نظام الجمالون المتداخل

نظام الجمالون المتداخل هو نوع من الهياكل الفولاذية المستخدمة في المباني الشاهقة . يتكون هذا النظام من سلسلة من الجمالونات بارتفاع طابق واحد، تمتد على كامل العرض بين صفين من الأعمدة الخارجية، ومرتبة بنمط متداخل على خطوط الأعمدة المتجاورة. ^{[ 1 ]} يُنسب الفضل إلى ويليام ليميسورييه ، مؤسس شركة ليميسورييه للاستشارات، في تطوير هذا النظام الحائز على جوائز ^{[ 2 ]} كجزء من أبحاثه في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا .

نشأ نظام الجمالون المتداخل نتيجةً لبحثٍ ممولٍ من قِبل شركة يو إس ستيل في ستينيات القرن الماضي، في قسمي الهندسة المعمارية والهندسة المدنية بمعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ^{[ 1 ]} . ^{[ 2 ]} سعى البحث إلى تحقيق نفس ارتفاع الطوابق باستخدام الفولاذ كما هو الحال مع الخرسانة المسطحة. ^{[ 2 ]} عُرض النظام في مؤتمر المعهد الأمريكي للإنشاءات الفولاذية (AISC) عام 1966 (المؤتمر السابق لمؤتمر أمريكا الشمالية الحالي للإنشاءات الفولاذية ). ^{[ 2 ]} ومن المزايا الإضافية التي تم اكتشافها ^{[ 2 ]} مقاومة عالية لأحمال الرياح وتعدد استخدامات تصميم الأرضيات مع مساحات واسعة خالية من الأعمدة. ^{[ 1 ]}

استُخدم هذا النظام في عدد من مشاريع شركة LeMessurier Consultants في فنادق مختلفة، منها فندق لافاييت بليس في بوسطن وفندق علاء الدين في لاس فيغاس . ^{[ 2 ]} وتشمل المواقع الأخرى التي تستخدم هذا النظام فندق ريزورتس إنترناشونال في أتلانتيك سيتي، نيو جيرسي ، ^{[ 3 ]} وفندق إمباسي سويتس في مدينة نيويورك، ^{[ 4 ]} والمركز الأكاديمي لكلية باروخ في مدينة نيويورك، ^{[ 4 ]} وفندق ترامب تاج محل في أتلانتيك سيتي، نيو جيرسي، ^{[ 4 ]} وفندق رينيسانس في ناشفيل، تينيسي. ^{[ 4 ]}

يُعد نظام الجمالونات المتداخلة للهياكل الفولاذية نظامًا إنشائيًا فعالًا للشقق السكنية الشاهقة والفنادق والنُزُل والمساكن الطلابية والمستشفيات. يوفر ترتيب الجمالونات بارتفاع كل طابق بنمط متداخل على خطوط الأعمدة المتبادلة مساحات واسعة خالية من الأعمدة لتصميم الغرف. ^{[ 2 ]} ويمكن استغلال هذه المساحات الخالية من الأعمدة في قاعات الاحتفالات والممرات وغيرها من المساحات الكبيرة.

يتكون النظام الإنشائي ذو الجمالونات المتداخلة من جمالونات فولاذية بارتفاع طابق، موضوعة على خطوط أعمدة متناوبة في كل طابق، بحيث يكون المحور الطولي لكل جمالون دائمًا بين الجمالونات في الطابق السفلي. ^{[ 4 ]} يتداخل نظام الجمالونات بوحدة قياس 12 قدمًا، مما يعني أن المسافة بين الجمالونات في أي طابق تبلغ 24 قدمًا. ^{[ 2 ]}

يُسهم التفاعل بين الأرضيات والجمالونات والأعمدة في جعل الهيكل يعمل كوحدة واحدة، مما يُحقق أقصى استفادة من قوة وصلابة جميع المكونات في آن واحد. ويؤدي كل مكون وظيفته الخاصة، معتمداً كلياً على المكونات الأخرى في أدائه. ^{[ 2 ]}

يتصرف الهيكل بأكمله كعتبة ناتئة عند تعرضه لأحمال جانبية. توضع جميع الأعمدة على الجدار الخارجي للمبنى وتعمل كأجنحة للعتبة ، بينما تعمل الجمالونات التي تمتد على كامل العرض العرضي بين الأعمدة كجسم للعتبة الناتئة . ^{[ 1 ]}

بينما كانت أنظمة الجمالونات المتداخلة السابقة تستخدم قنوات للأقطار والأعمدة الرأسية، فإن معظم الجمالونات اليوم تُصمم بمقاطع هيكلية مجوفة (HSS) للعناصر الرأسية والقطرية لأنها أكثر كفاءة من الناحية الهيكلية وأسهل في التصنيع. تُصنع الجمالونات بتقوس لتعويض الأحمال الميتة، وتُنقل إلى الموقع، وتُخزن، ثم تُركب - عادةً كوحدة واحدة. ^{[ 4 ]}

يتطلب تصنيع هذا النوع من الهياكل لحامين معتمدين ورافعات علوية قادرة على رفع هياكل وأعمدة بوزن يتراوح بين 10 و15 طنًا للمشاريع التي يصل ارتفاعها إلى 20 طابقًا. ^{[ 3 ]} يشمل التصنيع المكونات التالية: الأعمدة، والعوارض الجانبية، والهياكل، والأعمدة والعوارض الثانوية، ونظام الأرضيات. ^{[ 3 ]}

• تتيح المساحات المفتوحة الواسعة ذات الامتداد الحر في الطابق الأرضي إمكانية إنشاء قاعات احتفالات أو ممرات فسيحة أخرى، وذلك بفضل وجود الأعمدة على الواجهات الخارجية للمبنى فقط. وهذا يسمح بإنشاء مساحات تصل إلى 60 قدمًا في كل اتجاه، حيث تظهر الأعمدة غالبًا على محيط المبنى فقط. كما يزيد هذا من مرونة التصميم، لا سيما فيما يتعلق بموقع الردهة المركزية وتصميمات المساحات المفتوحة.
• قد تكون مسافات الطوابق قصيرة، مع توفير مسافة بين عمودين لترتيب الغرف. ^{[ 1 ]} ينتج عن ذلك ارتفاعات منخفضة بين الطوابق. عادةً، يتم تحقيق ارتفاع 8 أقدام و8 بوصات بين الطوابق. ^{[ 4 ]}
• تتميز الأعمدة بأقل عزم انحناء بسبب الجاذبية وأحمال الرياح، وذلك بفضل خاصية الكابولي لنظام الإطار ذي المستويين. ^{[ 1 ]}
• تُوجّه الأعمدة بحيث يقاوم محورها القوي القوى الجانبية في الاتجاه الطولي للمبنى. ^{[ 1 ]}
• يمكن تحقيق أقصى قدر من تخفيضات الأحمال الحية لأن مناطق التغذية يمكن تعديلها لتناسب متطلبات الكود. ^{[ 1 ]}
• تُبنى الأساسات على خطوط الأعمدة فقط، وقد تتكون من قاعدتين شريطيتين. ^{[ 1 ]} ولأن الأحمال الرأسية تتركز عند نقاط قليلة من الأعمدة، فإن الحاجة إلى قوالب الأساسات تكون أقل. ^{[ 4 ]}
• الانحراف ضئيل، لأن الإطار الكلي يعمل كجملون صلب، حيث لا تؤثر الأحمال المحورية المباشرة إلا على معظم العناصر الإنشائية. ويحدث الانحناء الثانوي فقط في أوتار الجمالون. ^{[ 1 ]}
• يمكن استخدام الفولاذ عالي المقاومة بشكل مفيد، لأن جميع عناصر الجمالون والأعمدة تتعرض، عملياً، لأحمال محورية فقط. ^{[ 1 ]}
• يُمكن تحقيق هيكل فولاذي خفيف الوزن باستخدام فولاذ عالي المقاومة ونظام إطارات فعال. ^{[ 1 ]} وبما أن هذا يقلل من وزن الهيكل العلوي، فإنه يوفر تكاليف كبيرة في أعمال الأساسات. ^{[ 4 ]}
• أسرع في التركيب من الهياكل الخرسانية المماثلة. بمجرد الانتهاء من بناء طابقين، يمكن البدء بتركيب النوافذ مباشرةً بعد الانتهاء من تركيب الهيكل الفولاذي والأرضيات. لا يُهدر أي وقت في انتظار بدء أعمال الحرف الأخرى، مثل عمال البناء. باستثناء الأساسات، وصب الخرسانة، والحقن، تُستغنى عن جميع الأعمال التي تتطلب استخدام الماء. ^{[ 4 ]}
• مقاومة الحريق؛ يقتصر استخدام الفولاذ على الجمالونات، التي لا تتواجد إلا كل 58 إلى 70 قدمًا في الطابق، مما يسمح بإتمام عملية مقاومة الحريق بكفاءة. علاوة على ذلك، تُوضع الجمالونات عادةً داخل الجدران الفاصلة ، ويمكن تحقيق تصنيف مقاومة الحريق المطلوب بالكامل عن طريق تغليفها بألواح الجبس. أخيرًا، في حال الرغبة في استخدام الحماية بالرش، يمكن تقليل سُمك الطبقة المستخدمة إلى الحد الأدنى نظرًا لصغر حجم عناصر الجمالون. ^{[ 4 ]}

• المباني - مقال بعنوان "تحويل المساحات الخضراء إلى ذهب" عن فندق علاء الدين في لاس فيغاس
• دراسة حالة من مجلة "أركيتكتشرال ريكورد": فندق إمباسي سويتس
• أنظمة تأطير الجمالونات المتداخلة باستخدام برنامج ETABS
• أنظمة إطارات الجمالون المصنوعة من الألومنيوم