טיפים ועצות למהנדסים בנושא חדירה והסבר על תוכנה ייחודית לתכנון זיון נגד חדירה והתמוטטות בשרשרת

**תוכן שיווקי. נכתב ע"י אהרן דויטש מ"קובוס ישראל".

מבוא

מטרת המאמר היא לסקור דרכים לחישוב עומסי חדירה ופתרונות אפשריים לתכנון ללא זיון לחדירה ולהציג את Punching - תוכנה חדשה וייחודית מבית "קובוס–ישראל" לתכנון חדירה, שמבצעת את כל התהליך הנדרש לצורך מניעת כשל בחדירה, החל מחישוב הכוח לחדירה ועד לשרטוט תכניות עם מפרט מלא ומותאמת לתקינה הישראלית העדכנית.

לפני שנכנס לסקירה של חישובי חדירה, כמה מילים על תוכנת MivneCAD - תוכנת MivneCAD היא תוכנה לאנליזה סטטית ודינמית של מבנים. התוכנה מתייחדת באפשרויות לאוטומטיזציה של חישובים, מפרטי ברזל, דוחות ותוכניות עבודה, התוכנה עובדת בתוך AutoCAD כך שהזנת המודל, קבלת תוצאות החישובים והנפקת שרטוטי עבדה נעשים בתוך AutoCAD. כיום תוכנת MivneCAD פועלת רק בתוך AutoCAD אך בעתיד הקרוב תיכנס האפשרות של עבודה בתוך Revit. בין המודולים הרבים של התוכנה ישנו מודול שנוסף בשנים האחרונות בשם Punching, מודול זה מבצע את כל חישובי החדירה כולל שרטוטי עבודה מפרטים דוחות וטבלאות לזיון בחדירה, ללא צורך בחישובים מצד המהנדס. ישנה אפשרות להתקנה של Punching בנפרד ללא תוכנת MivneCAD אולם במצב זה יש צורך בהכנסת הכוחות באופן ידני.

מתי צריך לבדוק תסבולת לחדירה?

תכנון תקרה עם עמודים וקירות ללא קורות מהווה אתגר לא פשוט גם למהנדס מנוסה. מלבד הזיון לכפיפה שנדרש בכל תקרה, במקרה זה צריך לבדוק את התסבולת של התקרה לכשל בגזירה בצורת חדירה סביב החיבור בין התקרה לעמוד או הקיר, כשל הנוצר עקב כוח מרוכז הפועל על התקרה. בתקן 466-1 גיליון תיקון 3 מובאים שלושה מקרים בהם יש צורך לבדוק כשל בחדירה.

 1. סביב עמוד ללא קורות.

 2. סביב קצה חופשי של קיר.

3. סביב פינה משותפת של שני קירות

הפרמטרים לחדירה ותהליכי החישוב

כפי שמשתקף מהנוסחאות לחישוב התסבולת בתקן הישראלי התסבולת לחדירה תלויה במספר פרמטרים, ביניהם: עובי אפקטיבי של התקרה, מיקום האלמנט בתוך התקרה (פינה, שפה, סמיכות לפתח), מנת הזיון לכפיפה וחוזק הבטון. בהמשך נחזור לפרמטרים אלו ונראה איך ניתן להשתמש בהם על מנת להימנע מהצורך בזיון לחדירה.

כדי להחליט האם יש צורך בזיון לחדירה, מחשבים את הכוחות לתכנון Vd כולל מקדמי הגברה, ובמקביל מחשבים את ההיקף לחדירה מסביב האלמנט ואת התסבולת של אותו היקף לחדירה Vrdc. במקרים בהם התסבולת לחדירה קטנה מהכוח לתכנון יש צורך בהוספת זיון לחדירה.

כוחות גזירה לתכנון

כוחות לחדירה, הם  כוחות גזירה שפועלים בחיבור בין הפלטה לאלמנט האנכי המחובר לתקרה. הדרך לחישוב הכוח לחדירה בעמוד שונה מהדרך לחישוב הכוח בקיר.

במקרה של עמוד, הדרך הפשוטה לחישוב סך כוח הגזירה בהיקף העמוד הוא על ידי כוח הלחיצה בעמוד המתקבל מחישוב המבנה. במקרה של קיר, חישוב כוחות הגזירה סביב הקיר מורכב יותר. בשונה מעמודים, מהנתונים של הכוח הצירי והמומנט הפועלים על הקיר כאלמנט אחד לא ניתן לחשב את כוח הגזירה בקצה הקיר. במקרים מסוימים כל הכוח מרוכז בקצה ובמקרים אחרים הכוח מפורס באופן אחיד.

נציע שלוש דרכים שונות לחישוב הכוח הגורם לחדירה בקצה הקיר.

בתמונה: כוח הגורם לחדירה בקצה הקיר.

1. כוחות החדירה בקצה הקיר הם למעשה סכום כוחות הגזירה בפלטה (Qx,Qy) סביב קצה הקיר. חישוב אינטגרלי של הגזירה מסביב להיקף ייתן את כוח החדירה. בתוכנות שונות ניתן להעריך בקירוב את סך כוחות הגזירה.

2. דרך נוספת לחישוב כוחות החדירה היא חישוב סך הריאקציות בפינות האלמנטים המרוחקות 1.5dm מקצה הקיר, המתקבלות מחישוב בתוכנת אלמנטים סופיים.

3. דרך נוספת היא ליצור מודל דו ממדי של פלטה והכנסת סמכים בקו הקיר. במקרה זה סכום הריאקציות במרחק 1.5dm מקצה הקיר שווה בקירוב טוב לכוח החדירה. דרך זו לא מתאימה לקיר תלוי ולא לוקחת בחשבון את המבנה הגלובלי והחישוב הסיסמי.

בתוכנת MivneCAD, חישוב הכוחות לחדירה מבוצע כחלק מחישוב המבנה הכולל. לאחר חישוב המבנה כוחות הגזירה מחושבים לעמודים ללא קורות, לקירות פינה וקצות קירות באופן אוטומטי באמצעות חישוב סך כוחות הגזירה סביב הקיר.

חישוב היקפים 

חישוב חדירה כולל חישוב היקף ראשון לבדיקת התסבולת לחדירה ובמקרה שיש צורך בזיון לחדירה ישנו צורך לחישוב שני היקפים נוספים. במקרה של עמוד או קיר פנימי, ניתן לחשב בקלות את ההיקפים, אולם במקרים אחרים חישוב ההיקפים עלול להוות בעיה גאומטרית הדורשת חישוב פרטני לכול עמוד או קיר ובעיקר בחישוב ההיקף הקריטי U. בתוכנת Punching חישוב ההיקפים נעשה באופן אוטומטי, כמו גם השרטוט של ההיקפים סביב העמוד. השרטוטים מאפשריים לבקר את התוצאות המתקבלות בצורה וויזואלית. 

היקפים בקירות ועמודים שונים מתוכנת מבנהקאד

בחירת סוג זיון וסידור ברזל

תכנון זיון לחדירה כולל בחירת סוג הזיון (חישוקים או\ו מוטות נטויים). קביעת זוויות לזיון וסידור הברזל סביב קצה הקיר או העמוד תוך שמירה על מרחקים מינימליים ומקסימליים בין הברזלים בהתאם לדרישות התקן עבור זיון לחדירה.

בתוכנת MivneCAD חישוב הזיון נעשה באופן אוטומטי, כאשר ישנה אפשרות לקבוע את הפרמטרים השונים של הזיון בהתאם לדרישות המהנדס. התוצאה המתקבלת מהתוכנה נותנת פתרון אופטימלי. סידור הזיון נעשה באופן אוטומטי בהתאם לגאומטריה של המבנה.

חישוקים ומוטות נטויים מתוכנת מבנהקאד

זיון מפני התמוטטות בשרשרת

בנוסף לזיון מפני חדירה, בתוכנת MivneCAD מחושב ומשורטט הזיון בפני התמוטטות בשרשרת כפי שנדרש בתקן הישראלי. במסגרת התוכנה ניתן להתחשב בזיון התחתון שקיים כחלק מן הזיון מפני התמוטטות בשרשרת כאשר הכל נעשה באופן אוטומטי כחלק מחישוב הזיון לחדירה.

פתרונות לחדירה ללא ברזל לחדירה

במקרים רבים מהנדסים מחפשים פתרונות ללא זיון לחדירה, ניתן להציע מספר פתרונות.

1. הגדלת עובי תקרה - פתרון זה איננו בהכרח היעיל ביותר אבל במקרים רבים נעדיף להגדיל מעט את עובי התקרה מאשר הוספת זיון לחדירה. בתוכנת Punching ניתן בקלות להגדיל את עובי התקרה ולבדוק את ההשפעה של הגדלת העובי על הצורך בזיון לחדירה.
2. הגדלת אחוז הזיון לכפיפה בתקרה מעל הקיר או העמוד - במקרים רבים פתרון זה הוא הקל ביותר ליישום. בתוכנת Punching ניתן לבדוק בקלות את השפעת הגדלת אחוז הזיון לכפיפה על התסבולת והצורך בזיון לחדירה.
3. הוספת כותר מעל העמוד - פתרון זה נמצא בתקן הישראלי ובתוכנת Punching חישוב ממדי הכותר נעשה באופן אוטומטי כחלק מהחישוב הכללי, כאשר ישנה אפשרות בחירה בין כותר עגול וכותר מלבני. חשוב לציין כי ברוב המקרים כותר עגול יהיה קטן משמעותית מכותר מלבני. בנוסף קיימת אופציה לשרטוט כותר במקום שרטוט זיון לחדירה.

שרטוטים, טבלאות ותוכניות עבודה בתוכנת MivneCAD

כאמור תוכנת MivneCAD מתאפיינת בהנפקת תכניות עבודה ושרטוטים כולל חישובי כמויות. כדי להתרשם מאיכות התוצאות נציג כאן תוצאות של שרטוטי בניין טיפוסי בMivneCAD. כל התוכניות מתקבלות באופן אוטומטי לאחר חישוב המודל בתוכנת אלמנטיים סופיים של MivneCAD.

שרטוט תלת ממדי של בניין שהופק באופן אוטומטי מתוניות קומתיות בתוכנת AutoCAD

תכנית חדירה בקומת ביניים במבנה, כולל מפרט ברזל מלא מתוכנת מבנהקאד.

מודול נוסף של התוכנת נקרא Column, כפי שניתן לנחש מודול זה מפיק באופן אוטומטי מפרט מלא של הזיון האורכי והחישוקים בהתאם לתקינה הישראלית תוך חישב מומנטים מסדר שני וחישוב לא לינארי של תסבולת העמוד.

תכנית ברזל בעמודים בקומת ביניים במבנה. התכנית כוללת ברזל אורכי, חישוקים ומונפקת באופן אוטומטי בתכנת מבנהקאד.

לקבלת מצגות ומועדי הדרכה ניתן לשלוח מייל לכתובת הדוא"ל המצורפת או לפנות בטלפון: 09-7489713.

הכותב הוא דוקטורנט בפקולטה להנדסה אזרחית בטכניון ועובד כמפתח בחברת Cubus-Israel. הכתוב בכתבה באחריות חברת Cubus-Israel.