حاسبة أمان تحميل العوارض: تحديد ما إذا كانت العارضة يمكن أن تدعم الحمل

المقدمة

تعتبر حاسبة أمان تحميل العوارض أداة أساسية للمهندسين والمهنيين في البناء وهواة الأعمال اليدوية الذين يحتاجون إلى تحديد ما إذا كانت العارضة يمكن أن تدعم حملًا معينًا بأمان. توفر هذه الحاسبة طريقة بسيطة لتقييم أمان العارضة من خلال تحليل العلاقة بين الأحمال المطبقة والقدرة الهيكلية لأنواع ومواد العوارض المختلفة. من خلال إدخال معلمات أساسية مثل أبعاد العارضة وخصائص المواد والأحمال المطبقة، يمكنك بسرعة تحديد ما إذا كان تصميم العارضة الخاص بك يلبي متطلبات الأمان لمشروعك.

تعتبر حسابات تحميل العوارض أساسية في الهندسة الإنشائية وأمان البناء. سواء كنت تقوم بتصميم هيكل سكني، أو تخطط لبناء تجاري، أو تعمل على مشروع تحسين منزلي بنفسك، فإن فهم أمان تحميل العوارض أمر بالغ الأهمية لتجنب الفشل الهيكلي الذي قد يؤدي إلى تلف الممتلكات أو الإصابات أو حتى الوفيات. تبسط هذه الحاسبة مبادئ الهندسة الإنشائية المعقدة إلى تنسيق يمكن الوصول إليه، مما يتيح لك اتخاذ قرارات مستنيرة بشأن اختيار وتصميم العارضة.

فهم أمان تحميل العوارض

يتم تحديد أمان تحميل العوارض من خلال مقارنة الضغط الناتج عن الحمل المطبق مع الضغط المسموح به لمادة العارضة. عندما يتم تطبيق حمل على العارضة، فإنه يخلق ضغوطًا داخلية يجب أن تتحملها العارضة. إذا تجاوزت هذه الضغوط قدرة المادة، فقد تتشوه العارضة بشكل دائم أو تفشل بشكل كارثي.

تشمل العوامل الرئيسية التي تحدد أمان تحميل العوارض:

1. هندسة العارضة (الأبعاد والشكل المقطعي)
2. خصائص المواد (القوة، المرونة)
3. حجم الحمل وتوزيعه
4. طول العارضة
5. ظروف الدعم

تركز حاسبتنا على العوارض المدعومة ببساطة (مدعومة من كلا الطرفين) مع حمل مطبق في المنتصف، وهو تكوين شائع في العديد من التطبيقات الهيكلية.

العلم وراء حسابات تحميل العوارض

صيغة الضغط الانحنائي

المبدأ الأساسي وراء أمان تحميل العوارض هو معادلة الضغط الانحنائي:

$\sigma = \frac{M \cdot c}{I}$

حيث:

• $\sigma$ = الضغط الانحنائي (ميغاباسكال أو رطل لكل بوصة مربعة)
• $M$ = الحد الأقصى من عزم الانحناء (ن·م أو رطل·قدم)
• $c$ = المسافة من المحور المحايد إلى الألياف القصوى (م أو بوصة)
• $I$ = عزم القصور الذاتي للمقطع العرضي (م⁴ أو بوصة⁴)

بالنسبة للعارضة المدعومة ببساطة مع حمل مركزي، يحدث الحد الأقصى من عزم الانحناء في المنتصف ويتم حسابه على النحو التالي:

$M = \frac{P \cdot L}{4}$

حيث:

• $P$ = الحمل المطبق (ن أو رطل)
• $L$ = طول العارضة (م أو قدم)

عزم القصور الذاتي

لتبسيط الحسابات، غالبًا ما يستخدم المهندسون عزم القصور الذاتي ($S$)، الذي يجمع بين عزم القصور الذاتي والمسافة إلى الألياف القصوى:

$S = \frac{I}{c}$

هذا يسمح لنا بإعادة كتابة معادلة الضغط الانحنائي على النحو التالي:

$\sigma = \frac{M}{S}$

عامل الأمان

عامل الأمان هو نسبة الحمل الأقصى المسموح به إلى الحمل المطبق:

$\text{عامل الأمان} = \frac{\text{الحمل الأقصى المسموح به}}{\text{الحمل المطبق}}$

تشير قيمة عامل الأمان الأكبر من 1.0 إلى أن العارضة يمكن أن تدعم الحمل بأمان. في الممارسة العملية، عادةً ما يصمم المهندسون لعوامل أمان تتراوح بين 1.5 و 3.0، اعتمادًا على التطبيق وعدم اليقين في تقديرات الحمل.

حسابات عزم القصور الذاتي

يختلف عزم القصور الذاتي بناءً على شكل المقطع العرضي للعارضة:

1. العارضة المستطيلة: $I = \frac{b \cdot h^3}{12}$ حيث $b$ = العرض و $h$ = الارتفاع

2. العارضة الدائرية: $I = \frac{\pi \cdot d^4}{64}$ حيث $d$ = القطر

3. العارضة على شكل حرف I: $I = \frac{b \cdot h^3}{12} - \frac{(b - t_w) \cdot (h - 2t_f)^3}{12}$ حيث $b$ = عرض الشفة، $h$ = الارتفاع الكلي، $t_w$ = سمك الجدار، و $t_f$ = سمك الشفة

كيفية استخدام حاسبة أمان تحميل العوارض

تبسط حاسبتنا هذه الحسابات المعقدة إلى واجهة سهلة الاستخدام. اتبع هذه الخطوات لتحديد ما إذا كانت العارضة يمكن أن تدعم الحمل المقصود بأمان:

الخطوة 1: اختيار نوع العارضة

اختر من بين ثلاثة أنواع شائعة من المقطع العرضي للعارضة:

• مستطيلة: شائعة في البناء الخشبي والتصميمات الفولاذية البسيطة
• على شكل حرف I: تستخدم في التطبيقات الهيكلية الأكبر لكفاءتها في توزيع المواد
• دائرية: شائعة في الأعمدة والأعمدة وبعض التطبيقات المتخصصة

الخطوة 2: اختيار المادة

اختر مادة العارضة:

• الفولاذ: نسبة عالية من القوة إلى الوزن، تستخدم عادة في البناء التجاري
• الخشب: مادة طبيعية ذات خصائص قوة جيدة، شائعة في البناء السكني
• الألمنيوم: مادة خفيفة الوزن ذات مقاومة جيدة للتآكل، تستخدم في التطبيقات المتخصصة

الخطوة 3: إدخال أبعاد العارضة

أدخل الأبعاد بناءً على نوع العارضة الذي اخترته:

بالنسبة للعارضات المستطيلة:

• العرض (م)
• الارتفاع (م)

بالنسبة للعارضات على شكل حرف I:

• الارتفاع (م)
• عرض الشفة (م)
• سمك الشفة (م)
• سمك الجدار (م)

بالنسبة للعارضات الدائرية:

• القطر (م)

الخطوة 4: إدخال طول العارضة والحمل المطبق

• طول العارضة (م): المسافة بين الدعامات
• الحمل المطبق (ن): القوة التي تحتاج العارضة إلى دعمها

الخطوة 5: عرض النتائج

بعد إدخال جميع المعلمات، ستعرض الحاسبة:

• نتيجة الأمان: ما إذا كانت العارضة آمنة أو غير آمنة للحمل المحدد
• عامل الأمان: نسبة الحمل الأقصى المسموح به إلى الحمل المطبق
• الحمل الأقصى المسموح به: الحد الأقصى من الحمل الذي يمكن أن تدعمه العارضة بأمان
• الضغط الفعلي: الضغط الناتج عن الحمل المطبق
• الضغط المسموح به: الحد الأقصى من الضغط الذي يمكن أن تتحمله المادة بأمان

ستظهر أيضًا تمثيل بصري يوضح العارضة مع الحمل المطبق ويشير إلى ما إذا كانت آمنة (باللون الأخضر) أو غير آمنة (باللون الأحمر).

خصائص المواد المستخدمة في الحسابات

تستخدم حاسبتنا الخصائص التالية للمواد لحساب الضغط:

تمثل هذه القيم الضغوط المسموح بها النموذجية للتطبيقات الهيكلية. في التطبيقات الحرجة، استشر رموز التصميم الخاصة بالمواد أو مهندس هيكلي.

حالات الاستخدام والتطبيقات

البناء والهندسة الإنشائية

تعتبر حاسبة أمان تحميل العوارض لا تقدر بثمن لـ:

1. التصميم الأولي: تقييم خيارات العوارض المختلفة بسرعة خلال مرحلة التصميم الأولية
2. التحقق: التحقق مما إذا كانت العوارض الموجودة يمكن أن تدعم أحمالًا إضافية خلال التجديدات
3. اختيار المواد: مقارنة المواد المختلفة للعثور على الحل الأكثر كفاءة
4. الأغراض التعليمية: تعليم مبادئ الهندسة الإنشائية مع ردود فعل بصرية

البناء السكني

يمكن للمالكين والمقاولين استخدام هذه الحاسبة لـ:

1. بناء الأرصفة: التأكد من أن الدعامات والعوارض يمكن أن تدعم الأحمال المتوقعة
2. تجديدات القبو: التحقق مما إذا كانت العوارض الموجودة يمكن أن تدعم تكوينات الجدران الجديدة
3. تحويلات العلية: تحديد ما إذا كانت دعامات الأرضية يمكن أن تتحمل تغيير الاستخدام
4. إصلاحات السقف: التحقق مما إذا كانت العوارض السقفية يمكن أن تدعم مواد التسقيف الجديدة

مشاريع الأعمال اليدوية

سيجد هواة الأعمال اليدوية أن هذه الحاسبة مفيدة لـ:

1. الرفوف: التأكد من أن دعامات الرفوف يمكن أن تتحمل وزن الكتب أو المقتنيات
2. طاولات العمل: تصميم طاولات عمل قوية لن تتشوه تحت الأدوات الثقيلة
3. الأثاث: إنشاء أثاث مخصص مع دعم هيكلي كافٍ
4. الهياكل الخارجية: تصميم البرجولات والأقواس والأسرة المرتفعة التي ستستمر

التطبيقات الصناعية

في الإعدادات الصناعية، يمكن أن تساعد هذه الحاسبة في:

1. دعامات المعدات: التحقق من أن العوارض يمكن أن تدعم الآلات والمعدات
2. الهياكل المؤقتة: تصميم السقالات والمنصات المؤقتة بأمان
3. معالجة المواد: التأكد من أن العوارض في رفوف التخزين يمكن أن تدعم أحمال المخزون
4. تخطيط الصيانة: تقييم ما إذا كانت الهياكل الموجودة يمكن أن تدعم الأحمال المؤقتة خلال الصيانة

البدائل لحاسبة أمان تحميل العوارض

بينما توفر حاسبتنا تقييمًا مباشرًا لأمان العوارض، هناك طرق بديلة لمواقف أكثر تعقيدًا:

1. تحليل العناصر المحدودة (FEA): بالنسبة للأشكال المعقدة، وظروف التحميل، أو سلوك المواد، يوفر برنامج FEA تحليلًا تفصيليًا للضغط في جميع أنحاء الهيكل.

2. جداول رموز البناء: توفر العديد من رموز البناء جداول امتداد مسبقة الحساب لأحجام العوارض الشائعة وظروف التحميل، مما يلغي الحاجة إلى حسابات فردية.

3. برامج تحليل الهيكلية: يمكن أن تحلل برامج الهندسة الهيكلية المخصصة أنظمة المباني بالكامل، مع الأخذ في الاعتبار التفاعلات بين العناصر الهيكلية المختلفة.

4. استشارة مهندسي الإنشاءات المحترفين: بالنسبة للتطبيقات الحرجة أو الهياكل المعقدة، يوفر التشاور مع مهندس هيكلي مرخص أعلى مستوى من ضمان السلامة.

5. اختبار الحمل الفعلي: في بعض الحالات، قد يكون من الضروري اختبار عينات العوارض فعليًا للتحقق من الأداء، خاصةً للمواد أو ظروف التحميل غير العادية.

اختر الطريقة التي تتناسب بشكل أفضل مع تعقيد مشروعك وعواقب الفشل المحتمل.

تاريخ نظرية العوارض والتحليل الهيكلي

تطورت المبادئ وراء حاسبة أمان تحميل العوارض لدينا على مر قرون من التطور العلمي والهندسي:

البدايات القديمة

تعود جذور نظرية العوارض إلى الحضارات القديمة. طور الرومان والمصريون والصينيون جميعًا طرقًا تجريبية لتحديد أحجام العوارض المناسبة لهياكلهم. اعتمد هؤلاء المهندسون الأوائل على الخبرة والتجربة بدلاً من التحليل الرياضي.

ولادة نظرية العوارض الحديثة

بدأ الأساس الرياضي لنظرية العوارض في القرن السابع عشر والثامن عشر:

• غاليليو غاليلي (1638) قام بأول محاولة علمية لتحليل قوة العارضة، على الرغم من أن نموذجه كان غير مكتمل.
• روبرت هوك (1678) أسس العلاقة بين القوة والتشوه بقانونه الشهير: "كما التوتر، كذلك القوة".
• جاكوب بيرنولي (1705) طور نظرية المنحنى المرن، موضحًا كيف تنحني العوارض تحت الحمل.
• ليونارد أويلر (1744) توسع في عمل بيرنولي، مما أنشأ نظرية العارضة أويلر-بيرنولي التي لا تزال أساسية حتى اليوم.

الثورة الصناعية والتوحيد القياسي

شهد القرن التاسع عشر تقدمًا سريعًا في نظرية العوارض وتطبيقها:

• كلود لويس نافير (1826) دمج النظريات السابقة في نهج شامل للتحليل الهيكلي.
• ويليام رانكين (1858) نشر دليلًا عن الميكانيكا التطبيقية الذي أصبح مرجعًا قياسيًا للمهندسين.
• ستيفن تيموشينكو (أوائل القرن العشرين) صقل نظرية العوارض لأخذ تشوه القص والقصور الذاتي الدوراني في الاعتبار.

التطورات الحديثة

يجمع تحليل الهيكلية اليوم بين نظرية العوارض الكلاسيكية وطرق الحساب المتقدمة:

• الهندسة بمساعدة الحاسوب (1960-الحاضر) قد أحدثت ثورة في التحليل الهيكلي، مما يسمح بمحاكاة معقدة.
• رموز ومعايير البناء تطورت لضمان هوامش أمان متسقة عبر مشاريع البناء المختلفة.
• المواد المتقدمة مثل المركبات عالية القوة قد وسعت من إمكانيات تصميم العوارض بينما تتطلب نهجًا تحليليًا جديدًا.

تبني حاسبتنا على هذا التاريخ الغني، مما يجعل قرونًا من المعرفة الهندسية متاحة من خلال واجهة بسيطة.

أمثلة عملية

المثال 1: دعامة أرضية سكنية

يريد مالك منزل التحقق مما إذا كانت دعامة خشبية للأرضية يمكن أن تدعم حوض استحمام ثقيل جديد:

• نوع العارضة: مستطيلة
• المادة: خشب
• الأبعاد: 0.05 م (2 بوصة) عرض × 0.2 م (8 بوصات) ارتفاع
• الطول: 3.5 م
• الحمل المطبق: 2000 ن (حوالي 450 رطل)

النتيجة: تظهر الحاسبة أن هذه العارضة آمنة مع عامل أمان 1.75.

المثال 2: عارضة دعم فولاذية

يقوم مهندس بتصميم عارضة دعم لمبنى تجاري صغير:

• نوع العارضة: على شكل حرف I
• المادة: فولاذ
• الأبعاد: 0.2 م ارتفاع، 0.1 م عرض الشفة، 0.01 م سمك الشفة، 0.006 م سمك الجدار
• الطول: 5 م
• الحمل المطبق: 50000 ن (حوالي 11240 رطل)

النتيجة: تظهر الحاسبة أن هذه العارضة آمنة مع عامل أمان 2.3.

المثال 3: عمود ألمنيوم

يحتاج صانع لافتات إلى التحقق مما إذا كان عمود الألمنيوم يمكن أن يدعم لافتة جديدة للمتجر:

• نوع العارضة: دائرية
• المادة: ألمنيوم
• الأبعاد: 0.08 م قطر
• الطول: 4 م
• الحمل المطبق: 800 ن (حوالي 180 رطل)

النتيجة: تظهر الحاسبة أن هذه العارضة غير آمنة مع عامل أمان 0.85، مما يشير إلى الحاجة إلى عمود بقطر أكبر.

أمثلة تنفيذ الكود

إليك أمثلة حول كيفية تنفيذ حسابات أمان تحميل العوارض في لغات برمجة مختلفة:

1// تنفيذ جافا سكريبت للتحقق من أمان العارضة المستطيلة
2function checkRectangularBeamSafety(width, height, length, load, material) {
3  // خصائص المواد بالميغاباسكال
4  const allowableStress = {
5    steel: 250,
6    wood: 10,
7    aluminum: 100
8  };
9  
10  // حساب عزم القصور الذاتي (م^4)
11  const I = (width * Math.pow(height, 3)) / 12;
12  
13  // حساب عزم القسم (م^3)
14  const S = I / (height / 2);
15  
16  // حساب الحد الأقصى من عزم الانحناء (ن·م)
17  const M = (load * length) / 4;
18  
19  // حساب الضغط الفعلي (ميغاباسكال)
20  const stress = M / S;
21  
22  // حساب عامل الأمان
23  const safetyFactor = allowableStress[material] / stress;
24  
25  // حساب الحمل الأقصى المسموح به (ن)
26  const maxAllowableLoad = load * safetyFactor;
27  
28  return {
29    safe: safetyFactor >= 1,
30    safetyFactor,
31    maxAllowableLoad,
32    stress,
33    allowableStress: allowableStress[material]
34  };
35}
36
37// مثال على الاستخدام
38const result = checkRectangularBeamSafety(0.1, 0.2, 3, 5000, 'steel');
39console.log(`العارضة ${result.safe ? 'آمنة' : 'غير آمنة'}`);
40console.log(`عامل الأمان: ${result.safetyFactor.toFixed(2)}`);
41

1import math
2
3def check_circular_beam_safety(diameter, length, load, material):
4    """
5    تحقق مما إذا كانت العارضة الدائرية يمكن أن تدعم الحمل بأمان
6    
7    المعلمات:
8    القطر (float): قطر العارضة بالمتر
9    الطول (float): طول العارضة بالمتر
10    الحمل (float): الحمل المطبق بالنيوتن
11    المادة (str): 'فولاذ'، 'خشب'، أو 'ألومنيوم'
12    
13    الإرجاع:
14    dict: نتائج تقييم الأمان
15    """
16    # خصائص المواد (ميغاباسكال)
17    allowable_stress = {
18        'steel': 250,
19        'wood': 10,
20        'aluminum': 100
21    }
22    
23    # حساب عزم القصور الذاتي (م^4)
24    I = (math.pi * diameter**4) / 64
25    
26    # حساب عزم القسم (م^3)
27    S = I / (diameter / 2)
28    
29    # حساب الحد الأقصى من عزم الانحناء (ن·م)
30    M = (load * length) / 4
31    
32    # حساب الضغط الفعلي (ميغاباسكال)
33    stress = M / S
34    
35    # حساب عامل الأمان
36    safety_factor = allowable_stress[material] / stress
37    
38    # حساب الحمل الأقصى المسموح به (ن)
39    max_allowable_load = load * safety_factor
40    
41    return {
42        'safe': safety_factor >= 1,
43        'safety_factor': safety_factor,
44        'max_allowable_load': max_allowable_load,
45        'stress': stress,
46        'allowable_stress': allowable_stress[material]
47    }
48
49# مثال على الاستخدام
50beam_params = check_circular_beam_safety(0.05, 2, 1000, 'aluminum')
51print(f"العارضة {'آمنة' if beam_params['safe'] else 'غير آمنة'}")
52print(f"عامل الأمان: {beam_params['safety_factor']:.2f}")
53

1public class IBeamSafetyCalculator {
2    // خصائص المواد بالميغاباسكال
3    private static final double STEEL_ALLOWABLE_STRESS = 250.0;
4    private static final double WOOD_ALLOWABLE_STRESS = 10.0;
5    private static final double ALUMINUM_ALLOWABLE_STRESS = 100.0;
6    
7    public static class SafetyResult {
8        public boolean isSafe;
9        public double safetyFactor;
10        public double maxAllowableLoad;
11        public double stress;
12        public double allowableStress;
13        
14        public SafetyResult(boolean isSafe, double safetyFactor, double maxAllowableLoad, 
15                           double stress, double allowableStress) {
16            this.isSafe = isSafe;
17            this.safetyFactor = safetyFactor;
18            this.maxAllowableLoad = maxAllowableLoad;
19            this.stress = stress;
20            this.allowableStress = allowableStress;
21        }
22    }
23    
24    public static SafetyResult checkIBeamSafety(
25            double height, double flangeWidth, double flangeThickness, 
26            double webThickness, double length, double load, String material) {
27        
28        // الحصول على الضغط المسموح به بناءً على المادة
29        double allowableStress;
30        switch (material.toLowerCase()) {
31            case "steel": allowableStress = STEEL_ALLOWABLE_STRESS; break;
32            case "wood": allowableStress = WOOD_ALLOWABLE_STRESS; break;
33            case "aluminum": allowableStress = ALUMINUM_ALLOWABLE_STRESS; break;
34            default: throw new IllegalArgumentException("مادة غير معروفة: " + material);
35        }
36        
37        // حساب عزم القصور الذاتي للعارضة على شكل حرف I
38        double webHeight = height - 2 * flangeThickness;
39        double outerI = (flangeWidth * Math.pow(height, 3)) / 12;
40        double innerI = ((flangeWidth - webThickness) * Math.pow(webHeight, 3)) / 12;
41        double I = outerI - innerI;
42        
43        // حساب عزم القسم
44        double S = I / (height / 2);
45        
46        // حساب الحد الأقصى من عزم الانحناء
47        double M = (load * length) / 4;
48        
49        // حساب الضغط الفعلي
50        double stress = M / S;
51        
52        // حساب عامل الأمان
53        double safetyFactor = allowableStress / stress;
54        
55        return new SafetyResult(
56            safetyFactor >= 1.0,
57            safetyFactor,
58            maxAllowableLoad,
59            stress,
60            allowableStress
61        );
62    }
63    
64    public static void main(String[] args) {
65        // مثال: تحقق من أمان عارضة على شكل حرف I
66        SafetyResult result = checkIBeamSafety(
67            0.2,    // الارتفاع (م)
68            0.1,    // عرض الشفة (م)
69            0.015,  // سمك الشفة (م)
70            0.01,   // سمك الجدار (م)
71            4.0,    // الطول (م)
72            15000,  // الحمل (ن)
73            "steel" // المادة
74        );
75        
76        System.out.println("العارضة " + (result.isSafe ? "آمنة" : "غير آمنة"));
77        System.out.printf("عامل الأمان: %.2f\n", result.safetyFactor);
78        System.out.printf("الحمل الأقصى المسموح به: %.2f ن\n", result.maxAllowableLoad);
79    }
80}
81

1' دالة VBA في Excel للتحقق من أمان العارضة المستطيلة
2Function CheckRectangularBeamSafety(Width As Double, Height As Double, Length As Double, Load As Double, Material As String) As Variant
3    Dim I As Double
4    Dim S As Double
5    Dim M As Double
6    Dim Stress As Double
7    Dim AllowableStress As Double
8    Dim SafetyFactor As Double
9    Dim MaxAllowableLoad As Double
10    Dim Result(1 To 5) As Variant
11    
12    ' تعيين الضغط المسموح به بناءً على المادة (ميغاباسكال)
13    Select Case LCase(Material)
14        Case "steel"
15            AllowableStress = 250
16        Case "wood"
17            AllowableStress = 10
18        Case "aluminum"
19            AllowableStress = 100
20        Case Else
21            CheckRectangularBeamSafety = "مادة غير صالحة"
22            Exit Function
23    End Select
24    
25    ' حساب عزم القصور الذاتي (م^4)
26    I = (Width * Height ^ 3) / 12
27    
28    ' حساب عزم القسم (م^3)
29    S = I / (Height / 2)
30    
31    ' حساب الحد الأقصى من عزم الانحناء (ن·م)
32    M = (Load * Length) / 4
33    
34    ' حساب الضغط الفعلي (ميغاباسكال)
35    Stress = M / S
36    
37    ' حساب عامل الأمان
38    SafetyFactor = AllowableStress / Stress
39    
40    ' حساب الحمل الأقصى المسموح به (ن)
41    MaxAllowableLoad = Load * SafetyFactor
42    
43    ' إعداد مصفوفة النتائج
44    Result(1) = SafetyFactor >= 1 ' آمن؟
45    Result(2) = SafetyFactor ' عامل الأمان
46    Result(3) = MaxAllowableLoad ' الحمل الأقصى المسموح به
47    Result(4) = Stress ' الضغط الفعلي
48    Result(5) = AllowableStress ' الضغط المسموح به
49    
50    CheckRectangularBeamSafety = Result
51End Function
52
53' الاستخدام في خلية Excel:
54' =CheckRectangularBeamSafety(0.1, 0.2, 3, 5000, "steel")
55

1#include <iostream>
2#include <cmath>
3#include <string>
4#include <map>
5
6struct BeamSafetyResult {
7    bool isSafe;
8    double safetyFactor;
9    double maxAllowableLoad;
10    double stress;
11    double allowableStress;
12};
13
14// حساب الأمان للعارضة الدائرية
15BeamSafetyResult checkCircularBeamSafety(
16    double diameter, double length, double load, const std::string& material) {
17    
18    // خصائص المواد (ميغاباسكال)
19    std::map<std::string, double> allowableStress = {
20        {"steel", 250.0},
21        {"wood", 10.0},
22        {"aluminum", 100.0}
23    };
24    
25    // حساب عزم القصور الذاتي (م^4)
26    double I = (M_PI * std::pow(diameter, 4)) / 64.0;
27    
28    // حساب عزم القسم (م^3)
29    double S = I / (diameter / 2.0);
30    
31    // حساب الحد الأقصى من عزم الانحناء (ن·م)
32    double M = (load * length) / 4.0;
33    
34    // حساب الضغط الفعلي (ميغاباسكال)
35    double stress = M / S;
36    
37    // حساب عامل الأمان
38    double safetyFactor = allowableStress[material] / stress;
39    
40    // حساب الحمل الأقصى المسموح به (ن)
41    double maxAllowableLoad = load * safetyFactor;
42    
43    return {
44        safetyFactor >= 1.0,
45        safetyFactor,
46        maxAllowableLoad,
47        stress,
48        allowableStress[material]
49    };
50}
51
52int main() {
53    // مثال: تحقق من أمان العارضة الدائرية
54    double diameter = 0.05; // متر
55    double length = 2.0;    // متر
56    double load = 1000.0;   // نيوتن
57    std::string material = "steel";
58    
59    BeamSafetyResult result = checkCircularBeamSafety(diameter, length, load, material);
60    
61    std::cout << "العارضة " << (result.isSafe ? "آمنة" : "غير آمنة") << std::endl;
62    std::cout << "عامل الأمان: " << result.safetyFactor << std::endl;
63    std::cout << "الحمل الأقصى المسموح به: " << result.maxAllowableLoad << " ن" << std::endl;
64    
65    return 0;
66}
67

الأسئلة الشائعة

ما هي حاسبة أمان تحميل العوارض؟

حاسبة أمان تحميل العوارض هي أداة تساعد في تحديد ما إذا كانت العارضة يمكن أن تدعم حملًا معينًا بأمان. تحلل العلاقة بين أبعاد العارضة وخصائص المادة والحمل المطبق لحساب مستويات الضغط وعوامل الأمان.

ما مدى دقة هذه الحاسبة؟

توفر هذه الحاسبة تقريبًا جيدًا لتكوينات العوارض البسيطة مع الأحمال في المنتصف. تستخدم صيغ الهندسة القياسية وخصائص المواد. بالنسبة لسيناريوهات التحميل المعقدة، أو المواد غير القياسية، أو التطبيقات الحرجة، استشر مهندس إنشائي محترف.

ما هو عامل الأمان الذي يعتبر مقبولًا؟

بشكل عام، يُوصى بعامل أمان لا يقل عن 1.5 لمعظم التطبيقات. قد تتطلب الهياكل الحرجة عوامل أمان تبلغ 2.0 أو أكثر. غالبًا ما تحدد رموز البناء الحد الأدنى من عوامل الأمان لمختلف التطبيقات.

هل يمكنني استخدام هذه الحاسبة للأحمال الديناميكية؟

تم تصميم هذه الحاسبة للأحمال الساكنة. تتطلب الأحمال الديناميكية (مثل الآلات المتحركة، الرياح، أو القوى الزلزالية) اعتبارات إضافية وعادةً ما تتطلب عوامل أمان أعلى. بالنسبة للأحمال الديناميكية، استشر مهندس إنشائي.

ما هي المواد التي يمكنني حسابها باستخدام هذه الأداة؟

تدعم الحاسبة ثلاث مواد هيكلية شائعة: الفولاذ، الخشب، والألمنيوم. لكل مادة خصائص قوة مختلفة تؤثر على قدرة العارضة على حمل الأحمال.

كيف يمكنني تحديد الأبعاد الصحيحة للإدخال؟

قم بقياس الأبعاد الفعلية للعارضة بالمتر. بالنسبة للعارضات المستطيلة، قم بقياس العرض والارتفاع. بالنسبة للعارضات على شكل حرف I، قم بقياس الارتفاع الكلي، عرض الشفة، سمك الشفة، وسمك الجدار. بالنسبة للعارضات الدائرية، قم بقياس القطر.

ماذا يعني نتيجة "غير آمنة"؟

تشير نتيجة "غير آمنة" إلى أن الحمل المطبق يتجاوز القدرة الآمنة لحمل العارضة. قد يؤدي ذلك إلى انحراف مفرط، تشوه دائم، أو فشل كارثي. يجب عليك إما تقليل الحمل، تقصير الامتداد، أو اختيار عارضة أقوى.

هل تأخذ هذه الحاسبة في الاعتبار انحراف العارضة؟

تركز هذه الحاسبة على الأمان القائم على الضغط بدلاً من الانحراف. حتى العارضة التي تعتبر "آمنة" من منظور الضغط قد تنحرف (تنحني) أكثر مما هو مرغوب فيه لتطبيقك. لحسابات الانحراف، ستكون هناك حاجة إلى أدوات إضافية.

هل يمكنني استخدام هذه الحاسبة للعارضات المدعومة بشكل مائل؟

لا، تم تصميم هذه الحاسبة خصيصًا للعارضات المدعومة ببساطة (مدعومة من كلا الطرفين) مع حمل مركزي. تحتوي العوارض المدعومة بشكل مائل (مدعومة من طرف واحد فقط) على توزيع مختلف للأحمال والضغط.

كيف تؤثر نوع العارضة على قدرة التحميل؟

توزع أشكال مقاطع العارضة المختلفة المواد بشكل مختلف بالنسبة إلى المحور المحايد. تعتبر العوارض على شكل حرف I فعالة بشكل خاص لأنها تضع المزيد من المواد بعيدًا عن المحور المحايد، مما يزيد من عزم القصور الذاتي وقدرة التحميل لمقدار معين من المواد.

المراجع

1. Gere, J. M., & Goodno, B. J. (2012). Mechanics of Materials (8th ed.). Cengage Learning.

2. Hibbeler, R. C. (2018). Structural Analysis (10th ed.). Pearson.

3. American Institute of Steel Construction. (2017). Steel Construction Manual (15th ed.). AISC.

4. American Wood Council. (2018). National Design Specification for Wood Construction. AWC.

5. Aluminum Association. (2020). Aluminum Design Manual. The Aluminum Association.

6. International Code Council. (2021). International Building Code. ICC.

7. Timoshenko, S. P., & Gere, J. M. (1972). Mechanics of Materials. Van Nostrand Reinhold Company.

8. Beer, F. P., Johnston, E. R., DeWolf, J. T., & Mazurek, D. F. (2020). Mechanics of Materials (8th ed.). McGraw-Hill Education.

جرب حاسبة أمان تحميل العوارض اليوم!

لا تخاطر بالفشل الهيكلي في مشروعك التالي. استخدم حاسبة أمان تحميل العوارض لدينا لضمان أن العوارض الخاصة بك يمكن أن تدعم بأمان الأحمال المقصودة. ما عليك سوى إدخال أبعاد العارضة، المادة، ومعلومات الحمل للحصول على تقييم فوري للأمان.

للحصول على احتياجات تحليل هيكلية أكثر تعقيدًا، ضع في اعتبارك استشارة مهندس إنشائي محترف يمكنه تقديم إرشادات شخصية لتطبيقك المحدد.