הנדסת מבנים

הנדסת מבנים (באנגלית: Structural Engineering) היא תת-תחום של מדעי ההנדסה העוסק בתכנון שלד וחוזקם 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.

מהנדסת בניין (קונסטרוקטור) בישראל

הקונסטרקטור 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.

תפקידיו השונים של הקונסטרוקטור נעים בין מתן אישורים הנדסיים וחוות דעת עבור פרויקטים פרטיים/ציבוריים, בהם בעלי השיפוץ הנדרשים להגיש את אישור הקונסטרוקטור לרשויות המונציפליים על מנת לאשר את השיפוצים. וכן גם שירותים שונים כמו בדיקות קונסטרוקציה בהן הקונסטרוקטור מגיע כדי לבחון את שלד המבנה ונתוניו ההנדסיים על מנת לבחון האם ניתן לבצע תוספות בנייה חדשות למבנה קיים ואם לא קיימים ליקויים הנדסיים מסכני חיים.

• 
• 
• 
• 

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

• אסדות קידוח
• בונקרים
• גורדי שחקים
• גשרים
• יסודות: כלונס, רפסודה, עוד בנושא ביסוס
• כבישים
• כיפות
• מאגרי מים
• מבני מגורים
• מגדלים
• מנהרות
• מסילות רכבת
• סכרים
• עגורן
• קירות תומכים
• תחנות כוח

הנדסת מבנים בישראל

פרקטיקה

עבודת מהנדס המבנים בישראל מוסדרת בחוק האדריכלים והמהנדסים, התשי״ח (1958). מטרת החוק להבטיח שרק מהנדסים בעלי רישוי, ידע וניסיון מתאים יתכננו את שלד המבנה, עקב הסיכון לחיי אדם של תוצאות עבודתם. בבניה המודרנית עקב המורכבות, סמכות תכנון שלד המבנה באחריות מהנדס הבניין (מהנדס קונסטרוקציה - "קונסטרוקטור"), שבדרך כלל ממונה על ידי המזמין, בנוסף לכל היועצים השונים לפי תחומים. האדריכל כמתכנן הראשי של הפרויקט, מרכז ואחראי על תיאום היועצים ("סופרפוזיציה") הכולל את כל מקצועות תכנון הפרויקט.

לימודים

בכל המוסדות תואר הבוגר הוא ארבע שנתי - “מוסמך למדעים בהנדסה אזרחית – מבנים”” (באנגלית: Bachelor of Science (BSc) in Civil Engineering – Structures)

• הטכניון – הפקולטה להנדסה אזרחית וסביבתית - היחידה להנדסת מבנים וניהול הבנייה – המסלול להנדסת מבנים.
• אוניברסיטת בן-גוריון בנגב - הפקולטה למדעי ההנדסה – המחלקה להנדסת בניין.
• אוניברסיטת אריאל – הפקולטה להנדסה - המחלקה להנדסה אזרחית – מסלול הנדסת מבנים.
• המכללה האקדמית להנדסה סמי שמעון - המחלקה להנדסת בניין עם התמחות בהנדסת מבנים.

ראו גם

• בנייה
• תכנון ובנייה בישראל
• תקנות התכנון והבנייה
• מבנה מסוים סטטית
• זיז - מבנה מסוים סטטית

קישורים חיצוניים

מדיה וקבצים בנושא הנדסת מבנים בוויקישיתוף

• תהליך הבניה: אחריות יועצים, אדריכלות ובניה בישראל.
• חוק המהנדסים והאדריכלים, התשי"ח-1958 - אתר משרד התעשייה, מסחר ותעסוקה (התמ״ס)
• Earthquake Performance Evaluation Tool Online
• אינג' יעקב שפר, הנדסת שימור בישראל: 1988-2013, אתר רשות העתיקות - מינהל שימור, 2013
• הנדסת בניין, דף שער בספרייה הלאומית