عادةً ما تكون العارضة H أقوى من العارضة I بسبب حوافها العريضة ومساحة المقطع العرضي الأكبر، مما يوفر مقاومة أعلى لقوى الانحناء والقص. ومع ذلك، تعتمد القوة المحددة على الأبعاد والمادة وظروف التحميل. سأقارن لك الاختلافات:

1. الاختلافات الهيكلية بين عوارض H-Beams وعوارض I-Beams

كل من العوارض H والعوارض I عبارة عن عوارض فولاذية هيكلية ذات مقطع عرضي يشبه الحرف “H” أو “I”، ولكن هندستها تختلف بشكل كبير:

  • العارضة على شكل حرف I: عادةً ما يكون المقطع العرضي للعارضة على شكل حرف I ذو شفة أضيق (الأجزاء الأفقية) مقارنةً بالجزء الرأسي (الجزء الرأسي الذي يربط بين الشفاه). وغالبًا ما تكون حواف العارضة على شكل حرف I مدببة، مما يعني أنها أكثر سمكًا بالقرب من الشفة وأقل سمكًا عند الحواف. هذا التصميم يجعل عوارض I-العوارض أخف وزناً وأكثر اقتصاداً في بعض التطبيقات، ولكنه قد يحد من قدرتها على التحميل تحت الأحمال الثقيلة أو المعقدة.
  • العارضة على شكل حرف H: على النقيض من ذلك، تحتوي العارضة على شكل حرف H على حواف أعرض تكون عادةً ذات سمك موحد وغالباً ما يكون عرضها مساوياً لارتفاع الشبكة. وهذا يخلق شكل مقطع عرضي أكثر قوة، يشبه الشكل “H” الحقيقي. تساهم الحواف الأعرض والكتلة الأكثر سُمكاً في زيادة مساحة المقطع العرضي، مما يعزز بشكل عام قدرة العارضة على مقاومة قوى الانحناء والقص.

2. مقارنة القوة

يتم تحديد قوة العارضة من خلال عدة عوامل، بما في ذلك عزم القصور الذاتي (مقياس لمقاومة الانحناء)، ومعامل المقطع (مقياس لقوة الانحناء)، وخصائص المادة (عادةً ما يكون الفولاذ ذو قوة خضوع محددة). إليك كيفية المقارنة بين عوارض H وعوارض I:

  • عزم القصور الذاتي: يقيس عزم القصور الذاتي مقاومة العارضة للانحناء. وعادةً ما يكون لعزم القصور الذاتي في العوارض H، بحوافها العريضة، عزم قصور ذاتي أعلى مقارنةً بالعوارض I ذات الارتفاع المماثل. ويرجع ذلك إلى أن الحواف العريضة تضع المزيد من المواد بعيدًا عن المحور المحايد للعارضة مما يزيد من مقاومة الانحناء. على سبيل المثال، قد يكون لعزم القصور الذاتي للعارضة H النموذجية عزم قصور ذاتي أعلى بكثير من العارضة I بنفس العمق، مما يجعلها أكثر ملاءمة لمقاومة الانحناء تحت الأحمال الثقيلة.
  • معامل المقطع: يرتبط معامل المقطع (Z) بقدرة العارضة على التعامل مع إجهاد الانحناء. وبما أن عوارض H ذات مساحة مقطع عرضي أكبر وحواف أعرض، فإن معامل المقطع الخاص بها يكون أعلى، مما يسمح لها بتحمل عزوم انحناء أكبر قبل أن تستسلم.
  • مقاومة القص: غالبًا ما تحتوي العوارض H على شبكة أكثر سمكًا مقارنةً بالعوارض I، مما يعزز قدرتها على مقاومة قوى القص (القوى التي تعمل بالتوازي مع المقطع العرضي للحزمة). وهذا ما يجعل عوارض H أكثر ملاءمة للتطبيقات التي تكون فيها قوى القص كبيرة.
  • مقاومة الالتواء: تكون العوارض H، بحوافها العريضة والأكثر تناسقًا، أفضل بشكل عام في مقاومة قوى الالتواء (الالتواء) مقارنةً بالعوارض I، والتي يمكن أن تكون عرضة للالتواء في ظروف تحميل معينة بسبب حوافها الأضيق.

3. شروط المواد والحمولة

تُصنع كل من العوارض H والعوارض I عادةً من الفولاذ الإنشائي (مثل ASTM A36 أو A992 أو درجات مماثلة)، لذلك عادةً ما تكون قوة المادة قابلة للمقارنة ما لم يتم تحديد خلاف ذلك. ومع ذلك، تعتمد قوة العارضة بشكل كبير على ظروف التحميل المحددة:

  • الأحمال النقطية مقابل الأحمال الموزعة: غالبًا ما تُفضل العوارض H للأحمال النقطية الثقيلة (على سبيل المثال، دعم عمود) نظرًا لقوة مقطعها العرضي. قد تكفي العوارض I للأحمال الموزعة بشكل منتظم (على سبيل المثال، روافد الأرضية) حيث يكون توفير الوزن أولوية.
  • طول الامتداد: بالنسبة للامتدادات الأطول، تكون عوارض H أقوى بشكل عام لأن عزم القصور الذاتي الأعلى يقلل من الانحراف (الترهل) تحت الحمل. قد تنحرف العوارض I-العوارض I-العوارض أكثر ما لم تكن مصممة خصيصاً بشبكة أعمق.
  • الدعم الجانبي: إذا كانت العارضة تفتقر إلى دعامة جانبية كافية، فقد تنثني تحت قوى الضغط. تكون العوارض H، بحوافها العريضة، أقل عرضة للالتواء الجانبي الجانبي مقارنةً بالعوارض I.

4. التطبيقات العملية

غالبًا ما يعتمد الاختيار بين العارضة H والعارضة I على المتطلبات الهندسية المحددة:

  • عوارض H: تُستخدم عادةً في التطبيقات الشاقة مثل المباني الشاهقة والجسور والهياكل الصناعية حيث الأحمال الكبيرة والامتدادات الطويلة. كما أن متانتها تجعلها مثالية للأعمدة والعوارض في الأطر التي تتطلب قوة وثباتاً عاليَين.
  • عوارض I-Beams: غالباً ما تُستخدم في الإنشاءات الأخف وزناً، مثل المباني السكنية أو المستودعات أو الهياكل التجارية الأصغر حجماً. وزنها الأخف وزناً وتكلفتها المنخفضة يجعلها جذابة للمشاريع التي لا تتطلب قوة فائقة.

5. المقارنة الكمية

لتقديم مثال ملموس، ضع في اعتبارك عارضتين من نفس الارتفاع (12 بوصة مثلًا) والمادة (مثل فولاذ A36 بمقاومة خضوع 36,000 رطل لكل بوصة مربعة):

  • قد يكون لعارضة W12x50 H-beam النموذجية (عارضة عريضة الشفة، وغالبًا ما يشار إليها باسم العارضة H-beam في المعايير الحديثة) عزم قصور ذاتي يبلغ حوالي 400 بوصة⁴ ومعامل مقطع يبلغ حوالي 65 بوصة³.
  • قد يكون للعارضة S12x50 I-beam المماثلة (العارضة I-beam القياسية) عزم قصور ذاتي يبلغ حوالي 300 بوصة⁴ ومعامل مقطع يبلغ حوالي 50 بوصة³. في هذه الحالة، يشير عزم القصور الذاتي الأعلى للعارضة H ومعامل المقطع إلى قدرتها على مقاومة عزوم وانحرافات أكبر، مما يجعلها “أقوى” لمعظم الأغراض الإنشائية.

ومع ذلك، تتطلب المقارنة الدقيقة للقوة عمليات حسابية مفصلة بناءً على أبعاد العارضة وخصائص المواد وحالة التحميل المحددة (على سبيل المثال، باستخدام معادلات مثل M = σZ لإجهاد الانحناء أو δ = PL³/(48EI) للانحراف).

6. القيود والاعتبارات

في حين أن العوارض H تكون أقوى بشكل عام، إلا أنها أثقل وأكثر تكلفة بسبب المواد الإضافية. وهذا يمكن أن يجعل العوارض I-العوارض أكثر فعالية من حيث التكلفة للتطبيقات التي تكون فيها الأحمال في حدود قدرتها. بالإضافة إلى ذلك، يلعب تصميم الهيكل (على سبيل المثال، الوصلات، والدعامات، وتوزيع الأحمال) دورًا حاسمًا في تحديد العارضة الأكثر ملاءمة.

في معظم الحالات، تكون العارضة على شكل حرف H أقوى من العارضة على شكل حرف I بسبب حوافها الأعرض، وعزم القصور الذاتي الأعلى، ومعامل المقطع الأكبر، مما يوفر مقاومة أعلى لقوى الانحناء والقص والالتواء. ومع ذلك، فإن مصطلح “أقوى” يعتمد على السياق، ويجب أن يعتمد الاختيار بين العارضة H والعارضة I على تحليل هندسي مفصّل، مع الأخذ في الاعتبار عوامل مثل نوع الحمولة وطول الامتداد والدعم الجانبي وقيود التكلفة. بالنسبة للتطبيقات الدقيقة، من الضروري استشارة مهندس إنشائي وإجراء الحسابات (على سبيل المثال، باستخدام برامج تصميم العوارض أو معايير مثل AISC) لضمان أن العارضة المختارة تلبي متطلبات المشروع.