Understanding the Challenge of Environmental Forces on Formwork

وفي مجال البناء، تشكل الأعمال الشكلية الهيكل المؤقت الذي يصب الخرسانة ويدعمها حتى تصلبها ويمكن أن يدعم وزنها، وفي حين أن تصميم الشكل يُشكل عادة عبء العمل المميت من الخرسانة الرطبة، والحمولة الحية للعمال والمعدات، فإن القوى البيئية - ولا سيما الرياح والطقس - تُحدث ضغوطاً متغيرة وغير قابلة للتنبؤ بها، فتجاوز هذه العوامل يمكن أن يؤدي إلى حدوث إخفاقات كارثية، وإلى تأخير في المشاريع، وإلى حدوث إصابات خطيرة.

The relationship between formwork and the environment is dynamic. contrast permanent structural elements, formwork systems often lack the inherent stiffness and load-bearing redundancy of terminated concrete. They rely on temporary bracing, tie-rods, and anchors to resist lateral forces. When wind speeds exceed design thresholds, or when rain saturates plywood sheathing, the margin for error narrows dramatically: According to the [FL]

كيف يمكن تحقيق نتائج في شكل عمل

ويمارس الرياح ضغوطا ثابتة ودينامية على الشكل، ويتوقف حجم هذه الضغوط على سرعة الرياح، وعلى قياس الشكليات، وظروف التعرض )التضاريس المفتوحة ضد المدن(، ووجود عواصف الرياح، وبالنسبة للشكل الطويل أو الممتد رأسيا - مثل أشكال الأعمدة، أو أشكال الجدار، أو شكل الكسور على أسطح مرتفعة - يمكن أن تكون القوة الجانبية من الرياح كبيرة بما يكفي لتكرارها.

حزم الرياح الثابتة وسرعات التراجع

أما الضغط الريحي الأساسي الذي يُمارس على سطح ما، فهو يتناسب مع مربوط سرعة الرياح، إذ أن فريقاً من أشكال التكوين يواجه الرياح يُحدث دفعة تعادل P = 0.613 ×2 (حيث يكون في شكل قوة ريحية معتدلة (N/m2).

كما أن الاتجاه الفائز مهم، إذ أن مناظر الرياح التي تُستخدم في مواجهة قطاع واسع من أشكال العمل، تطبق أقصى ضغط، في حين أن الرياح البالية قد تخلق ضغوطا معقدة على وجوه متعددة، ولا يجب على أفرقة البناء أن تفترض أبدا أن حمولات الرياح هي بطيئة؛ وينبغي أن تُبلغ بيانات التعرض للريح في مواقع محددة تصميمات.() وتُقدِّم American Society of Civil Engineers (ASCE 7)[FLT guidelines.1]

الآثار الدينامية: الغسط والسبب

فبعد الرياح الثابتة، فإن العواصف - الزيادات المفاجئة في سرعة الرياح التي تستمر بضع ثوان - تفرض حمولات باهظة يمكن أن تبث اليقظة الرجعية في مكونات الشكلية النادر، وقد تضاعف أو تضاعف الحمل الفعال للحظة قصيرة، وإذا كان تردد الكيس يتوافق مع التردد الطبيعي لشكل أو سرب، فإن الصبر يمكن أن يؤدي إلى زيادة سريعة في الشكليات.

وتبين اختبارات النفق الفائز على نماذج الشكل المكثف أن وجود المباني أو الرافعات المتاخمة يمكن أن يخلق قنوات اضطرابات تضخ سرعات الرياح المحلية، وفي مواقع البناء المرتفعة، يمكن أن يؤدي أثر " الويند " بين الهياكل القائمة إلى أنماط تحميل غير متوقعة، وبالتالي فإن إجراء عملية حساب بسيطة للريح الثابتة قد يقلل من قدرة القوى الفعلية، ويعتمد المهندسون بصورة متزايدة على ديناميات التحميل الريحي (CFD).

مجموعة عناصر الدعم المُستَحدَثة

فبرج الترميز ونظم النقل معرضة للتشبث تحت حمولات الرياح الجانبية، وفي حين أن الحمولة الرأسية من الخرسانة الرطبة تضغط على الدعم، فإن الرياح تضيف عنصراً فرعياً يدفع إلى القفز، وإذا تجاوزت الضغوط المحورية والتنازلية معاً عبء التضليل الحاسم الذي يتحمله عضو منافس - ولا سيما الذي يُعدّل - يمكن أن يحدث الانه الانهيار المفاجئ.

وكثيرا ما تكشف دراسات الحالات الإفرادية عن انهيار الشكل أن الرياح ليست السبب الوحيد، ولكنها كانت محفزا، ففي حادثة عام 2019 في نيويورك، مثلا، أدت الرياح البغيضة المقترنة بعدم كفاية التكفير الديائي إلى الفشل التدريجي في شكل حائط لم يكن قد ترك دون هوادة أثناء فترة غداء، وأبرز التحقيق أن التطفل كان مصمما للوزن الذاتي والضغط الملموس، ولكن ليس للريح الجانبية اللاحقة.

ظروف الطقس التي تؤثر على سلامة العمل

وفي حين أن الرياح كثيرا ما تحظى باهتمام كبير، فإن الظروف الجوية الأخرى يمكن أن تكون بنفس القدر من الخطورة، فالثلج والجليد ودرجات الحرارة القصوى، وحتى الإشعاع الشمسي يمكن أن يغير الخواص المادية للمواد الشكلية وبيئة العمل.

المطر والهيمادية

ويزيد المطر من محتوى الرطوبة من مكونات شكل الأخشاب، ويصبح الخشب الرطب أثقل - ويمكن لورقة خشب من عيار 19 مم أن تكسب 5 كغم إضافي للمتر المربع عند الشبع، ويمكن أن يتجاوز هذا الحمولة المضافة، إلى جانب وزن تجميع مياه الأمطار على السطح الأفقي، القدرة على التحميل المصممة، وعلاوة على ذلك، يتسبب الرطوبة في التورم والارتطام، مما يمكن أن يزيل لوحات الشكل ويخلق سطحا غير منتظم.

كما أن مخاطر الشحوم ترتفع أيضاً، حيث أصبحت حواجز الشكل الرطبة زلقة للغاية، مما يزيد من خطر سقوط العمال، ويفيد مكتب إحصاءات العمل بالولايات المتحدة بأن النزلاق والرحلات والهبوط تمثل نحو 20 في المائة من إصابات البناء، مع وجود مساهِم رئيسي، ويجب على العمال ارتداء ملابس داخلية مناسبة وضمان توفير حفر الصرف أو المنحدرات على منابر العمل في شكل مياه الأمطار.

تراكم الثلج والثلج

إن حمولات الثلج على شكل أفقي - مثل استمارات المائدة أو شكل الكبريت على المستويات العليا - تزيد وزنا كبيرا، ويمكن أن تبلغ درجة واحدة )٠,٣ متر( من الثلج الرطب أكثر من ٢٠٠ نون/م٢، أي ما يعادل إضافة سماكة إضافية من الخرسانة، كما أن تراكم الثلج على التكتل وربط التعادل بين العناصر الصلبة الفعالة، مما يؤدي إلى خفض حجم النسيجات الجليدية والارتدادية.

المنافذ القصوى والحركات الحرارية

فالتغيرات في درجة الحرارة تسبب التوسع والانكماش الحراريين، ويمكن أن يتوسع شكل الصلب أو يتقلص بنسبة ٠,١ ملم لكل متر في كل درجة من درجات مئوية، وفي شكل حائط طوله ٥٠ ميلا، ينتج تذبذب درجة حرارة ٣٠ درجة مئوية بين النهار والليل تغيرا طوليا قدره ١٥ ملم، وإذا ما ثبتت هذه الحركة بشكل صارم، فإنها تسبب ضغوطا داخلية قد تكسر الحواف أو أشكالا من الخشب.

كما أن التبريد الحاد يؤثر أيضا على العلاج الخرساني، فالعمل على شكل عزل حراري وحماية، ولكن إذا ما تجمد الخرسانة قبل أن يكتسب قوة كافية، فإن الشكل يجب أن يصمد أمام الضغوط الداخلية التوسعية، وفي حالة الطقس المتجمد، من الشائع استخدام لوحات الشكل غير المستقرة أو الضيوف المسخَّرة، ويوفر المعهد الأمريكي للحساب الإلكتروني مبادئ توجيهية مفصلة لإدارة الحرارة الباردة التي تبلغ 30 ريالا (ACI).

التحلل الإشعاعي والمادي

وقد يؤدي التعرض المطول للأشعة فوق البنفسجية إلى تدهور البلاستيك أو نظم التكوين المركبة، وقد يتسبب التعرض للأشعة فوق البنفسجية على مدى عدة أشهر في الرشوة، وكسر السطح، وفقدان القدرة على تحمل الحمل، وبالنسبة للمشاريع التي لا يزال العمل فيها في شكل لفترات طويلة - مثل التزلق أو التسلق - يمكن للمصنعين أن يوصيوا بتصفير مقاوم للأشعة فوق البنفسجية أو التفتيش الدوري للأسطح المعرضة.

التدابير الوقائية من أجل السلامة

وتتطلب المخاطر المتصلة بالطقس التخفيف من مزيج من التصميم والتخطيط والرصد والضوابط التشغيلية، ولا يكفي أي تدبير واحد؛ ولا بد من اتباع نهج متكامل.

تصميم الخدع والاشتراكات

وينبغي تصميم جميع أشكال العمل ليس فقط للحمولات العمودية بل أيضاً للريح الجانبية التي تستند إلى سرعة الرياح الأساسية للموقع (لشرائح البناء المحلية) وينبغي أن تكون نظم الإبراهاء زائدة عن الحاجة، مع وجود خطين مستقلين على الأقل من الدعم في كل اتجاه، ويجب أن تُخصم من حواجز الريح لمقاومة الضغط الملموس والارتفاع الريحي المسبب للهبوط، وفي المواقع المعرضة، يمكن استخدام السياج الريحية المؤقتة أن يقلل من سرعة الرياح.

رصد الطقس الحقيقي

وينبغي لأفرقة البناء أن تُشارك في الإنذارات الجوية ذات النطاق المحلي المرتفع وأن تستخدم محطات الطقس المحمولة في الموقع، وينبغي أن تُسجل باستمرار بيانات السرعة والاتجاهات، ودرجة الحرارة، والرطوبة، والبطء، وأن تُطلق أجهزة الإنذار الآلي عندما تتجاوز سرعة الرياح حدا آمنا محددا مسبقا - عادة ما يناهز 20-25 مترا/ساعة (45-55 مترا مربعا) لعمليات الشكل الضوئي.

اختيار المواد وصيانتها

ويقلل استخدام المواد المقاومة للطقس من التدهور، فالحطب البحري - المتوسط (المعالج بمعاطف مائية متكررة) ومكونات الفولاذ المزروعة التي تحمل رطوبة وأشعة فوق البنفسج أفضل من البدائل غير المعالجة، وينبغي أن تفحص عمليات التفتيش المنتظمة للدوار والتآكل والألواح الممزقة والوصلات غير المستقرة، وبعد الأمطار الغزيرة أو الثلج، يجب تفتيش الشكل قبل استئناف التنسيب الخرساني.

الجدول الزمني وممارسات العمل

وينبغي أن تتفادى جداول العمل العمليات الحرجة أثناء الطقس المعاكس المتوقع، وينبغي إعادة جدولة الصمامات الملموسة على شكل مرتفع إذا ما تم التنبؤ بالرياح المرتفعة أو الأمطار، وعندما يُترك العمل في شكل عطلات نهاية الأسبوع أو العطلات، ينبغي تركيب المزيد من التفاخر كهامش أمان، ويجب على جميع الموظفين العاملين في الطول أن يستخدموا نظما للقبض على السفن في شكل سلاسل، بغض النظر عن الظروف الجوية.

التدريب والاتصال

وينبغي لجميع أعضاء الفريق - من المهندسين إلى العمال - أن يفهموا مخاطر الرياح والطقس في شكل العمل، وقد تبين أن عقد اجتماعات السلامة قبل التحولات التي تناقش الظروف الجوية الراهنة قد أدى إلى الحد من الحوادث، كما أن قنوات الاتصال الواضحة لوقف العمل عندما تتدهور الظروف أمر أساسي، كما أن " سلطة العمل الاحتياطية " تتيح لأي عامل وقف العمليات إذا كان يتصور حالة غير آمنة تتصل بالطقس.

المعايير وأفضل الممارسات

وتتناول عدة معايير دولية تصميم الشكل والسلامة فيما يتعلق بالعبءات البيئية:

  • ANSI/ASSE A10.9] - Safety requirements for Concrete and Masonry Work (USA) includes specific provisions for formwork stability under wind.
  • EN 12812 (Eurocode) - مقاييس الأداء وتصميم الأعمال الكاذبة والشكلية في أوروبا تُسند النظر في الإجراءات المناخية.
  • ACI 347R] - Guide to Formwork for Concrete (American Concrete Institute) provides comprehensive recommendations on bracing and anchorage.
  • CSA S269.2] - نموذج العمل (كندا) يشمل مخططات تحميل الرياح وعوامل السلامة.

كما يقوم UK Health and Safety Executive] بنشر توجيهات بشأن الأعمال المؤقتة، مع التأكيد على أن الأعمال الشكلية ينبغي أن يصممها مهندس مختص ويتحقق منها بانتظام أثناء البناء، وأن الالتزام بهذه المعايير ليس شرطا قانونيا فحسب، بل هو وسيلة ثبتت صحتها للحد من الحوادث.

دروس حقيقية في العالم: نظرة دراسة حالة

وفي عام 2013، أدى تشخيص حالات الفشل في الشكل الماضي إلى تعزيز الدور الحاسم الذي يؤديه الطقس، حيث أدى انهيار الشكل في ألمانيا خلال العاصفة الهوائية إلى إصابة ثلاثة عمال، وكشف التحقيق عن أن استمارات الجدار قد تم إعدادها بسطر واحد من الشوارع، وأن العواصف الريحية التي تبلغ 30 متراً/ساعة قد سجلت قبل الحادثة، ولم يتلق مدير الموقع التوقعات المستكملة، وبعد وقوع الحادث، نفذت الشركة أشكالاً إلزامية من الريح المضاعف.

وتعلقت حالة أخرى في سنغافورة بالمطر الرهيب الذي كان يستعمل في دعم شكل الرقبة، حيث أدى ارتفاع الوزن إلى حدوث فشل محلي، ثم انتشر عبر سطح الأرض بأكمله، وأدى الاستعراض اللاحق إلى استبدال مضارب الخشب بأعضاء فولاذية لجميع مشاريع الشكل الجديدة، وتؤكد هذه الأمثلة على أن الإدارة الاستباقية للطقس ليست اختيارية - بل هي مساهمة أساسية في التصميم.

خاتمة

إن الظروف المناخية والريحية ليست اعتبارات مهيمنة في تصميم وتشغيل الشكل؛ فهي عوامل رئيسية للاستقرار والسلامة، ومن حمولات الرياح الثابتة التي تهدد التراجع، إلى الكتل الدينامية التي تؤدي إلى التكسير، وإلى المواد المزروعة والأمطار، والتوسع الحراري، تحتاج القوى البيئية إلى تحليل دقيق وإدارة مكيفة، ويجب أن تدمج صناعة البناء بيانات الأرصاد الجوية ذات الاستخدام المتين، وبدلات التصميم المحافظ، وثقافة.