م.م الاء حسين<br />المقدمة<br /><br />تُعدّ الأعمدة من أهم العناصر الإنشائية في المباني، إذ تتحمل الأحمال الرأسية وتنقلها إلى الأساسات. ومع تطور التكنولوجيا الإنشائية، برزت الحاجة إلى تطوير عناصر تجمع بين المقاومة العالية للفولاذ والصلابة والمتانة للخرسانة، مما أدى إلى ظهور الأعمدة المركبة الفولاذية–الخرسانية (Steel–Concrete Composite Columns).<br />تمثل هذه الأعمدة حلاً فعالًا في الأبنية العالية والجسور والمنشآت التي تتطلب أداءً إنشائيًا متفوقًا، إذ توفّر مقاومة كبيرة للأحمال المحورية والانبعاج، مع كفاءة اقتصادية وإنشائية عالية.<br /><br />مفهوم الأعمدة المركبة<br /><br />الأعمدة المركبة هي عناصر إنشائية تتكون من مقطع فولاذي مدمج داخل الخرسانة المسلحة أو محاط بها، بحيث يعمل المكونان معًا بطريقة منسقة لتحمل الأحمال.<br />يمكن أن تكون الأعمدة المركبة على أحد الأشكال التالية:<br /><br />فولاذ مغطى بالخرسانة (Concrete-encased steel): يُغلف المقطع الفولاذي كليًا بالخرسانة المسلحة.<br /><br />أنبوب فولاذي مملوء بالخرسانة (Concrete-filled steel tube – CFST): يُملأ الأنبوب الفولاذي بالخرسانة، ويُستخدم هذا النوع بكثرة في الأبراج العالية والجسور.<br /><br />آلية العمل المشترك بين الفولاذ والخرسانة<br /><br />يعتمد السلوك المركب على الارتباط الكامل بين المادتين من خلال الالتصاق والاحتكاك أو باستخدام مراسي القص (Shear Connectors) التي تمنع الانزلاق النسبي.<br />عند تحميل العمود محورياً:<br /><br />يتحمل الفولاذ معظم الإجهادات الناتجة عن الشد والانبعاج.<br /><br />بينما تتحمل الخرسانة الجزء الأكبر من إجهادات الضغط، وتوفر غلافاً يحمي الفولاذ من الحرارة والتآكل.<br />هذا التفاعل يؤدي إلى زيادة مقاومة العمود الكلية مقارنة باستخدام أي من المادتين بشكل منفصل.<br /><br />سلوك الأعمدة المركبة تحت الأحمال المحورية<br />1. المرحلة المرنة (Elastic Stage):<br /><br />يعمل الفولاذ والخرسانة بشكل متكامل، وتزداد الأحمال بالتناسب مع التشوه.<br /><br />2. مرحلة اللدن الجزئي (Elastic–Plastic Stage):<br /><br />تبدأ الخرسانة بالوصول إلى مقاومتها القصوى، بينما يدخل الفولاذ في منطقة اللدن، مما يؤدي إلى إعادة توزيع الإجهادات داخليًا.<br /><br />3. مرحلة الانهيار (Failure Stage):<br /><br />يحدث الانهيار نتيجة انبعاج المقطع الفولاذي الداخلي أو تحطم الخرسانة المحيطة، وغالبًا ما يتأخر الانهيار بفضل قدرة النظام المركب على الامتصاص الطاقي (Ductility).<br /><br />العوامل المؤثرة في مقاومة الأعمدة المركبة<br /><br />نسبة الفولاذ إلى الخرسانة: كلما زادت نسبة الفولاذ، ارتفعت مقاومة الانبعاج والمحور.<br /><br />نوع المقطع الفولاذي: المقاطع المغلقة (مثل الأنابيب) توفر مقاومة أفضل للانبعاج الجانبي.<br /><br />نوع الخرسانة: الخرسانة عالية المقاومة تزيد من قدرة التحمل المحوري وتقلل الانبعاج المحلي.<br /><br />طول العمود ونسبة النحافة (Slenderness Ratio): الأعمدة الطويلة أكثر عرضة للانبعاج، ما يقلل من المقاومة الفعلية.<br /><br />ظروف التحميل والدعم: تؤثر طريقة تثبيت الأطراف واتجاه الأحمال على سلوك الانبعاج والاستقرار العام.<br /><br />مزايا الأعمدة المركبة<br /><br />مقاومة عالية للأحمال المحورية والجانبية.<br /><br />تقليل أبعاد المقطع مقارنة بالأعمدة الخرسانية التقليدية.<br /><br />مقاومة ممتازة للحريق عند تغليف الفولاذ بالخرسانة.<br /><br />سرعة التنفيذ في مواقع البناء.<br /><br />تحسين الأداء الزلزالي للمنشآت العالية.<br /><br />النمذجة والتحليل العددي<br /><br />تُستخدم البرامج الهندسية مثل ABAQUS وANSYS وETABS في تحليل سلوك الأعمدة المركبة تحت الأحمال المختلفة.<br />تتيح هذه النماذج دراسة:<br /><br />توزيع الإجهادات بين المادتين.<br /><br />التشوهات والانبعاج المحلي والعام.<br /><br />تأثير الفجوات أو ضعف الالتصاق بين الفولاذ والخرسانة.<br />كما تبيّن الدراسات أن نماذج العناصر المحدودة (Finite Element Models) قادرة على تمثيل السلوك الحقيقي بدقة عالية مقارنة بالاختبارات المخبرية.<br /><br />التطبيقات الهندسية<br /><br />تُستخدم الأعمدة المركبة على نطاق واسع في:<br /><br />الأبراج العالية لتحمل الأحمال المحورية والجانبية.<br /><br />الجسور الفولاذية–الخرسانية التي تتطلب مقاطع قوية وخفيفة.<br /><br />المباني الصناعية حيث يُستفاد من سرعة التركيب والمقاومة العالية.<br /><br />الخاتمة<br /><br />يُظهر التحليل النظري والتجريبي أن الأعمدة المركبة الفولاذية–الخرسانية توفر أداءً إنشائيًا متفوقًا بفضل التكامل الميكانيكي بين الفولاذ والخرسانة. كما تسهم في تحسين مقاومة الانبعاج، وزيادة المطيلية، وتقليل مقاطع الأعمدة في الأبنية العالية.<br />ومع تطور الكودات العالمية مثل Eurocode 4 وACI 318 في تنظيم تصميم هذه الأعمدة، يتجه العالم نحو اعتماد الأنظمة المركبة كحل هندسي مثالي يوازن بين الأداء، والكفاءة، والاستدامة في مشاريع البناء الحديثة.<br /><br />المراجع (APA 7th Edition)<br /><br />Ellobody, E., Young, B., & Lam, D. (2011). Behaviour of steel-concrete composite columns subjected to axial load. Journal of Constructional Steel Research, 67(2), 211–222.<br /><br />Han, L.-H. (2014). Concrete-filled steel tubular structures: Theory and practice. CRC Press.<br /><br />Johansson, M., & Gylltoft, K. (2002). Mechanical behavior of circular steel-concrete composite stub columns. Journal of Structural Engineering, 128(8), 1073–1081.<br /><br />Sakino, K., Nakahara, H., Morino, S., & Nishiyama, I. (2004). Behavior of centrally loaded concrete-filled steel-tube short columns. Journal of Structural Engineering, 130(2), 180–188.<br /><br />Eurocode 4. (2004). Design of composite steel and concrete structures – Part 1.1: General rules and rules for buildings. European Committee for Standardization.<br />جامعة المستقبل الجامعة الاولى في العراق