في المناطق المعرّضة لتساقط الثلوج ودرجات الحرارة المتجمدة، من الضروري أن تتحمل الهياكل هذه العناصر، بما في ذلك الأساسات المقواة والسلامة الهيكلية.
الخشب مادة قوية للغاية لكنها خفيفة الوزن، وقادرة على تحمل قوى هائلة دون أن تتشقق تحت الضغط بسبب جدران خلاياها الطويلة والرقيقة. علاوة على ذلك، تضيف المسامير أو نقاط التوصيل العديدة المزيد من المرونة.
أخف وزناً
الخشب هو مواد صديقة للبيئة. إن الجدران الخلوية الطويلة والرقيقة التي يتألف منها الخشب تجعل منه مادة بناء رائعة ذات نسبة قوة إلى وزن استثنائية. عندما يتم الاعتناء بها بشكل صحيح وصيانتها بشكل صحيح، يمكن أن تدوم الهياكل الخشبية لعقود أو قرون!
إن وزن الأخشاب الخفيف يجعلها خياراً جذاباً للمباني الشاهقة حيث يمكن للجاذبية أن تضغط على أساساتها. يمكن للإطار الخشبي المخطط جيداً أن يخفف من هذا الضغط من خلال استخدام الأرضيات والعوارض والدعامات لدعم هيكلها والحفاظ على ثباته بمرور الوقت.
كما تُعد المباني المصنوعة من الخشب الخفيف بمثابة عوازل فائقة مقارنةً بالهياكل الخرسانية أو الفولاذية، لذا يلزم توفير تدفئة أقل في الشتاء وتبريد أقل في الصيف لتوفير درجة حرارة داخلية ممتعة للسكان والزوار. وهذا يقلل من استخدام الطاقة مع الحفاظ على ظروف مريحة في الداخل.
بالإضافة إلى ملاءمته للبيئة، فإن الخشب هو أيضًا مواد صديقة للبيئة ينتج غازات دفيئة أقل أثناء تصنيعه من الخرسانة والصلب. وعلاوة على ذلك، يمكن بسهولة إعادة تدوير الخشب وإعادة استخدامه كمواد بناء مراراً وتكراراً.
تتميز الهياكل الخشبية بمرونة طبيعية تجعلها مقاومة للقوى الجانبية مثل الزلازل. وهذا ما يفسر سبب بقاء المعابد والكنائس الخشبية التاريخية في اليابان والنرويج وإنجلترا صامدة بعد حدوث هزات أرضية كبيرة. تُظهر الاختبارات الأخيرة أن المباني الخشبية ذات الإطار الخفيف متوسطة الارتفاع التي تصل إلى ستة طوابق يمكنها تحمل زلزال بقوة 7.5 درجة دون أن تتعرض لأضرار كبيرة.
ولكن من الضروري تذكر أن متانة أي مبنى مشيد بالخشب تعتمد على تصميمه. ويمكن أن تؤدي ممارسات البناء والصيانة السيئة إلى تقصير عمره الافتراضي بغض النظر عن التركيب المادي؛ من أجل إطالة عمره الافتراضي بأسرع وقت ممكن. ولضمان طول عمر الهيكل الخشبي، يجب على البنائين الالتزام بجميع قوانين البناء اللازمة بالإضافة إلى استخدام الأخشاب المحنطة والمعالجة.
الليونة
تشير ليونة الليونة إلى قدرة المواد على التشوه بدلاً من الانكسار تحت إجهاد الشد، مما يجعل قياسات الليونة مصدراً لا يقدر بثمن لاختيار المواد في التطبيقات الهندسية وأغراض مراقبة الجودة. علاوةً على ذلك، يتيح قياس الليونة أيضاً وضع نماذج دقيقة للهياكل والأجزاء مما يؤدي إلى عمليات تصميم أكثر كفاءة ومكونات أقوى.
مبانٍ خشبية يمكن أن تتحمل تساقط الثلوج الكثيف أفضل من معظم أنواع المباني الأخرى نظراً لكونها أكثر مرونة وليونة من العديد من المباني الأخرى. فموادها اللينة والمرنة في نفس الوقت تنحني بسهولة دون أن تنكسر، بينما توفر المسامير والوصلات المعدنية التي تستخدم معها في كثير من الأحيان مزيداً من الليونة، مما يساعد الهياكل على تحمل القوى الزلزالية التي يمكن أن تكون مدمرة لولا ذلك.
لتحديد ليونة المبنى، يجب إجراء اختبار محدد. ولإجراء مثل هذا الاختبار، توضع عينة مسطحة أو مستديرة من مادة البناء في آلة اختبار وتُخضع لحمل الشد؛ ويمكن بعد ذلك رسم أي إجهاد تتعرض له المادة على منحنى الإجهاد والانفعال؛ وعندما يبدأ إجهادها في التغير بمرور الوقت يكشف عن نفسه من حيث النخر أو تطور الشقوق يُعرف باسم "نقطة ليونة المبنى".
يمكن أن يكون حساب الليونة الدقيقة للمبنى باستخدام هذه الطريقة أمرًا صعبًا بسبب الذروة المسطحة غالبًا لمنحنى الإجهاد-الإجهاد والتباين بين الإجهاد الحقيقي عند نقطة النخر والقيمة الخام المحسوبة من منحنى الإجهاد-الإجهاد الاسمي.
ولقياس ليونة المبنى بدقة، يجب أن تخضع مواده لدورات متكررة من الحمولة المتزايدة حتى تنكسر أو تبدد كمية محددة من الطاقة. هناك طريقة أكثر فعالية لتقييم ليونة الهياكل الخشبية لتقييم ليونة البناء باستخدام منهجية قائمة على الأداء؛ يقدم الكود الأوروبي 8 نظام تصنيف من هذا القبيل يمكن من خلاله تصنيف العناصر أو الوصلات الإنشائية بناءً على سلوكها وقدرتها على تبديد الطاقة.
السلامة الهيكلية
تشير السلامة الإنشائية إلى قدرة الهيكل على أداء وظيفته المقصودة في ظل ظروف التشغيل العادية مع الحفاظ على سلامته في حالة تجاوز الظروف ما تم تحديده خلال مرحلة التصميم. يجب أن يفهم جميع المهندسين الإنشائيين هذا المفهوم، على الرغم من أن إجراء الفحص والتقييم الشامل يتطلب معرفة وخبرة متخصصة. يقدم المهندسون المتخصصون في السلامة الإنشائية رؤى فريدة من نوعها في مجال عملهم من خلال الفحص المستمر للهياكل والمكونات مع مرور الوقت.
يجب أن تحافظ الهياكل على مستويات عالية من السلامة الإنشائية خلال الظروف الجوية الشتوية، خاصةً بسبب تراكم الثلوج الكثيفة والرياح القوية ودرجات الحرارة المتجمدة التي تشكل ضغطاً على مكونات المبنى ووصلاته. لذلك من الضروري أن تظل جميع العناصر الإنشائية آمنة مع دعم أحمالها بفعالية.
من الأهمية بمكان أن تتمتع جميع الألواح والعوارض والأعمدة بقدرات تحميل كافية؛ كما يجب تركيب العزل بشكل صحيح لتنظيم درجة الحرارة الداخلية ومنع فقدان الحرارة؛ كما يجب أن يأخذ التصميم في الاعتبار أيضًا احتمال تكون الجليد الذي يمكن أن يولد قوى الانحناء والقص على الهياكل؛ يجب أن تؤخذ جميع هذه العوامل في الاعتبار في أي خطة تصميم لأي هيكل يتم بناؤه أو تجديده.
قد تستغرق صيانة السلامة الهيكلية للمباني وقتاً طويلاً وقد تكون صعبة ولكنها ضرورية لضمان خدمتها المقصودة خلال فترة حياتها المتوقعة. لذلك يجب إجراء تقييمات منتظمة للسلامة الإنشائية، مع تسجيل النتائج في سجل السلامة الإنشائية للرجوع إليها في المستقبل.
يمكنك تنفيذ نظام للصيانة والتفتيش الروتيني، ويمكن الحفاظ على سلامة الهيكل الإنشائي طوال عمره الافتراضي. يمكن أن تساعد قوانين البناء الحديثة والضمانات الهندسية الحديثة مثل عمليات الفحص الهيكلي الدورية في اكتشاف أي مشاكل محتملة بسرعة حتى يمكن حلها بسرعة؛ فالفحوصات المنتظمة لهياكل المنازل أو المكاتب ستضمن بقاء سلامتها لفترة أطول. لذلك، اغتنم هذه الفرصة لتفقد علامات ضعف السلامة الإنشائية في نهاية هذا الأسبوع!
القوة
الخشب مادة قابلة للتكيف، تتوافق بسهولة مع مختلف الأنماط والتصاميم المعمارية. هذه المرونة تمكّن صانعيها من صناعة هياكل جميلة. تساعد خواص العزل الممتازة للخشب في الحفاظ على راحة داخلية مريحة درجات الحرارة في الشتاء والصيف على حد سواء؛ وعلاوة على ذلك، ينبعث من إنتاجه كميات منخفضة من ثاني أكسيد الكربون. وبالتالي، يمكن استخدام هذا المورد الطبيعي المتجدد في المباني المستدامة والصحية للأغراض السكنية أو التجارية أو العامة.
يتمتع الخشب بالقوة لتحمل كميات هائلة من الإجهاد بسبب الروابط الجزيئية القوية الموجودة داخل أليافه السليولوزية، حيث يتحمل قوى شد تصل إلى 5000 كجم من الضغط المتوازي على طول حبيباته. تضمن مرونته المذهلة السلامة والمتانة في الهياكل المشيدة باستخدام الخشب مثل المستودعات أو ناطحات السحاب.
يمكن تعزيز الخشب بشكل أكبر من خلال استخدام أخشاب متخصصة مثل الأخشاب المصفحة المتقاطعة (CLT) والجلولام، والتي تستخدم في المباني الحديثة لإنشاء هياكل خفيفة الوزن وصلبة في نفس الوقت. تقدم هندسة CLT/الجلولام طرقاً جديدة لإنشاء تصميمات معقدة باستخدام الأخشاب، فضلاً عن استخدامها في تشييد المباني متعددة الطوابق. بالإضافة إلى ذلك، فإن الخشب المصمم هندسيًا المنتجات مثل هذه الأشياء مرنة للغاية ضد الأحمال الزلزالية - وهي مثالية للمناطق النشطة زلزاليًا.
يمكن أن يؤدي تطبيق مبادئ التصميم المقاوم للرياح في المباني الخشبية إلى تقوية هياكلها بشكل كبير، مما يساعد على ضمان قدرتها على تحمل الرياح القوية أثناء العواصف الثلجية. ويمكن تحقيق هذا الهدف باستخدام الأشكال الانسيابية وأنظمة التدعيم المناسبة ووضع النوافذ والفتحات بعناية للحد من تراكم الحطام المحمول بالرياح. يجب أيضاً استخدام المواد الحافظة والورنيش على الهياكل الخشبية من أجل حمايتها من التسوس البيولوجي والحشرات وإطالة متانتها وعمرها الافتراضي. يمكن أن تساعد عمليات الفحص المنتظمة في ضمان بقاء الأخشاب آمنة أثناء الظروف الجوية القاسية؛ حيث يمكن أن يؤدي ذلك إلى منع الإصلاحات المكلفة بالإضافة إلى إطالة عمرها الافتراضي.
