הנדסת מבנים

הנדסת מבנים (באנגלית: Structural Engineering) היא תת-תחום של מדעי ההנדסה העוסק בתכנון שלד וחוזקו של מבנים עד למצבים גבוליים של תפקוד (שירות והרס). הנדסת מבנים נלמדת בעיקר בפקולטות לאדריכלות, להנדסה אזרחית, אבל גם בפקולטות להנדסת מכונות והנדסת תעופה וחלל.

תפקיד מהנדס המבנים

בתחום ההנדסה האזרחית, מהנדס המבנים, נקרא גם קונסטרוקטור (Constructor) והוא יועץ לאדריכל או למתכנן הערים ואזורים. הקנסטרקטור משמש גורם מפתח בצוות היועצים של האדריכל במימוש חזונו התכנוני. תפקידו של יועץ השלד הוא לאמוד את חוזק השלד של מבני מגורים, מבנים ציבוריים, גורדי שחקים, אולמות, גשרים, מבני תעשייה ואחסנה, ממגורות, מגדלי מים ועוד. על ידי התחשבות בחוזק המבנה המיועד, יציבותו, ביסוסו ועמידתו בהטרחות שונות כולל רוח ורעידות אדמה, שיקולי חיסכון במשקל ועלות ושיקולי ביצוע.

ליועץ השלד תפקיד משמעותי נוסף, בעיקר לאור תמ"א 38 ותהליכי ההתחדשות העירונית. תפקידו הוא עריכת סקרים ובדיקות קונסטרוקציה לצורך הגשת חוות דעת ויצירת תשתית מידע ראויה של המבנה הקיים (וסביבותיו), שתאפשר תכנון וביצוע פרויקטים חדשים שבחלקם מבוססים על מבנים קיימים.

תהליך תכנון פרויקטים מבניים כולל שלבים עיקריים אלו: מחקר, עיצוב ובדיקות.

מהנדס המבנים הוא גורם בכיר בצוות התכנון תחת שרביטו של האדריכל כמו כן, מהנדסי הידרוטכניקה, מהנדס חשמל, מהנדסי תחבורה ומומחים בהנדסת הסביבה וכו. על מהנדס המבנים מוטלת האחריות לבטיחותו, חוזקו ויציבותו של המבנה בעיקר.

במרבית הפרויקטים בבנייה האדריכל, הוא המתכנן הראשי ויועץ השלד מתעסק בתכנון הקונסטרוקציה מבחינה מעשית וטכנית.

ישנם מהנדסי מבנים החוקרים ומפתחים מערכות מבנים וחומרים חדישים (קשר הדוק עם הנדסת חומרים - חומרי בנייה מתקדמים). בישראל מתבצע מחקר זה גם במכון הלאומי לחקר הבנייה שממוקם בטכניון שבחיפה.

רכיבים מבניים

לצורכי ניתוח האלמנטים הבאים, ולבדוק אם הוא יכול לעמוד במאמצים שפועלים עליו. אם לא, להחליט אם לחזק אותו, או להחליט שאינו נושא את העומס ולבדוק את המבנה בלעדיו, ולהוסיף אותו כאלמנט אדריכלי - שאינו נושא מאמצים. כיום חלק נרחב מהניתוח ההנדסי מתבצע על ידי תוכנות אלמנטים סופיים, שמשתמשות בסוגי הרכיבים הבאים לצורך ניתוח הבעיה.

רכיבים קוויים

רכיבים שמימד האורך שלהם גדול לפחות בסדר גודל (פי 10) משני הממדים האחרים (גובה ורוחב).

כבל - רכיב העומד במתיחה בלבד.
עמוד - רכיב לחיצה.
קורה - רכיב מתיחה־לחיצה וכפיפה.

רכיבים מישוריים

רכיבים שמימד אחד שלהם יותר קטן (עובי) בסדר גודל משני הממדים האחרים.

אלמנט רצף - קיר, רכיב שמקבל כוחות מתיחה־לחיצה בכיוונים אנכיים ואופקיים (ולא בעוביו).
יריעה - רכיב שמקבל כוחות מתיחה בלבד בכיוונים אנכיים ואופקיים.
פלטה - רצפה, רכיב שמקבל כוחות בניצב לפניו (אנכיים לו), ועומד בלחצי כפיפה עקב כך.
קליפה (שילוב של אלמנט רצף ופלטה) - משמש לתכנון רכיבים דקים מורכבים, כגון מעטפת של מטוס.

רכיבים מרחביים

רכיב תלת ממדי - בעל נפח, אין התחייבות ליחסי הגדלים.

מסבך - רכיב מתיחה ולחיצה.

דוגמאות של מבנים