קורה (מבנה)

קורה היא רכיב בניין בסיסי שכיוונו בדרך כלל אופקי ותפקידו לשאת עומסים במבנה ולהוות חלק משלד הבניין. תפקידה המבני של הקורה הוא לרוב לגשר על מִפתחים בין קירות נושאים או בין עמודים ולהוות יחד איתם מערכת שלמה של שלד בניין המקנה לו יציבות. קורה עשויה להיות גם מרכיב במכונות. ציר סיבוב של מכונה, סרן ברכב, קורה בעגורן או עגורן גשר, צינור על תמיכות וכדומה, מתייחסים אליהם בתכנון כאל קורות. ערך מורחב – כפיפה ברמה הבסיסית, קורה היא אלמנט קשיח הנשען על שני סמכים בצורה אופקית ומתנגד לכוחות אנכיים הפועלים עליו. כוחות אלו הנובעים מעומסי הבניין ומשקלה העצמי של הקורה יחד עם עומסים שימושיים נוספים יוצרים בקורה מאמצי כפיפה וגזירה. צורות שונות של מומנטי כפיפה יפעלו בתוך הקורה בהתאם לצורת העמסתה, חיבוריה אל הסמכים וחתך הקורה האופייני. מאמצי הכפיפה גורמים לחלקה התחתון של הקורה להימתח ולחלקה העליון להילחץ (במקרה של קורה הנשענת על שני סמכים). נהוג לסווג את הקורות לכמה סוגים בסיסיים: קורה המונחת על שני סמכים או שחיבוריה בצדדים הם פרקיים ואינם מתנגדים למומנטים. קורה רתומה בשני צידיה - במצב כזה מומנט הכפיפה במרכז הקורה יהיה חיובי (חלק תחתון מתוח) ובחלקיה הקרובים לחיבור הרתום לקיר או לעמוד, מומנט הכפיפה יהיה הפוך - חלק עליון מתוח. קורה זיזית - קורה הרתומה בצד אחד בלבד וצידה השני מוחזק באוויר. במצב כזה יפעל מומנט כפיפה שלילי (חלק עליון בקורה מתוח) לכל אורך הקורה. קיימים כמובן גם שילובים של מצבים אלה בקורות המשכיות ובמצבים הנדסיים מורכבים יותר. חתך הקורה הוא הצורה המישורית הניצבת לציר הקורה. יכולת הקורה לעמוד בעומסים הפועלים עליה לאורך המפתח עליו היא מגשרת תלויה בחומר ממנו היא עשויה ובצורת חתך הקורה הטיפוסי. בהנדסת הבניין, נקבעת לרוב צורת החתך הטיפוסי בהתאם למומנט הכפיפה המקסימלי הצפוי בקורה. בנייה מעט משוכללת יותר יכולה ליצור קורות בעלות עובי וצורת חתך משתנה לאורך הקורה בהתאם למאמצים הפועלים בה. מאמץ הכפיפה גורם לכך שמאמצי הלחיצה והמתיחה שפועלים לאורך הקורה גדולים יותר בחלקו העליון והתחתון של חתך הקורה. הקו האופקי העובר דרך מרכז השטח של חתך הקורה נקרא הציר הנייטרלי ובו לא מתקיימים מאמצים ציריים כתוצאה מהכפיפה. מסיבה זו ולפי משפט שטיינר בנושא מומנט ההתמד של השטח, החלקים המשמעותיים בחתך הקורה הם העליון והתחתון ואילו תפקיד מרכז החתך הוא למעשה רק לאפשר את הגובה הסטטי של הקורה. בתרשים משמאל ניתן לראות שבאמצעות אותה כמות החומר בשטח החתך, ניתן ליצור חתך בעל מומנט התמד גדול בהרבה ככל שמרחיקים את שני המלבנים המתוארים. מאמצי הגזירה בקורה לרוב מהווים בעיה משנית לעומת מאמצי הכפיפה ולרוב, די בשטח חתך גדול דיו על מנת שכוחות הגזירה הניצבים אל ציר הקורה לא יכניעו אותה. מאמץ פיתול, גם הוא מאמץ אפשרי בקורה במצבים מסוימים וכנגדו לא די בחתך קורה בעל שטח רב אלא גם מומנט התמד פולרי של השטח גדול דיו. השקיעה של קורות בכפיפה גדולה במידה ניכרת מהתארכות או התקצרות מוט במתיחה או בלחיצה. רדיוס העקמומיות של הקורה הנתונה לכפיפה תלוי ישירות במודול האלסטיות של חומר הקורה ובמומנט ההתנגדות של שטח החתך של הקורה ותלוי הפוך במומנט הכפיפה. לקו המעוות של הקורה תחת עומס קוראים הקו האלסטי. כאשר השקיעות קטנות וחומר הקורה מתנהג בצורה ליניארית לפי חוק הוק מתקיים עקרון הסופרפוזיציה של השקיעות. את השקיעה הכוללת של הקורה בנקודה מסוימת תחת מספר עומסים ניתן לחשב כסכום השקיעות המחושב לכל עומס לחוד. העיקרון הזה מועיל כי פותרים מספר בעיות פשוטות ומסכמים את סכום השקיעות. בספרים נתונים פתרונות בסיסיים בצורת נוסחה לפי צורת הקורה והעומס. כאשר העומס על הקורה הוא מומנט בלבד, מומנט טהור, שטח החתך של הקורה נשאר מישורי. כאשר העומס כולל מומנטים וכוחות אזי שטח החתך של הקורה מתעוות ולא נשאר מישורי. בקורות אבן נעשה שימוש בבנייה בעת העתיקה, בעיקר עד המצאת הקשת. השימוש בקורות אבן נעשה רק במקדשים וארמונות בשל המאמץ האנושי הרב הכרוך בבנייה מסוג זה. האבן מטבעה היא חומר פריך יחסית בעל חוזק מתיחה נמוך מאוד. בשל היותה של קורת אבן חלשה כנגד מאמץ כפיפה, המפתחים האפשריים בקורות אבן הם מצומצמים מאוד ביחס לעובי האבן הדרוש. הקושי הרב בשימוש בקורות אבן מתחיל בכריית גושי אבן גדולים דים לשימוש בבנייה והובלתם מהמחצבה אל האתר הרצוי. ככל שרוצים ליצור מפתח גדול יותר כך יש צורך בקורת אבן עבה הרבה יותר. ככל שגוש האבן גם ארוך יותר וגם עבה יותר, כך נוצר קושי עצום בהעלאתו שלם אל מעל העמודים. מבנה הסטונהנג' הפרה-היסטורי שבאנגליה וכן גם המקדשים המצריים העתיקים נחשבים לפלאי בנייה בין השאר מסיבה זו. באדריכלות יוון העתיקה כמו גם בסגנונות בנייה נוספים במזרח התיכון הקדום היה נהוג להשתמש בקורות אבן בעלי מפתחים קצרים בין עמודי אבן מאסיביים. מוגבלות היכולת ליצור מפתחים גדולים הולידו בין השאר אדריכלות של שדרות עמודים ושל עיטורי קורות. קורת האבן הראשית בסדרי הבנייה היווניים נקראה ארכיטרב והתאפיינה במידות ועיטורים מיוחדים. במקדשים יווניים ארכיטרבים היו מונחים על גבי שורות העמודים ההיקפיות ואילו את מרכז המבנה שהצריך קירוי רחב יותר קירו בעזרת קורות עץ. קורת עץ היא קורה אשר בדומה לקורת אבן שנחצבה בשלמותה ממחצב טבעי, נוסרה במלואה מתוך גזע עץ. יתרונו של העץ הוא ביכולתו להימתח וליצור קורות ארוכות וקלות יחסית אשר ניתן למצוא בקלות באזורים מיוערים. קורות עץ מנוסרות תמיד עם כיוון סיבי העץ ולכן קורה כזו היא למעשה אוסף גדול של סיבים המאפשרים לקורה להימתח. מבנה זה קיים בתצורתו הטבעית גם בתוך עץ שלם ומאפשר לעץ להתנדנד כאשר הוא נתון לכוחות רוח. השימוש בקורות עץ הוא השימוש הנפוץ ביותר בבנייה העממית עד המאה ה-20 ונעשה בהן שימוש רב גם בבנייה המודרנית. שימוש בקורות עץ קיים בבנייה העממית בעיקר במקומות בהם מצאי העץ הוא רב. בבנייה העממית של אזור הים התיכון לדוגמה, שאינו משופע ביערות, נעשה שימוש בעיקר בקמרונות אבן משום שקורות עץ היו מצרך יקר מאוד. מגבלות האורך של קורות העץ הסטנדרטיות בכל אזור בעולם נובעים מממדי העצים האופייניים לאותו אזור מהן ניתן לנסר קרשים מלבניים ישרים. אורך זה, שברוב המקומות אינו יותר מ-6 מטרים, הפך לרוחב המבנה הטיפוסי מכיוון שקבע את המפתח המקסימלי אשר ניתן ליצור בין קירות הבית. למעשה, בערים רבות רוחב המגרשים לבניית מגורים אשר נקבעו בתקופה בה נעשה שימוש עיקרי בקורות עץ, היה לפי אורכי הקרשים שניתן היה לייצר במקום. החיסרון העיקרי של קורות עץ הוא היותו של החומר דליק מאוד. השרפות הגדולות בהיסטוריה התרחשו במקומות בהם עיקר הבנייה הייתה מעץ. חיסרון נוסף הוא העובדה שהעץ, כחומר גלם, מושפע מאוד ממזג האוויר ותנאי הלחות ונוטה להתעוות במשך הזמן. קורות עץ התומכות משקל שוקעות ולאורך זמן מקבלות "בטן" משמעותית. במקומות שונים בעולם בהם משתמשים בקורות עץ לתמיכת גגות נוטים להפוך אותם באופן קבוע: במיוחד בקירוי גגות בהן הפעולה יחסית קלה, אחת לכמה שנים (לרוב מדובר בתקופה של 10-20 שנים, בהתאם לתנאים וסוגי העץ) מסירים את רעפי הגג ומפרקים את הקורות. לאחר מכן מחברים את אותן הקורות חזרה למקומן בכיוון ההפוך כך שהקורות הופכות מקעורות לקמורות ומחזירים את הרעפים. בשיטה זו, אורך החיים של הקורות גדל וניתן למצות טוב יותר את השימוש בהן. קורת פלדה החלו להופיע עם תחילת המהפכה התעשייתית ונעשה בהם שימוש בעיקר למסילות רכבת. בניגוד לקורות האופייניות מחומרים אחרים, לקורות פלדה פרופיל (חתך הקורה) מתוכנן שאינו מלבני העונה באופן מדויק על צרכיה הסטרוקטוראליים של הקורה. קורות פלדה מיוצרות במפעלי פלדה לפי פרופילים סטנדרטיים מקובלים ובמידות סטנדרטיות. קורת פלדה בעלת פרופיל הדומה לאות האנגלית I , המכונה גם בקיצור "קורת I " (באנגלית: I-beam) היא קורה אופיינית לבנייה והיא צורת הקורה היעילה ביותר; כלומר מומנט הכפיפה הפועל עליה הוא מקסימלי באופן יחסי למשקלה העצמי של הקורה. פרופיל I הוא צורת החתך היעילה ביותר עבור קורה וניתן לייצרה מפלדה בדיוק רב. פרופיל זה הוא בעל מומנט התמד מקסימלי באופן יחסי לשטחו הכללי. בקורה מסוג זה, עיקר מסת הקורה נמצאת במשטח העליון והתחתון ונושאת את מאמצי הלחיצה והמתיחה. חלקו האמצעי של הפרופיל מחבר בין שני חלקים אלו, שומר על הגובה הסטטי של הקורה ומסייע כנגד מאמצי הגזירה בקורה. פרופיל I מסוג IPN פרופיל "L" פרופיל "U" חתכי קורות אופייניים של עץ, פלדה ובטון מזוין (דמוי I ). פרופיל הפלדה הוא החזק ביותר יחסית למשקלו. ערך מורחב – מסבך מסבך המתפקד כקורה בנוי ממוטות עליונים לחוצים ומוטות תחתונים מתוחים. המוטות האלכסונים היוצרים את הסבכה למעשה שומרים על המרווח ביניהם היוצר את הגובה הסטטי של קורת המסבך. באופן דומה לפרופיל של קורת פלדה רגילה, במסבך מתאפשר מיצוי מקסימלי של החומר שכן רוב נפח המסבך הוא אוויר. מסבכים ניתן לבנות גם ממוטות עץ אשר מתפקדים באופן דומה למסבך העשוי פלדה. מסכבי עץ אינם שכיחים בבנייה המודרנית והם בעלי מגבלויות רבות. ערך מורחב – בטון מזוין הרעיון המבני בקורת בטון מזוין הוא שילוב בטון עם פלדה כך שכל אחד משני החומרים נותן מענה לסוג אחר של מאמץ - לחיצה ומתיחה בהתאמה. הבטון עומד ללחיצה והפלדה למתיחה. קורות בטון מזוין הן לרוב בעלות חתך מלבני אך קיימות אפשרויות רבות נוספות ולעיתים נוצרות אף קורות בטון בעלות חתך הדומה לפרופילי פלדה אך עבה הרבה יותר. רוב נפח הקורה הוא בטון ומקצתו הוא מוטות פלדה הכלואים בתוך הבטון. מוטות הפלדה המכונים "מוטות הזיון" הם מונחים בחלק העליון או התחתון של הקורה בהתאם לחלק הקורה הצפוי להימתח בעקבות מאמץ הכפיפה. שטח הזיון בחתך הקורה נקבע על פי חישובים סטטיים הכוללים את העומסים הצפויים על הקורה, חוזק החומרים ומקדמי בטיחות על פי תקן. מכיוון שהפלדה היא חומר יקר מאוד יחסית לבטון וכבד הרבה יותר, שאיפת מהנדס הבניין היא להשתמש בכמות המינימלית של פלדה לצורך יציבות המבנה. ערך מורחב – בטון דרוך קורות בטון דרוך משמשות בדרך כלל במבני בטון גדולים במיוחד כגון גשרים, מחלפים ומפתחים גדולים מאוד במבנה. בקורות בטון דרוך עוברים כבלים הדורכים את חלקו התחתון של הבטון ולוחצים אותו לאורך ציר הקורה. לחיצה זו יוצרת מאמץ משולב בכך שהיא מגדילה את המאמץ הצירי בקורה ומקטינה את מאמצי המתיחה בחלקה התחתון של הקורה הנוצרים כתוצאה מהכפיפה. בנייה רכיבי בניין נוספים: תקרת צלעות חגורת בטון קשת קמרון תכנון קורות פלדה (אורכב 19.10.2008 בארכיון Wayback Machine) קורות מבטון דרוך (אורכב 04.11.2008 בארכיון Wayback Machine) מחשבון לחישוב מפתח קורות עץ קורות - גזירה קורות - כפיפה