خصائص وتفاصيل استخدام عوارض H

أولاً، التعريف الهيكلي للفولاذ على شكل حرف H:
يُعدّ الفولاذ على شكل حرف H نوعًا جديدًا من الفولاذ الاقتصادي المستخدم في الإنشاءات. يتميز هذا النوع من الفولاذ بمقطع عرضي اقتصادي وعملي، بالإضافة إلى خصائص ميكانيكية جيدة. أثناء عملية الدرفلة، يكون امتداد كل نقطة على المقطع العرضي منتظمًا نسبيًا، مما يقلل الإجهاد الداخلي. بالمقارنة مع الفولاذ العادي على شكل حرف I، يتميز هذا الفولاذ بمعامل مرونة كبير للمقطع العرضي، وخفة الوزن، وتوفير المعادن، مما يُقلل من حجم الهيكل بنسبة 30-40%. ولأن أرجله متوازية من الداخل والخارج، ونهاياتها قائمة، يُمكن تجميعه في مكونات، مما يُوفر 25% من أعمال اللحام والتثبيت. يُستخدم هذا الفولاذ بكثرة في المباني الكبيرة (مثل المصانع والمباني الشاهقة) التي تتطلب سعة مقطع عرضي كبيرة وثباتًا جيدًا للمقطع العرضي، وكذلك في الجسور والسفن وآلات الرفع والنقل وقواعد المعدات والأقواس وأوتاد الأساسات، وغيرها.

الفولاذ ذو المقطع العرضي على شكل حرف H هو فولاذ اقتصادي ذو خصائص ميكانيكية أفضل، تم تطويره من خلال تحسين الفولاذ ذي المقطع العرضي على شكل حرف I، خاصةً وأن شكل مقطعه العرضي يشبه حرف "H" الإنجليزي. وفيما يلي خصائصه:
يتميز هذا النوع من الفولاذ بحافة عريضة وصلابة جانبية عالية، ومقاومة انحناء قوية تفوق مقاومة الفولاذ ذي المقطع I بنسبة 5-10%. سطحا الحافة متوازيان، مما يُسهّل عملية التوصيل والتصنيع والتركيب. بالمقارنة مع عوارض I الملحومة، يتميز هذا النوع بانخفاض التكلفة، ودقة عالية، وإجهاد متبقٍ منخفض، وعدم الحاجة إلى مواد لحام باهظة الثمن أو فحص اللحام، مما يوفر حوالي 30% من تكلفة إنتاج الهياكل الفولاذية. تحت نفس الحمل على المقطع العرضي، يكون وزن هيكل الفولاذ H المدرفل على الساخن أخف بنسبة 15-20% من وزن الهيكل الفولاذي التقليدي. بالمقارنة مع الهياكل الخرسانية، يمكن لهياكل الفولاذ H المدرفل على الساخن زيادة المساحة القابلة للاستخدام بنسبة 6%، وتقليل الوزن الذاتي للهيكل بنسبة 20-30%، مما يقلل من القوة الداخلية اللازمة للتصميم الإنشائي. يمكن معالجة الفولاذ على شكل حرف H ليصبح فولاذًا على شكل حرف T، ويمكن دمج عوارض قرص العسل لتشكيل أشكال مقطعية مختلفة، مما يلبي بشكل كبير احتياجات التصميم الهندسي والإنتاج.

ثانيًا، نطاق استخدام الفولاذ على شكل حرف H:
يُستخدم الفولاذ على شكل حرف H بشكل أساسي في مكونات العوارض والأعمدة في المنشآت الصناعية والمدنية.
① دعامات تحمل الأحمال للهياكل الفولاذية للهياكل الصناعية
② ركائز فولاذية وهياكل داعمة للمشاريع تحت الأرض
③ هياكل للمعدات الصناعية مثل البتروكيماويات والطاقة الكهربائية
④ مكونات الجسور الفولاذية ذات الامتداد الطويل
⑤ هياكل إطارية لتصنيع السفن والآلات
⑥ أقواس تثبيت العوارض للقطارات والسيارات والجرارات
⑦ سيور نقل الموانئ وأقواس الحواجز عالية السرعة
يُعد الفولاذ ذو المقطع العرضي على شكل حرف H مادة فولاذية اقتصادية، ويستخدم على نطاق واسع في الصناعة والبناء والجسور ومنصات حفر النفط، وما إلى ذلك. ومن المتوقع أن يبلغ الطلب على الفولاذ ذي المقطع العرضي على شكل حرف H في بلدي حوالي 2.5 مليون طن في عام 2005 و5 ملايين طن في عام 2010، لكن الطاقة الإنتاجية السنوية لبلدي من الفولاذ ذي المقطع العرضي على شكل حرف H تبلغ حاليًا 1.2 مليون طن، والطلب في السوق ضخم للغاية.

ثالثًا، ما هي خصائص الفولاذ على شكل حرف H؟
1. قوة هيكلية عالية: بالمقارنة مع الفولاذ على شكل حرف I، فإن معامل المقطع كبير، وفي ظل نفس ظروف تحمل الأحمال، يمكن توفير 10-15٪ من المعدن.
2. أسلوب تصميم مرن وغني: تحت نفس ارتفاع العارضة، يمكن أن يكون امتداد الهيكل الفولاذي أكبر بنسبة 50٪ من امتداد الهيكل الخرساني، مما يجعل تخطيط المبنى أكثر مرونة.
3. خفة وزن الهيكل: بالمقارنة مع الهيكل الخرساني، فإن تقليل وزن الهيكل يقلل من القوة الداخلية لتصميم الهيكل، مما يجعل متطلبات معالجة أساسات هيكل المبنى منخفضة، والبناء بسيطًا، والتكلفة منخفضة.
4. استقرار هيكلي عالٍ: يتميز الهيكل الفولاذي المصنوع أساسًا من الفولاذ المدرفل على الساخن على شكل حرف H ببنية علمية ومنطقية، وليونة ومرونة عاليتين، واستقرار هيكلي عالٍ، مما يجعله مناسبًا للمباني التي تتحمل أحمالًا كبيرة من الاهتزازات والصدمات. كما يتمتع بمقاومة عالية للكوارث الطبيعية، وهو مناسب بشكل خاص للمباني في بعض المناطق المعرضة للزلازل. وتشير الإحصائيات إلى أن الهياكل الفولاذية المصنوعة أساسًا من الفولاذ على شكل حرف H كانت الأقل تضررًا في الزلازل المدمرة التي تجاوزت قوتها 7 درجات على مقياس ريختر.
5. زيادة مساحة الاستخدام الفعّالة للهيكل: بالمقارنة مع الهياكل الخرسانية، تتميز أعمدة الهياكل الفولاذية بصغر مساحة مقطعها العرضي، مما يُسهم في زيادة مساحة الاستخدام الفعّالة للمبنى. وبحسب تصميم المبنى، يُمكن زيادة مساحة الاستخدام الفعّالة بنسبة تتراوح بين 4 و6%.
6. توفير العمالة والمواد: بالمقارنة مع الفولاذ الملحوم على شكل حرف H، فإنه يمكن أن يوفر بشكل كبير العمالة والمواد، ويقلل من استهلاك المواد الخام والطاقة والعمالة، ويتميز بانخفاض الإجهاد المتبقي، ويتمتع بمظهر جيد وجودة سطح جيدة.
7. سهولة التصنيع: سهولة توصيل وتركيب الهيكل، وسهولة تفكيكه وإعادة استخدامه.
٨. حماية البيئة: يُسهم استخدام الفولاذ على شكل حرف H في حماية البيئة بشكل فعّال، ويتجلى ذلك في ثلاثة جوانب رئيسية: أولاً، بالمقارنة مع الخرسانة، يُمكن استخدام البناء الجاف، مما يُقلل من الضوضاء والغبار؛ ثانياً، بفضل انخفاض الوزن الذاتي، تقل كمية التربة المستخدمة في بناء الأساسات، وبالتالي يقل الضرر الذي يلحق بالموارد الأرضية. إضافةً إلى ذلك، تنخفض كمية الخرسانة المستخدمة بشكل كبير، ويقل حجم أعمال الحفر في الجبال واستخراج الأحجار، مما يُسهم في حماية البيئة؛ ثالثاً، بعد انتهاء عمر الهيكل وتفكيكه، تقل كمية النفايات الصلبة المتولدة، وترتفع قيمة إعادة تدوير خردة الفولاذ.
٩. درجة عالية من التصنيع: يتميز الهيكل الفولاذي، المصنوع أساسًا من الفولاذ المدرفل على الساخن على شكل حرف H، بدرجة عالية من التصنيع، مما يجعله مناسبًا للتصنيع الميكانيكي والإنتاج المكثف والدقة العالية وسهولة التركيب وضمان الجودة. ويمكن استخدامه في بناء مصانع المنازل والجسور والمنشآت الصناعية وغيرها. وقد ساهم تطوير الهياكل الفولاذية في خلق وتنمية مئات الصناعات الناشئة.
١٠. سرعة البناء: تشغل مساحة صغيرة، وهي مناسبة للبناء في جميع الأحوال الجوية، وأقل تأثراً بالظروف المناخية. تبلغ سرعة بناء الهياكل الفولاذية المصنوعة من الفولاذ المدلفن على الساخن على شكل حرف H حوالي ضعفين إلى ثلاثة أضعاف سرعة بناء الهياكل الخرسانية، ويتضاعف معدل دوران رأس المال، مما يقلل النفقات المالية ويوفر الاستثمار.

رابعاً، الفرق بين الفولاذ على شكل حرف H والفولاذ على شكل حرف I:
يتميز الفولاذ ذو المقطع العرضي على شكل حرف I، سواء كان عاديًا أو خفيفًا، بمقطع عرضي كبير نسبيًا وضيق، مما يؤدي إلى اختلاف كبير في عزم القصور الذاتي بين الكمين الرئيسيين للمقطع. لذلك، يُستخدم عادةً بشكل مباشر فقط في العناصر المنحنية في مستوى الجدار أو لتشكيل عنصر حامل للأحمال من نوع الشبكة. وهو غير مناسب للعناصر المضغوطة محوريًا أو العناصر المنحنية عموديًا على مستوى الجدار، مما يحدّ بشكل كبير من نطاق استخدامه.

يتميز الفولاذ ذو المقطع العرضي على شكل حرف H بكفاءة عالية واقتصادية في القطع (ومن أنواع الفولاذ الأخرى الفولاذ الرقيق الجدران المثني على البارد، والصفائح الفولاذية المموجة، وغيرها). وبفضل شكله المقطعي المناسب، يُحسّن هذا النوع من الفولاذ من كفاءة القطع وقدرة التحمل. وعلى عكس الفولاذ العادي ذي المقطع العرضي على شكل حرف I، فإن حافة الفولاذ ذي المقطع العرضي على شكل حرف H أعرض، وعادةً ما تكون أسطحه الداخلية والخارجية متوازية، مما يُسهّل توصيله بالمكونات الأخرى باستخدام براغي عالية المقاومة. كما أن سلسلة أحجامه مُناسبة، ونماذجه مُتكاملة، مما يُسهّل عملية التصميم والاختيار.

تتميز حواف الفولاذ على شكل حرف H بسماكة متساوية، وتتكون من مقاطع مدرفلة ومقاطع مركبة من ثلاث صفائح ملحومة معًا. أما الفولاذ على شكل حرف I فهو مقطع مدرفل. ونظرًا لضعف تقنيات الإنتاج، فإن الحافة الداخلية للحافة تميل بنسبة 1:10. تختلف عملية درفلة الفولاذ على شكل حرف H عن درفلة الفولاذ العادي على شكل حرف I، الذي يستخدم مجموعة واحدة فقط من البكرات الأفقية. ولأن حافته عريضة وبدون ميل (أو بميل طفيف جدًا)، فمن الضروري إضافة مجموعة من البكرات الرأسية للدرفلة في الوقت نفسه. لذلك، فإن عملية الدرفلة ومعداتها أكثر تعقيدًا من مصانع الدرفلة العادية. يبلغ الحد الأقصى لارتفاع الفولاذ المدرفل على شكل حرف H الذي يمكن إنتاجه في الصين 800 مم. إذا تجاوز هذا الارتفاع، فإنه يصبح مقطعًا مركبًا ملحومًا فقط. يقسم المعيار الوطني لبلدي للفولاذ المدرفل على الساخن على شكل حرف H (GB/T11263-1998) هذا النوع من الفولاذ إلى ثلاث فئات: ذو شفة ضيقة، وذو شفة عريضة، وذو ركائز فولاذية، ويرمز لها على التوالي بالرموز hz و hk و hu. تُناسب عوارض H ذات الشفة الضيقة الكمرات أو العناصر المعرضة للانحناء والضغط، بينما تُناسب عوارض H ذات الشفة العريضة وركائز عوارض H العناصر المعرضة للضغط المحوري أو العناصر المعرضة للانحناء والضغط. وبالمقارنة مع عوارض H، فإن عوارض W و IX و IY ليست بنفس كفاءة عوارض H عند نفس الوزن.