الأنبوب هو المقطع الأنجع في البناء الخفيف، والسبب يختصر في جملة: ففي القطعة التي تنحني، لا تكاد المادة القريبة من المركز تؤدي شيئًا. والأنبوب يزيلها وينقلها إلى المحيط. وإليكم ما يغيّره ذلك عمليًا، وكيف تحسبون ما تطلبونه.
لماذا يتفوق الأنبوب على القضيب المصمت
تتوقف صلابة القطعة في الانحناء على عزم القصور الذاتي، الذي يتنامى بمربع بُعد المادة عن المحور المحايد. فليفة تبعد 20 مم عن المركز تساهم بأربعة أضعاف ليفة تبعد 10 مم.
والنتيجة: المادة القريبة من المحور تكاد تكون عديمة الفائدة في الانحناء. وتفريغها وإعادة توزيعها على المحيط يرفع الصلابة دون إضافة غرام واحد.
والحساب مذهل. لنقارن قطعتين لهما المقطع نفسه، أي الوزن نفسه بالمتر:
| القطعة | المقطع | عزم القصور الذاتي | الصلابة النسبية |
|---|---|---|---|
| قضيب دائري مصمت Ø 20 مم | 314 مم² | 7٬854 مم⁴ | 1 × |
| أنبوب Ø 40 مم، سماكة 2٫7 مم | 314 مم² | 54٬978 مم⁴ | 7 × |
وبوزن متساوٍ تمامًا، يكون الأنبوب أكثر صلابة بسبع مرات. وهي من الحالات النادرة في البناء التي يُربح فيها دون مقابل — باستثناء الثمن بالكيلوغرام، وهو أعلى قليلًا للأنبوب منه للقضيب المصمت.
وتخضع الأنابيب الهيكلية لمعيار EN 10219 للمقاطع المشكَّلة على البارد، وEN 10210 للمقاطع المنهاة على الساخن.
حساب الوزن بالمتر
تنبع الصيغ الثلاث من المبدأ نفسه: مساحة المقطع (بالمم²) × 0٫00785.
الأنبوب الدائري — القطر الخارجي D والسماكة t
كغ/م = 0٫0247 × t × (D − t)
مثال، أنبوب Ø 42٫4 × 2٫6: 0٫0247 × 2٫6 × 39٫8 = 2٫55 كغ/م
الأنبوب المربع — الضلع a والسماكة t
كغ/م = 0٫0314 × t × (a − t)
مثال، أنبوب 50 × 50 × 3: 0٫0314 × 3 × 47 = 4٫43 كغ/م
الأنبوب المستطيل — الضلعان a وb والسماكة t
كغ/م = 0٫0157 × t × (a + b − 2t)
مثال، أنبوب 80 × 40 × 3: 0٫0157 × 3 × 114 = 5٫37 كغ/م
وتحفّظ مهم: تفترض هذه الصيغ زوايا حادّة. غير أن الأنابيب المربعة والمستطيلة المشكَّلة على البارد لها تقوّسات في الزوايا الأربع، تُزيل قليلًا من المادة. فالنتيجة المحسوبة أعلى قليلًا من الوزن الفعلي — بنحو 2 إلى 4٪ في المقاطع الصغيرة، حيث يكون نصف قطر التقوّس أكبر نسبيًا. وللتسعير، اعتمدوا قيمة كتالوج المصنع؛ أما للتقدير، فالصيغة تكفي تمامًا.
أي شكل لأي استعمال
الأنبوب الدائري. الأكثر صلابة بوزن متساوٍ، والوحيد الذي يتصرف بالشكل نفسه في جميع الاتجاهات. وهو مثالي للأعمدة الحرة والدرابزين والصواري والهياكل الأنبوبية. وعيبه عملي: إذ يتطلب أي تجميع طرفًا بطرف قصًّا على شكل «فم ذئب»، ولا يُثبَّت عليه شيء بشكل مسطح.
الأنبوب المربع. أكثر الحلول الوسط استعمالًا في النجارة المعدنية. فهو يكاد يوازي الدائري أداءً، لكن بأربعة أوجه مسطحة: فالقصّات مستقيمة، ولحامات الزوايا بسيطة، وكل ملحق يُبرغى دون محوّل. وهذا ما يجعله المقطع الافتراضي للبوابات والأثاث والحواجز والهياكل الخفيفة.
الأنبوب المستطيل. حين تأتي القوى أساسًا من اتجاه واحد. فإذا وُضع مسطحًا، كان صلبًا عموديًا وأكثر ليونة جانبيًا. وهو مقطع العوارض الرابطة والعتبات ومنصات المقطورات والعوارض الثانوية — حيثما كان الحمل عموديًا بوضوح.
ونقطة الحذر: توجيه أنبوب مستطيل في الاتجاه الخاطئ يقسّم صلابته بمعامل كبير. فأنبوب 80 × 40 موضوع «مسطحًا» (80 مم أفقيًا) أكثر ليونة بوضوح من الأنبوب نفسه موضوعًا «على حرفه» (80 مم عموديًا). والخطأ سهل الوقوع عند التركيب، ومكلف التصحيح.
أسود أم مغلفن: الحالة الخاصة للأنبوب
يطرح الأنبوب سؤالًا لا تطرحه المقاطع المصمتة: الداخل.
فالأنبوب المفتوح المعرَّض للمطر يمتلئ بالماء. فيركد ولا يجف أبدًا، ويُتلف الأنبوب من الداخل نحو الخارج — دون أن يُرى حتى يحدث الثقب. وهذا هو السبب الأول لتلف الدرابزين والبوابات والأسيجة الأنبوبية.
وثلاثة أجوبة متكاملة:
- سدّ الأطراف. سدادات بلاستيكية، أو صفائح ملحومة، أو لحام إغلاق.
- ثقب فتحة تصريف عند النقطة السفلى من كل مقطع، لتصريف التكاثف الذي يتشكل على أي حال داخل أنبوب مغلق.
- اختيار أنبوب مغلفن — مع التحقق من أن الغلفنة تغطي الداخل فعلًا، وهو ما لا ينطبق على كل الطرق.
وفي منشأة خارجية على ساحل البحر، لا تكون هذه التدابير الثلاثة زائدة عن الحاجة: بل تتراكم.
أسئلة متداولة
كيف أحسب وزن أنبوب مربع؟
كغ/م = 0٫0314 × السماكة × (الضلع − السماكة)، بالمليمتر. فأنبوب 50 × 50 × 3 يزن 0٫0314 × 3 × 47 = 4٫43 كغ/م. والصيغة تهمل تقوّسات الزوايا ولذلك تبالغ قليلًا، بنسبة 2 إلى 4٪ في المقاطع الصغيرة.
كيف أحسب وزن أنبوب دائري؟
كغ/م = 0٫0247 × السماكة × (القطر الخارجي − السماكة)، بالمليمتر. فأنبوب Ø 42٫4 × 2٫6 يزن 0٫0247 × 2٫6 × 39٫8 = 2٫55 كغ/م.
هل الأنبوب فعلًا أقوى من قضيب مصمت؟
أكثر صلابة، نعم — وبوضوح. فبمقطع متساوٍ وبالتالي بوزن متساوٍ، يكون أنبوب Ø 40 × 2٫7 أكثر صلابة في الانحناء بنحو سبع مرات من قضيب دائري مصمت Ø 20، لأن مادته منقولة بعيدًا عن المحور المحايد.
أنبوب مربع أم مستطيل لبوابة؟
الأنبوب المربع في أغلب الحالات: فسلوكه متطابق في الاتجاهين، ما يزيل أي خطأ في التوجيه عند التركيب. أما المستطيل فيُستعمل في العوارض الطويلة، موضوعًا على حرفه ليكون بعده الأكبر في اتجاه الحمل.
القيم الواردة في هذا الدليل معالم نظرية مستمدة من المعايير المذكورة. وهي لا تغني عن مذكرة حسابية ولا عن وثائق الصانع. لأي عملية تحجيم، اعرضوا فرضياتكم على مكتب دراسات للمصادقة عليها.
