح بانتشار الحريق من القبو إلى العلية في غضون دقائق. [ 29 ]

يتمثل الاختلاف الرئيسي بين نظامي البناء ذي الهيكل المنصتي والهيكل ذي الهيكل البالوني في خطوط الأرضيات. تمتد دعامات الجدران البالونية من عتبة الطابق الأول وصولاً إلى اللوح العلوي أو العارضة النهائية للطابق الثاني. أما جدار الهيكل المنصتي، فهو مستقل لكل طابق. [ 30 ]

مواد

تُصنع مواد الهياكل الخفيفة غالبًا من الخشب أو الفولاذ المستطيل، أو الأنابيب، أو قنوات C. تُربط قطع الخشب عادةً بمسامير أو براغي، بينما تُربط قطع الفولاذ ببراغي ذات رأس مسطح أو صواميل وبراغي. تُفضل أنواع الأخشاب اللينة مثل التنوب والصنوبر والشوح للعناصر الإنشائية الخطية. تتراوح أبعاد مواد الهياكل الخفيفة من 38 × 89 مم (1.5 × 3.5 بوصة) ، أي ما يعادل أبعاد لوحين في أربعة بوصات، إلى 5 × 30 سم (بوصتين في 12 بوصة) في المقطع العرضي، وتتراوح أطوالها من 2.5 متر (8.2 قدم) للجدران إلى 7 أمتار (23 قدمًا) أو أكثر للعوارض والركائز. وقد بدأ المهندسون المعماريون مؤخرًا بتجربة استخدام إطارات الألمنيوم المعيارية المقطوعة مسبقًا لتقليل تكاليف البناء في الموقع.      

تُقسّم ألواح الجدران المبنية من الدعامات إلى أقسام تُشكّل فتحاتٍ أولية للأبواب والنوافذ . وعادةً ما تُغطّى هذه الفتحات بعتبةٍ علوية أو عتبةٍ سفلية تحمل وزن الهيكل فوقها. تُبنى العتبات العلوية عادةً لترتكز على دعاماتٍ سفلية . تُحدّد المناطق المحيطة بالنوافذ بعتبةٍ سفلية أسفل النافذة، ودعاماتٍ سفلية قصيرة تمتد من اللوح السفلي إلى العتبة السفلية، وأحيانًا من أعلى النافذة إلى العتبة العلوية، أو من العتبة العلوية إلى اللوح العلوي. تُوفّر الدعامات القطرية المصنوعة من الخشب أو الفولاذ مقاومةً للقص (مقاومةً أفقية)، وكذلك ألواح التغطية المثبتة بالمسامير على الدعامات والعتبات العلوية.

إطار معدني خفيف الوزن

تتضمن أقسام الجدران عادةً لوحًا سفليًا يُثبّت على هيكل الأرضية، ولوحًا علويًا واحدًا، أو لوحين في أغلب الأحيان، يربطان الجدران ببعضها ويوفران دعامة للهياكل فوق الجدار. وتتضمن إطارات الأرضيات الخشبية أو الفولاذية عادةً عارضة حافة حول محيط نظام عوارض الأرضية، وغالبًا ما تتضمن مواد ربط بالقرب من مركز الامتداد لمنع الانبعاج الجانبي للعناصر الممتدة. في المباني المكونة من طابقين، تُترك فتحات في نظام الأرضية لدرج، حيث تُثبّت قوائم الدرج ودرجاته في أغلب الأحيان على أسطح مربعة مقطوعة في عوارض الدرج المائلة.

تشمل أغطية الجدران الداخلية في المباني ذات الإطار الخفيف عادةً ألواح الجدران ، والشبك والجص، أو الألواح الخشبية المزخرفة .

تشمل التشطيبات الخارجية للجدران والأسقف عادةً ألواح الخشب الرقائقي أو الألواح المركبة ، وقشرة الطوب أو الحجر ، وأنواعًا مختلفة من الجص . أما الفراغات بين الدعامات، والتي عادةً ما تكون على مسافة 40-60 سم (16-24 بوصة) ، فتُملأ عادةً بمواد عازلة ، مثل حشوة الألياف الزجاجية ، أو حشوة السليلوز المصنوعة أحيانًا من ورق الجرائد المعاد تدويره والمعالج بمضافات البورون للوقاية من الحرائق ومكافحة الآفات .  

في البناء الطبيعي ، يمكن استخدام بالات القش والطوب اللبن والطوب الطيني للجدران الخارجية والداخلية على حد سواء .

يُطلق على الجزء من الهيكل الإنشائي الذي يمتد قطريًا عبر الجدار اسم "قضيب T". وهو يمنع الجدران من الانهيار في الرياح العاتية.

يُستخدم الخشب المعالج بالضغط عندما تتعرض اللوحة السفلية للرطوبة الخارجية، حتى عند ملامستها للخرسانة.

الأسطح

دعامات خشبية ملقاة على الأرض
خطوة مبكرة في تأطير السقف في الولايات المتحدة حوالي عام 1955. يقوم النجار بحمل عارضتين من عوارض السقف متصلتين بعمود القمة لوضعهما في مكانهما في الطرف البعيد من الهيكل.

عادةً ما تُبنى الأسقف لتوفير سطح مائل يهدف إلى تصريف مياه الأمطار أو الثلوج، وتتراوح ميولها من 1:15 (أقل من بوصة واحدة لكل قدم طولي من الامتداد الأفقي) إلى ميول شديدة الانحدار تزيد عن 2:1. ويُطلق على الهيكل ذي الإطار الخفيف المبني في الغالب داخل جدران مائلة والتي تعمل أيضًا كسقف اسم " الإطار المثلث" .

في أمريكا الشمالية، تُغطى الأسطح عادةً بألواح مصنوعة من الأسفلت والألياف الزجاجية والحصى الناعم، ولكن تُستخدم مجموعة واسعة من المواد. [ 31 ] يُستخدم القطران المنصهر غالبًا لعزل الأسطح المسطحة، ولكن تشمل المواد الأحدث المطاط والمواد الاصطناعية. تُعد الألواح الفولاذية من أغطية الأسطح الشائعة في بعض المناطق، نظرًا لمتانتها. أما أسطح الأردواز أو القرميد فتُوفر خيارات تغطية تاريخية أكثر للأسطح ذات الهياكل الخفيفة.

تتيح طرق البناء ذات الهياكل الخفيفة سهولة إنشاء تصاميم فريدة للأسقف؛ فالأسقف الهرمية، على سبيل المثال، تميل باتجاه الجدران من جميع الجهات وتتصل عند عوارض هرمية تمتد من الزوايا إلى قمة السقف. تتشكل الوديان عندما يصب قسمان مائلان من السقف باتجاه بعضهما البعض. أما النوافذ العلوية فهي مساحات صغيرة تقطع فيها الجدران الرأسية خط السقف، وتُغطى بمنحدرات بزاوية قائمة عادةً على قسم السقف الرئيسي. تتشكل الجملونات عندما ينتهي قسم طولي من السقف المائل ليشكل جدارًا مثلث الشكل. تتشكل النوافذ العلوية نتيجة انقطاع على طول ميل السقف حيث يربطه جدار رأسي قصير بقسم آخر من السقف. غالبًا ما تُحاط الأسقف المسطحة، التي تتضمن عادةً ميلًا اسميًا على الأقل لتصريف المياه، بجدران حاجزية بها فتحات (تُسمى مصارف ) لتصريف المياه. تُبنى مصارف مائلة في الأسقف لتوجيه المياه بعيدًا عن مناطق سوء التصريف، مثل خلف المدخنة في أسفل القسم المائل.

بناء

غالباً ما تُقام المباني ذات الهياكل الخفيفة في المناطق ذات العمق الضحل أو المعدوم للصقيع على أساسات خرسانية متجانسة تُستخدم كأرضية ودعامة للهيكل. كما تُبنى مبانٍ أخرى ذات هياكل خفيفة فوق مساحة زحف أو قبو ، باستخدام عوارض خشبية أو فولاذية تمتد بين جدران الأساس، والتي عادةً ما تُبنى من الخرسانة المصبوبة أو كتل الخرسانة .

تُستخدم المكونات الهندسية عادةً لتشكيل هياكل الأرضيات والأسقف بدلاً من الخشب الصلب. تُصنع العوارض الخشبية على شكل حرف I (العوارض الشبكية المغلقة) غالبًا من الأخشاب الرقائقية، وخاصةً خشب الحور المقطّع ، على شكل ألواح بسماكة 1 سم (0.39 بوصة) ، تُلصق بين عناصر خشبية أفقية رقائقية بأبعاد أقل من 4 سم × 4 سم ( قطعتان في قطعتين )، لتغطية مسافات تصل إلى 9 أمتار (30 قدمًا) . أما العوارض الخشبية ذات الشبكة المفتوحة والعوارض السقفية، فتُصنع عادةً من عناصر خشبية بأبعاد 4 سم × 9 سم ( قطعتان في أربع قطع ) لتوفير الدعم للأرضيات وأنظمة التسقيف وتشطيبات الأسقف.        

كان بناء الهياكل الخشبية التقليدية يقتصر على أربعة طوابق، لكن بعض السلطات القضائية عدّلت قوانين البناء الخاصة بها للسماح بما يصل إلى ستة طوابق مع توفير حماية إضافية من الحرائق. [ 32 ]

مرآب ذو هيكل خشبي متصل بمنازل ذات هياكل خشبية تقليدية

مبنى ذو إطار خشبي

انظر أيضاً

الأدب

مراجع

  1. ↑ قاموس أكسفورد الإنجليزي، الطبعة الثانية على قرص مضغوط (الإصدار 4.0) © مطبعة جامعة أكسفورد 2009. إطار، تأطير، مؤطر، إطار، بيت الإطار.
  2. ↑ تاونسند، جيلبرت. النجارة والوصلات: دراسة عملية في بناء المباني البسيطة، بما في ذلك الهياكل، وبناء الأسقف، وأعمال النجارة العامة، والتشطيبات الخارجية والداخلية للمباني. شيكاغو: الجمعية التقنية الأمريكية، 1913. مطبوع. 17.
  3. ^ هاري هاوتاجارفي، “منازل في فنلندا”، هلسنكي: Rakennustieto، 2011.
  4. 1 2 3 4 ماكيفر، د.ب.؛ فيلبس، ر.ب. (1994). "المنتجات الخشبية المستخدمة في بناء المنازل العائلية الجديدة: من 1950 إلى 1992" (ملف PDF) . مجلة منتجات الغابات . مؤرشف من الأصل (ملف PDF) في 9 أبريل 2020. تم الاطلاع عليه في 3 مارس 2007 .
  5. 1 2 كوماران، إم كيه؛ موخوباديايا، بي؛ كورنيك، إس إم؛ وآخرون . (1 أكتوبر 2003). منهجية متكاملة لتطوير استراتيجيات إدارة الرطوبة لأنظمة الجدران الخارجية . المؤتمر التاسع لعلوم وتكنولوجيا البناء. فانكوفر . تم الاطلاع عليه في 3 مارس 2007 . رابط بديل
  6. 1 2 كينغ، تشارلز أ. (1912). النجارة البنّاءة . نيويورك: شركة الكتاب الأمريكية. ص 24-26 . 
  7. 1 2 رادفورد، ويليام أ. (1911). مجموعة رادفورد لتفاصيل بناء المباني . شيكاغو، إلينوي: شركة رادفورد المعمارية. ص 54. 
  8. 1 2 3 4 المدرسة الأمريكية للمراسلة (1912). موسوعة العمارة والنجارة والبناء . لندن: المدرسة الأمريكية للمراسلة. ص 71. 
  9. 1 2 هودجسون، فريد أ. (1909). بناء الهياكل الخشبية الخفيفة والثقيلة بسهولة . شركة إف بي آند سي المحدودة. ص 2، 197. ISBN  978-1-332-58682-0.{{cite book}}عدم توافق رقم ISBN / التاريخ ( مساعدة )
  10. 1 2 "دليل البناء المتقدم للهياكل" (ملف PDF) . جمعية APA - جمعية الأخشاب الهندسية . مؤرشف من النسخة الأصلية (ملف PDF) بتاريخ 11 أبريل 2019. تم الاطلاع عليه بتاريخ 1 سبتمبر 2014 .
  11. 1 2 3 4 أندرسون، ليروي أوسكار (1992). بناء المنازل الخشبية ذات الإطار الخشبي . كتب للأعمال. ISBN 9780894991677.
  12. 1 2 3 شيروود، جي؛ مودي، آر سي. "أنظمة الجدران والأرضيات ذات الإطار الخفيف" (ملف PDF) . وزارة الزراعة الأمريكية - دائرة الغابات - مختبر منتجات الغابات. مؤرشف من الأصل (ملف PDF) في 20 مايو 2022. تم الاطلاع عليه في 8 مارس 2024 .
  13. ↑ أويد، ك. (1977). "وصل وتثبيت هيكل ألواح الأسقف والجدران" . براءة اختراع أمريكية رقم 4,057,947 . تم الاطلاع عليها في 13 مارس 2007 .
  14. 1 2 كوسني، ج.؛ ديجارلايس، أ.و. (1994). "تأثير التفاصيل المعمارية على الأداء الحراري العام لأنظمة الجدران السكنية" . مجلة فيزياء البناء . 18 : 53-69 . doi : 10.1177/109719639401800104 . تاريخ الاسترجاع: 3 مارس 2007 .
  15. 1 2 3 فيلد، ووكر (1942). "إعادة النظر في اختراع الإطار البالوني" . مجلة الجمعية الأمريكية لمؤرخي العمارة . 2 (4): 3-29 . doi : 10.2307/901212 . ISSN 1544-9890 . JSTOR 901212 .  
  16. 1 2 إيشام، نورمان (2007). المنازل الأمريكية المبكرة . مينولا، نيويورك: منشورات دوفر. ص 24. 
  17. 1 2 كافانا، تيد (1999). "من اخترع منزلك؟" . من اخترع منزلك (نص فقط) | تيد كافانا - Academia.edu . مجلة التراث الأمريكي للاختراع والتكنولوجيا . تم الاطلاع عليه في 23 فبراير 2016 .
  18. ↑ جيمس م. ماكفرسون (16 يونيو 1988). صرخة الحرية: حقبة الحرب الأهلية . بالانتين بوكس، الولايات المتحدة الأمريكية. ص 17. ISBN  978-0-19-503863-7.
  19. ↑ تشينغ، فرانسيس دي كيه (1995). قاموس مصور للعمارة . شركة فان نوستراند رينهولد . ص 267. ISBN  0-442-02462-2.
  20. ↑ هولسكي، لويس ر. (يونيو 1921). "مكتب المواصفات - قسم لكتاب المواصفات - ما يريد كاتب المواصفات معرفته" . نقاط القلم الرصاص . الجزء الثاني (6): 228-229 .
  21. ↑ ميلر ، دونالد ل. (1996). مدينة القرن - ملحمة شيكاغو وصناعة أمريكا . مدينة نيويورك: سيمون وشوستر . ص 84. ISBN  0-684-83138-4.
  22. ↑ جيديون، سيغريد (1952). "الهيكل البالوني والتصنيع". في: مومفورد، لويس (محرر). جذور العمارة الأمريكية المعاصرة: سلسلة من سبعة وثلاثين مقالاً تعود إلى منتصف القرن التاسع عشر وحتى الوقت الحاضر . رينهولد. ص 201-205 . 
  23. ↑ سبراغ، بول إي. (1 ديسمبر 1981). "أصل تأطير البالون" . مجلة جمعية مؤرخي العمارة . 40 (4): 311-319 . doi : 10.2307/989648 . JSTOR 989648. تاريخ الاسترجاع: 13 نوفمبر 2023 . 
  24. ↑ "التاريخ" . كنيسة سانت ماري القديمة، شيكاغو . 24 يوليو 2017. تم الاطلاع عليه في 13 نوفمبر 2023 .
  25. ↑ "دليل أبحاث المباني التاريخية" (ملف PDF) . وزارة الموارد الطبيعية في إنديانا، قسم الحفاظ على التراث التاريخي وعلم الآثار . تم الاطلاع عليه بتاريخ 13 يونيو 2013 .
  26. ↑ معاملات المعهد الأمريكي لمدينة نيويورك، للسنة ... 1855.
  27. ↑ دنكان، هيو دالزيل (1989). الثقافة والديمقراطية: الصراع من أجل الشكل في المجتمع والعمارة في شيكاغو والغرب الأوسط خلال حياة وعصر لويس هـ . سوليفان. نيو برونزويك: دار ترانزكشن للنشر. ص 554. ISBN  0-88738-746-2.
  28. ↑ فاغنر، كيت (6 أغسطس 2018). "حجة الغرف" . سيتي لاب . تم الاطلاع عليه في 13 أغسطس 2018 .
  29. ↑ بوكر، غاري (11 فبراير 2015). "مكافحة حريق بناء الهيكل الخشبي" . FireRescue1 . تم الاطلاع عليه في 16 يناير 2024 .
  30. ↑ تأطير الأرضيات والجدران والأسقف. نيوتاون، كونيتيكت: مطبعة تونتون، 2005. 118. ISBN 1561587583
  31. ↑ "مواد التسقيف الشائعة" . رابطة مقاولي التسقيف في مقاطعات منطقة الخليج . arcbac.org. مؤرشف من الأصل في 9 أبريل 2020. تم الاطلاع عليه في 9 فبراير 2018 .
  32. ↑ ليوينغتون، جينيفر (1 ديسمبر 2014). "المباني الخشبية المكونة من ستة طوابق تُغير قواعد اللعبة"" ذا غلوب آند ميل " . تم الاطلاع عليه في 2 مايو 2016 .