المثلث سر لمنشآت هندسية ضخمة! لماذا؟

قبل الإجابة على هذه الأسئلة وجب علينا التطرّق لعدد من المصطلحات الهندسية، كالجائز ووظيفته وأنواعه، وأنواع المساند.

الجائز:

هو عنصر إنشائي أفقي أو مائل، يقوم بالدرجة الأولى بتحمّل الحمولات الشاقولية المطبّقة عليه، نمط تشوّهه هو الانعطاف بشكل أساسي. للجائز البسيط مسندان، كما يظهر في الصورة، المجاز Span هو المسافة بين المسندين A وB، والحمولة المطبقة موزّعة مثل وزنه الذاتي الذي ينتج بقسمة وزنه كاملاً على طوله، وتوجد حمولة مركزة تكون في نقطة محددة (كوقوف شخص على مكان محدد منه). وللحمولات أنواع ميتة وحية.

أنواع المساند:

1-مسند مفصلي Pinned Support

هذا المفصل يمكنه مقاومة القوى بأي اتجاه كانت (أفقية وشاقولية ومائلة) ولا يمكنه مقاومة عزم القوة حول مركز الاتصال مع المنشأ.

2-مسند متدحرج Rolled Support

هذا المفصل يمكنه مقاومة قوة واحدة فقط عمودية على سطح المسند (أفقية أو شاقولية أو مائلة)، ولا يمكنه مقاومة عزم القوة حول مركز الاتصال مع المنشأ.

3-مسند ثابت Fixed Support

هذا المفصل يمكنه مقاومة القوى بأي اتجاه كانت (أفقية وشاقولية ومائلة) كما يمكنه مقاومة عزم القوة حول مركز الاتصال مع المنشأ، مما يمنع الإزاحة والدوران.

4-مسند بسيط Simple Support

وهو نوع قليل الاستعمال يشبه إلى حد ما في تحمله للقوى المسند المتدحرج.

أنواع الجوائز من حيث طريقة الاستناد:

الجائز البسيط Simple Beam:

يكون الجائز مستندًا على مسندين من طرفيه، يقيدان الحركة الأفقية والشاقولية ويسمحان بالدوران.

الجائز المستمر Continuous Beam:

وهو جائز مستند على عدد من المساند.

الجائز الظفري: Cantilever Beam:

ويكون هذا الجائز موثوقًا من جهة وحرًا من الجهة الأخرى.

جائز مستند من جهة وموثوق من الجهة الأخرى Propped Beam:

جائز موثوق من الجهتين Fixed-end Beam:

ومن أنواع الجوائز حسب مقطعها:

1-الجوائز المصمتة: (جوائز عادية مصبوبة: تكون من الخرسانة المسلحة ويتم صبها في قوالب خشبية أو معدنية). -يظهر في الصورة عملية صب الجائز في الموقع- جائز مصبوب بالمكان.

2-الجائز الشبكي Truss:

هو عنصر إنشائي يتألف من مجموعة من المثلثات، وتوجد العديد من الأسباب لاستخدام المثلّثات في الجوائز الشبكية: خصائصها الهندسية الفريدة، طريقة نقلها للحمولات، وخفّة الوزن.

لِمَ تُستخدَم المثلّثات في الجوائز الشبكيّة؟

1- الصلابة:

للمثلّث ثلاثة أضلاع وثلاث زوايا، يتعلّق قياس كل زاوية بالضلع المقابلة لها، وهذا يعني أنّ الزوايا ثابتة، وإذا طبّقنا الضغط على أي مكان في المثلث ستبقى الزوايا ثابتة، ولا نجد هذا في بقية الأشكال الهندسية.

2- القوى:

عند تطبيق قوة على مثلث، الضغط الناتج يُوجّه بشكل مائل، ويكون لشعاع هذه القوة مركّبتان أفقي وشاقولية، وأضلاع المثلّث تكون مضغوطة أو مشدودة، وبالتالي لا توجد حركة انعطاف.

3- المثلث ليس مغلقاً (مصمتاً):

بما أن داخل المثلث لا يساهم في صلابته الهندسية أو في سلامته الإنشائية، والمثلث يبقى مفتوحاً من الوسط، فيكون من أحد أهداف إنشاء الجائز الشبكي هو تخفيف الوزن، فالمثلث هو الشكل الأنسب لاستخدامه.

لِمَ يُعتبر المثلّث أقوى الأشكال الهندسيّة؟

يُعدّ المثلّث أقوى الأشكال الهندسية بسبب صلابة أضلاعه، والتي تسمح بنقل القوّة بالتساوي عليها أكثر من الأشكال الأخرى، وهو مستخدم على نحو واسع في إنشاء الأبنية والجسور.

المربّعات قويّة على نحوٍ كبير، لكنّها تنهار عند تطبيق وزنٍ كافٍ على أحد أضلاعها، وبالإمكان تقويتها بإضافة عناصر تقوية، هذه العناصر تضيف المزيد من المثلثات، المثلثات غالباً ما تعمل سويّة، لتمتدّ على مجازات كبيرة.

المثلث شكل مستقر، فإذا قمنا بصنع مربع باستخدام أربعة قضبان معدنية، وأربع مفصّلات في زواياه، نلاحظ أنه لا يبقى مربعاً بل يتحول بسهولة إلى متوازي أضلاع، لا تحتاج لثني أي من أضلاعه، فذلك يحصل بسبب المفصلات في الزوايا.

أما المثلث فهو صلب وهذا لا يحدث له، بينما باقي المضلعات غير صلبة. ولهذا ترى المثلثات في كل مكان حولك: في أعمدة الكهرباء العالية، في الرافعات، في الجسور وبعض المنازل. كما في الصور التالية: