ידע ועקרונות ההנדסה

 

מפתח נושאים :

1. תקנים חשובים ושימושיים בהנדסת בניין ותכנון קונסטרוקציה

2. נושאים בהנדסת בניין - ופירושים כללים 

3. חיזוק מבנים - כללי ...וחיזוק מבנים לרעידת אדמה - הסבר מופשט וכללי .

4. אופן החיזוק של מבנה "חלש" / לקוי / סדוק / מסוכן 

5. הקשר בין רעידת אדמה לבניין

6. 

 

תקנים חשובים בהנדסת בניין :

תקן 466 חלק א' : חוקת הבטון – עקרונות כללים

נושאים המוזכרים בתקן 466 . 

 

 

בטון דרוך : בטון שהוכנסו בו כבלים פנימיים ( דרוכים = מתוכים ) המשפרים את חוזקו והתנהגותו .

בטון טרום : בטון שהוכן מבעוד מועד לפני הבאתו לשטח הבנייה – בדרך כלל במפעל המיועד לכך .

בטון מזוין : בטון שקיימים בו מוטות פלדה ( זיון ) בכמות המתקבלת בחישובים מדוייקים – אך לא בכמות

הקטנה מהנקוב בתקן , אשר מחזקים אותו ומשפרים תכונותיו ועמידותו .

טבלה שטוחה : כינוי לתקרה / פלטת בטון הנשענת באופן ישיר על עמודים , ואין קורות הבולטות ממנה כלפי מטה

או כלפי מעלה .

יחס מים – צמנט : תערובת בטון מכילה שני חומרים אלה ועוד חומרים נוספים ( אגרגטים שונים ועוד ) , וישנה

חשיבות מכרעת ליחס המשקלים בין המים והצמנט המשפיעה על חוזקו התנהגותו עבידותו וכו' .

כפף : כך מתוארת התזוזה הנגרמת לכל אחד מרכיבי הבניין ( הקונסטרוקציה ) , הכפף בקורה הוא אנכי ( כלפי

מעלה או מטה , הכפף העמוד – הוא תזוזה צידית וכך הלאה .

מוספים : מיני חומרים המשפרים את התנהגות הבטון ואו את מוצרי הבנייה , משפרים את התקשותו או משפרים

עמידותו בסביבות שונות כמו סביבה שוחקת ( במפעלים ) או בתנאי רטיבות וכו' .

רדיסטריבוציה של מומנטים : היכולת לשנות באופן מבוקר את ערכי המומנטים כפי שהתקבלו בחישוב סטטי ,

על ידי אנליזה אלסטית – תוך הסתמכות על תכונות פלסטיות של החומר .

החישוב הסטטי מבוסס על עיקרון חישוב אלסטי – כך שמומנטים הם תוצר חישובי של שקיעה אלסטית של

רכיבי הבניין המחושבים , משום שאנליזה זו מבוצעת על מודל של מבני מוטות , ולא על חומר מסויים , ישנה

אפשרות לשנות מומנטים המתקבלים בשיטה זו – בהסתמך על תכונות הבטון למשל ועל התנהגות וערכים פלסטיים

המוכרים בהתנהגותו .

ריסון דפורמציות : היכולת לצפות במדוייק באנליזה חישובית את התזוזה / השקיעה/סיבוב  של אלמנט מאפשרת

לבצע שינויים על מנת להקטין דפורמציות אלה . 

קורה של שני סמכים הנוטה לשקועה במרכזה – ניתן יהיה למנוע/להקטין זאת על ידי הוספת סמך נוסף .

תקרת צלעות : תקרה המכילה קורות דקות ( הנקראות צלעות ) ובין צלע אחת לשנייה ישנו חלל הממולא לעיתים

במלואת בלוק – וזאת על מנת להקטין את משקל התקרה , וגם משום התנהגות החתך הנוצר בתקרה זו , חתך "T" ,

המנצל נכון יותר את המאמצים בתקרה .

שטח הברזל ברכיב בטון : מיוחס לשטח הברזל ( ב- סמ"ר) הנמצא בתוך חתך אלמנט מבטון ( תקרה / קורה/ עמוד /

יסוד ) המתקבל מהליך חישוב ולא יפחת ממידה מינימאלית הנקובה בתקן . הברזל יכול שיחושב כברזל לחוץ ויכול שיהיה

ברזל מתוח .

חישוק : טבעות ברזל מרובעות או עגולות המקיפות את הברזל האורכי , שומרות על מבנה מסודר לרכיב הבטון

ומחושבים כמקבלי כוחות הגזירה בחתך .

חתך : השטח הכולא צורה של רכיב בניין כפי המתקבל מניסורו , ובתוכו ניתן לראות את מידותיו וכמות הברזל שבתוכו ,

לחתך מידות רוחב ועומק והוא מתקבל בכל אחד מהמקומות על פני גובהו / אורכו של אלמנט .

 

חוזק :

ביטויי חוזק רבים ישנם בהנדסת בניין : 

 

חוזק התכן של בטון בהדבקות

חוזק הבטון בגיל מסוים

חוזק הבטון בלחיצה

חוזק הבטון במתיחה

חוזק ממוצע

חוזק אופייני

 

עומס :

ביטויי עומס רבים בהנדסת בניין :

עומס תכן במצב גבולי של הרס

עומס תכן במצב גבולי של שירות

עומס תכן מקס' במפתח

עומס תכן מרוכז

עומס שקיל לאורך זמן

עומס קבוע מרוכז או קווי

עומס קבוע מפורס

 

לכל רכיב ישנם מידות חיצוניות ( אורך  , גובה , רוחב ) , לדוגמא גובה עמוד הוא המידה בין תקרה לתקרה ,

לעמוד ישנם מידות ( לחתך שלו- גובה ורוחב ) , אך ישנם גם מידות פנימיות המשמשות לחישובי חוזק .

מידות פנימיות אלה מקבלות ביטוי בעשרות אותיות המסמלות את ההדדיות המרחקים בין חלק פנימי זה או אחר .

לחתך ישנם הגדרות של אישור לחוץ , ואישור מתוח , מרחקים בים ברזלים שונים בחתך , מרחקים בין מוטות

לבין אזורים שונים בחתך וכו' .

 

חיזוק מבנים - חזוק מבנים לרעידות אדמה

 

בניגוד למה שהציבור חושב או יודע לגבי נושא חיזוק מבנים - העניין די פשוט להבנה ואולי גם לתכנון וביצוע .

הרעיון הבסיסי בחיזוק של מבנה בין אם זה מבנה רעוע , מבנה שלא נבנה נכון , מבנה פגוע , סדוק וכו'....ובין

אם לצורך חיזוקו לעמידות ברעידות אדמה - הוא בכך שיש צורך "לטפל" - במערכת "הנושאת" שלו - דהיינו 

הקונסטרוקצייה ...דהיינו העמודים הקירות התקרות והיסודות - ע"י כך ש"מחזקים" אותם .

 

הבניין הוא מערכת הכוללת לרוב  חמישה "מרכיבים" עיקריים של חלקי שלד ( גם שלבי תכנון הנדסי / תכנון קונסטרוקצייה )

והסדר העקרוני - מלמעלה כלפי מטה הוא  :

תקרה ( או רצפה או גג) המעביר את משקלו ועומסים שלו - לקורות - אשר מעבירות את העומסים

 לקירות ואו לעמודים ואו לשניהם יחדיו...למערכת מבנה של תקרה/קורות/עמודים  אפשר לקרוא

תת מערכת-אחת ( לרוב ישנם עוד תתי מערכות/קומות ) אשר "יושבים" לרוב אחד על השני ...עם

רציפות של העמודים ..ואשר יורדים עד ליסודות אשר מוסרים בסופו של דבר את כל העומס ומשקל

המבנה - לקרקע (המרכיב האחרון בשרשרת ) .  

  לסיכום עד פה : תקרה - קורות - עמודים (קירות ) יסודות - קרקע .....זו קונסטרוקציה .

 

בעיקרון - חיזוק נעשה ע"י "הצמדה" של מערכת קונסטרוקציה חדשה למערכת הקיימת - ומכיוון שאין דרך לשתול בתוך מערכת

קיימת חיזוק לדוגמא :  אין אפשרות להכניס תוספת ברזל בתוך עמוד קיים , נותרת לכן  האפשרות הפרקטית (למשל) לחזקו ע"י

כך "שנעבה " את העמוד - ע"י שנוסיף למידות החתך שלו "תוספת" אשר תשפר את חוזקו  -  ז"א שעמוד במידות של 20/40 ס"מ

אם נהפכו בסופו של דבר לעמוד במידת 30/50 ס"מ - הרי ששיפרנו אותו וחיזקנו אותו - בשיעור רב .

חיזוק מבנה ושיפור עמידותו בפני כוחות אופקיים הנובעים מרעידת אדמה טוב שתיעשה ע"י הוספת פירים - כמו פיר חדר מדרגות

כמו פיר מעלית כמו פיר הנוצר מבנייה של ממ"דים...היוצרים מגדל קשיח של בטון מזויין - היכולים להוות משענת לבנין לצורך

עמידות בקבלת הכוחות האופקיים - מרעידת אדמה .....תוספת קירות מבטון - וסגירת המרווח בין עמודים בקומת כניסה - משפרת את

עמידות המבנה , דוגמא נוספת וחשובה היא למשל לנצל תוספת בנייה של חדר בעמודה שלמה - כך שיהווה פיר

הקשחה ושיפור עמידות המבנה - או לנצל בנייה של פיר מעלית לשיפור עמידות "אופקית" וכיו"ב .

 

ההנדסה לא כל כך פשוטה אבל זהו התמצית והעיקרן של חיזוק "אלמנט " / "רכיב" קונסטרוקטיבי אחד במבנה ....כמובן שזה קצת

יותר מסובך , כי חיזוק המבנה ושיפור עמידותו צריך להיות "מחושב"...מדויק "וישים לביצוע" , ז"א שלא די בכך שתיהיה מסקנה

מדוייקת  לגבי הכמות והמידה של החיזוק - צריכה גם להימצא טכניקה/שיטה פרקטית ליישום ולביצוע החיזוק .

 

הקשר בין רעידת אדמה למבנה :

לפני הכל - התקן הישראלי הדן בתכנון מבנים ובעמודותם ברעידות אדמה הוא ת"י  413 .

הקשר בין רעידת אדמה למבנה , בפשטות - היא הרעידה של הקרקע לכל הצדדים וגם מעלה ומטה - הגורמת "לטלטול" המבנה

היושב על הקרקע - כך שקורה מצב שבו המבנה שואף להישאר במקומו ונוצרים כוחות בעיקר אופקיים המבקשים  להזיזו

 "בניגוד לרצונו" .

 

הכוחות האופקיים הנובעים "מהרעידה" - פוגעים בעיקר ולרוב באלמנטים האנכיים במבנה : בעמודים ובקירות בטון שאמורים

להיות   בנויים לספוג ולעמוד בכוחות אלה , בשלמות , ביציבות ואולי רק תוך פגיעה מינימלית באלמנטים הללו - אך לא בתפקוד .

עמידות המבנה בקבלת כוחות הנובעים מרעידת אדמה - מתבטאת בעמידות האלמנטיים הוירטיקליים לעמוד בעומסים אלה , וזאת

בנוסף לעומס הפועל על העמודים והקירות כתוצאה ממשקל התקרות - עליהן .

הסבר : בד"כ העומס על העמודים ועל קירות הבטון נוצר מהמשקל הפועל על התקרות (שהוא סיכום של משקל התקרות  ומשקל

העומסים  המצטברים מהשימוש בהם : אנשים , ציוד , ריהוט...מכונות ) ואשר מועבר לעמודים - וכאשר מתרחשת רעידת אדמה

נוספים גם כוחות  אופקיים הפועלים על העמודים .

 

הכוחות הפועלים על המבנה כתוצאה מרעידת אדמה פועלים על המבנה באופן מדורג , כאשר מרבית (הטלטלה ) הכוחות - מתקבלים

בבסיס במבנה ובמלוא עוצמתן - ופוחתים בצורה מדורגת ככל שעולים בגובה המבנה , עד למינימום ואף ל- אפס כוחות בגג המבנה .

דומה שמבנה העומסים והמאמץ הפועל על המבנה הם כמו של מים הלוחצים על דופן קיר בריכת שחייה - כאשר בקרקעית הלחץ

האופקי על הקיר הוא מקסימלי ובוגבה פני המים הוא אפס ( מעיין צורת משולש של כוחות - מבסיס רחב לאפס למעלה ) .