10/08/2026
الدليل العربي لتصميم الخرسانة المسلحة بألياف الفولاذ من إعداد الوثبة ستيل فايبر
جميع الحقوق محفوظة*
Steel Fiber Reinforced Concrete Design Guide – SFRC
الإصدار الأول – 2026
طبقًا للمراجع والمعايير الدولية:
ACI • ASTM • Eurocode 2 • fib Model Code • EN
⸻
الفصل الأول
المدخل إلى الخرسانة المسلحة بألياف الفولاذ
Introduction to Steel Fiber Reinforced Concrete – SFRC
⸻
1.1 مقدمة
شهد استخدام الخرسانة المسلحة بالألياف Fiber- Concrete – FRC تطورًا ملحوظًا في التطبيقات الإنشائية والصناعية، وأصبحت ألياف الفولاذ Steel Fibers إحدى وسائل التسليح المستخدمة لتحسين السلوك الميكانيكي للخرسانة، وبصفة خاصة سلوكها بعد حدوث التشقق.
ويعرّف المعهد الأمريكي للخرسانة ACI الخرسانة المسلحة بالألياف بأنها خرسانة تتكون أساسًا من الأسمنت الهيدروليكي والركام وألياف تسليح منفصلة Discrete Reinforcing Fibers موزعة داخل الخلطة الخرسانية. (Concrete.org)
كما يوضح دليل ACI 544.4R-18 أن قدرة الخرسانة المسلحة بالألياف على مقاومة قوى الشد والانحناء تتأثر بنوع الألياف وجرعتها وأبعادها وهندستها، ولذلك فإن التعامل الهندسي مع Steel Fiber يجب أن يعتمد على أداء النظام الخرساني ككل وليس على خاصية منفردة للألياف. (Concrete.org)
⸻
1.2 تعريف الخرسانة المسلحة بألياف الفولاذ
الخرسانة المسلحة بألياف الفولاذ:
Steel Fiber Reinforced Concrete – SFRC
هي مادة خرسانية مركبة Composite Material تحتوي على ألياف فولاذية قصيرة ومنفصلة موزعة داخل حجم الخرسانة بهدف تحسين السلوك بعد التشقق والمساهمة في نقل قوى الشد عبر الشقوق.
وتعمل الألياف، بعد نشوء الشق في المصفوفة الخرسانية، على ربط وجهي الشق Crack Bridging ونقل الإجهادات بينهما من خلال التماسك والارتكاز الميكانيكي وآلية انسحاب الألياف Fiber Pull-Out Mechanism.
وتعتبر هذه الخاصية أساس مفهوم:
Post-Cracking Residual Tensile Strength
مقاومة الشد المتبقية بعد التشقق.
وتصف fib الخرسانة المسلحة بالألياف بأنها مادة تمتلك مقاومة شد متبقية محسّنة بعد التشقق نتيجة قدرة الألياف على ربط وجهي الشق ونقل القوى بينهما. (Fib International Shop)
⸻
1.3 الخرسانة قبل التشقق وبعد التشقق
من الضروري للمهندس أن يميز بين مرحلتين مختلفتين:
أولًا: مرحلة ما قبل التشقق
Pre-Cracking Stage
قبل حدوث التشقق تتصرف المصفوفة الأسمنتية والركام والألياف كنظام مركب.
ولا ينبغي افتراض أن إضافة Steel Fiber تحول الخرسانة إلى مادة لا تتشقق.
فالخرسانة بطبيعتها مادة ذات مقاومة عالية نسبيًا للضغط، بينما يكون سلوكها تحت الشد أكثر حساسية للتشقق.
ثانيًا: مرحلة ما بعد التشقق
Post-Cracking Stage
هنا تظهر إحدى أهم فوائد الألياف.
عندما يبدأ الشق بالانتشار داخل الخرسانة، تعبر بعض الألياف مستوى الشق وتبدأ في نقل القوى من أحد جانبيه إلى الجانب الآخر.
وبذلك لا تختفي قدرة المقطع على حمل الشد مباشرة بعد تشقق المصفوفة الخرسانية، وإنما يمكن أن يحتفظ المقطع بقيمة من المقاومة تعرف باسم:
Residual Strength – المقاومة المتبقية.
ولهذا تركز طرق تصميم واختبار FRC الحديثة بصورة أساسية على توصيف السلوك بعد التشقق. وتؤكد fib أن آلية عمل التسليح بالألياف تُفعّل بدرجة رئيسية بعد بدء التشقق. (fib-international.org)
⸻
1.4 آلية عمل Steel Fiber
يمكن تبسيط آلية العمل بالشكل التالي:
الحمل
↓
نشوء إجهادات الشد داخل الخرسانة
↓
بدء Microcracks
↓
تطور الشق
↓
عبور Steel Fibers لمسار الشق
↓
Crack Bridging
↓
انتقال القوى عبر الألياف
↓
Fiber Bond / Anchorage / Pull-Out
↓
Residual Load-Carrying Capacity
وبذلك فإن الألياف لا تعمل بالطريقة نفسها التي يعمل بها سيخ التسليح التقليدي المستمر.
فالحديد التقليدي:
Continuous Reinforcement
يوضع في اتجاه وموقع محددين طبقًا لمخططات التصميم.
أما Steel Fibers فهي:
Discontinuous Distributed Reinforcement
موزعة بأعداد كبيرة داخل حجم الخرسانة، ويعتمد تأثيرها الإنشائي على توزيعها واتجاهها وعدد الألياف التي تعبر مناطق التشقق وفعالية ارتباطها بالمصفوفة الخرسانية.
⸻
1.5 أهم قاعدة في هذا الدليل
جرعة Steel Fiber ليست هي نقطة البداية في التصميم؛ بل هي إحدى النتائج التي يتم اختيارها لتحقيق أداء إنشائي محدد.
Steel Fiber Dosage is not the starting point of structural design.
لذلك فإن التعبير:
20 kg/m³ من Steel Fiber
على سبيل المثال، لا يمثل بمفرده تعريفًا كاملًا للأداء الإنشائي للمادة.
فالأداء قد يختلف طبقًا لعدة عوامل، منها:
* نوع الألياف Fiber Type
* الشكل الهندسي Fiber Geometry
* الطول Length
* القطر أو القطر المكافئ Diameter / Equivalent Diameter
* نسبة الطول إلى القطر Aspect Ratio
* مقاومة شد الفولاذ Fiber Tensile Strength
* شكل النهايات ودرجة التثبيت Anchorage
* جرعة الألياف Dosage
* خواص المصفوفة الخرسانية Concrete Matrix
* توزيع واتجاه الألياف Fiber Distribution & Orientation
* جودة الخلط والصب والتنفيذ.
ويتوافق هذا المبدأ مع ACI 544.4R، الذي يوضح أن قدرة FRC على تطوير المقاومة الشدية أو الانحنائية تعتمد على نوع الألياف والجرعة والهندسة وغيرها من خصائص النظام. (Concrete.org)
⸻
1.6 مقاومة شد الألياف ليست مقاومة الخرسانة
يجب التمييز بصورة واضحة بين:
Fiber Tensile Strength
و
SFRC Residual Tensile/Flexural Strength
فإذا كانت مقاومة شد Fiber نفسها، على سبيل المثال، مرتفعة جدًا، فهذا لا يعني أن الخرسانة ستطور تلقائيًا مقاومة متبقية محددة.
Tensile Strength of Steel Fiber ≠ Residual Strength of SFRC
مقاومة شد السلك خاصية للمادة المصنعة.
أما الأداء الإنشائي للـ SFRC فهو نتيجة تفاعل:
Fiber + Concrete Matrix + Bond + Geometry + Dosage + Orientation + Distribution
ولهذا السبب يتم تقييم الأداء الإنشائي للخرسانة المسلحة بالألياف بواسطة اختبارات مخصصة للسلوك بعد التشقق، وليس بمجرد قراءة شهادة مقاومة شد Steel Fiber.
ACI يشير إلى استخدام طرق اختبار مختلفة لتقييم خصائص FRC، بما فيها اختبارات الانحناء والاختبارات المرتبطة بالسلوك بعد التشقق والمتانة Toughness. (Concrete.org)
⸻
1.7 الخصائص الأساسية لألياف الفولاذ
تغطي المواصفة:
ASTM A820/A820M-22 – Standard Specification for Steel Fibers for Fiber-Reinforced Concrete
ألياف الفولاذ المعدة للاستخدام في الخرسانة المسلحة بالألياف، وتشمل أليافًا مستقيمة أو مشكلة، وتُصنف حسب طريقة التصنيع إلى عدة أنواع. (ASTM Store)
ومن الخصائص التي ينبغي على المهندس مراجعتها في Steel Fiber:
1. Fiber Length – (l_f)
طول الليفة.
1. Fiber Diameter – (d_f)
قطر الليفة أو القطر المكافئ بحسب شكل مقطعها.
1. Aspect Ratio – (l_f/d_f)
نسبة الطول إلى القطر.
1. Fiber Tensile Strength
مقاومة شد الفولاذ المستخدم في تصنيع الألياف.
1. Fiber Geometry
الشكل الهندسي.
ومن الأشكال الشائعة:
* Straight
* Hooked-End
* Crimped
* Wavy
* Deformed
1. Anchorage
درجة التثبيت الميكانيكي داخل الخرسانة.
1. Dosage
كمية Steel Fiber المضافة لكل متر مكعب من الخرسانة، ويُعبّر عنها غالبًا بـ:
kg/m³
وسيتم تناول تأثير كل خاصية وطريقة تحديدها بالتفصيل في الفصل الخاص بخصائص ألياف الفولاذ.
⸻
1.8 تصنيف ألياف الفولاذ طبقًا لـ ASTM A820
تقسم ASTM A820/A820M الألياف طبقًا لطريقة التصنيع إلى أنواع تشمل:
Type I – Cold-Drawn Wire
ألياف مصنعة من أسلاك فولاذية مسحوبة على البارد.
Type II – Cut Sheet
ألياف مصنعة من صفائح فولاذية مقطعة.
Type III – Melt-Extracted
ألياف منتجة بطريقة الاستخلاص من المعدن المنصهر.
Type IV – Mill Cut
ألياف ناتجة عن عمليات قطع وتشغيل فولاذية محددة.
Type V – Modified Cold-Drawn Wire
ألياف من أسلاك مسحوبة على البارد ومعدلة وفق متطلبات المواصفة. (ASTM Store)
وسنستخدم هذا التصنيف في الدليل عند مناقشة مطابقة المواد Material Compliance بدل الاعتماد فقط على التسميات التجارية للأشكال.
⸻
1.9 ما الذي يمكن أن تضيفه Steel Fiber للخرسانة؟
عند اختيار المادة وتصميمها وتنفيذها بصورة صحيحة، يمكن استخدام Fiber Reinforcement لتحقيق أو تحسين خصائص مرتبطة بالسلوك بعد التشقق والتحكم في التشققات وقدرة المقطع على الاستمرار في نقل الأحمال.
وقد استخدمت تطبيقات FRC في:
* Slabs-on-Ground
* Industrial Floors
* Pavements
* Overlays
* Shotcrete
* Precast Concrete
* Structural Elements.
ويشير ACI إلى أن FRC استُخدمت في التطبيقات الإنشائية وغير الإنشائية، وأن التطبيقات العملية تشمل البلاطات على التربة وغيرها من العناصر الخرسانية. (Concrete.org)
⸻
1.10 Steel Fiber والتشققات
من الأخطاء المتكررة وصف Steel Fiber بأنها:
“تمنع التشققات.”
والصياغة الهندسية الأدق هي:
Steel Fiber can contribute to crack control and post-cracking load transfer when properly designed and specified.
أي:
يمكن لألياف الفولاذ، عندما يتم تصميمها وتحديدها بصورة صحيحة، أن تساهم في التحكم بعرض وانتشار التشققات وفي نقل القوى بعد حدوث التشقق.
وهذا التمييز مهم لأن الهدف الهندسي في كثير من تطبيقات FRC ليس الادعاء بأن الخرسانة لن تتشقق، وإنما التحكم في Crack Width وسلوك الخرسانة بعد التشقق.
وقد خصص ACI تقريرًا مستقلًا لدراسة تأثير الألياف في تقليل عرض التشققات وعلاقة ذلك بالخدمة والمتانة طويلة الأمد. (Concrete.org)
⸻
1.11 هل Steel Fiber بديل لحديد التسليح؟
لا توجد إجابة عامة بـ نعم أو لا.
الإجابة الهندسية هي:
يعتمد ذلك على نوع العنصر، وظيفة التسليح، الأحمال، شروط الخدمة، خواص SFRC المثبتة بالاختبار، ونظام التصميم والكود المعتمد.
ففي بعض التطبيقات يمكن استخدام الألياف كبديل كلي أو جزئي لبعض أنواع التسليح التقليدي، بينما توجد حالات أخرى تتطلب الاحتفاظ بتسليح تقليدي أو استخدام نظام:
Hybrid Reinforcement
Steel Fiber + Conventional Reinforcement
ويشير ACI إلى استخدام الألياف كبديل كامل أو جزئي للتسليح التقليدي في عدد من التطبيقات، إلا أن التصميم يجب أن يتم وفق طرق التصميم الملائمة لكل حالة. (Concrete.org)
⸻
ملاحظة للمهندس | ENGINEER’S NOTE
لا يجوز اعتماد قرار إلغاء شبكة التسليح أو القضبان التقليدية لمجرد تحديد كمية Steel Fiber بالكيلوغرام لكل متر مكعب.
يجب أن يثبت التصميم أن نظام SFRC المقترح يحقق جميع حالات الحد المطلوبة:
Ultimate Limit States – ULS
و
Serviceability Limit States – SLS
طبقًا لنظام التصميم المعتمد للمشروع.
⸻
1.12 الأداء القائم على الاختبار
أحد المبادئ الأساسية التي سيتبناها هذا الدليل هو:
Performance-Based Design
أي أن Steel Fiber لا يتم تقييمها فقط من خلال:
* شكل الليفة
* وزنها
* مقاومتها للشد
* عدد الكيلوغرامات بالمتر المكعب.
بل من خلال الأداء الفعلي للخرسانة المسلحة بالألياف.
وتتبنى fib منهجًا قائمًا على الأداء في التعامل مع FRC، كما أن قواعد التصميم الحديثة تعتمد على توصيف السلوك المتبقي بعد التشقق. (fib-international.org)
وسيتم في الفصول اللاحقة ربط هذا المفهوم باختبارات مثل:
EN 14651
و
ASTM C1609/C1609M
لاستخراج وتقييم خواص ما بعد التشقق اللازمة للتصميم.
⸻
1.13 الاتجاه الأمريكي والاتجاه الأوروبي في التصميم
سيعتمد هذا الدليل مسارين منفصلين حتى لا يتم خلط معادلات أو معاملات أنظمة مختلفة.
المسار الأمريكي
American Design Route
وسيستخدم، بحسب التطبيق:
* ACI 544 Series
* ACI 360
* ASTM Standards
* المراجع الأمريكية الأخرى ذات العلاقة.
ويقدم ACI 544.4R-18 إرشادات للمهندس لتصميم تطبيقات FRC الإنشائية وغير الإنشائية، ويغطي تطبيقات من بينها Slabs-on-Ground وغيرها. (Concrete.org)
⸻
المسار الأوروبي
European Design Route
وسيستخدم:
* Eurocode 2
* EN Standards
* fib Model Code
* المراجع الأوروبية المكملة حسب التطبيق.
ويتضمن الجيل الثاني من Eurocode 2 – EN 1992-1-1:2023 أحكامًا خاصة بالمنشآت الخرسانية المسلحة بألياف الفولاذ ضمن Annex L – Steel Fibre Reinforced Concrete Structures. (eurocodes.jrc.ec.europa.eu)
وسيتم عرض كل مسار بصورة مستقلة في فصول التصميم.
⸻
1.14 فلسفة هذا الدليل
يعتمد هذا الدليل على التسلسل التالي:
MATERIAL
ما هي Steel Fiber المستخدمة؟
↓
CHARACTERIZATION
ما الخصائص الفعلية لنظام SFRC؟
↓
TESTING
ما نتائج الاختبارات المعتمدة؟
↓
DESIGN PROPERTIES
ما القيم التي يجوز استخدامها في الحساب الإنشائي؟
↓
ACTIONS
ما الأحمال المؤثرة على العنصر؟
↓
STRUCTURAL ANALYSIS
كيف يتصرف العنصر؟
↓
ULS CHECKS
هل تتحقق متطلبات المقاومة؟
↓
SLS CHECKS
هل تتحقق متطلبات الخدمة والتشققات والهبوط؟
↓
DETAILING
ما تفاصيل الفواصل والحواف والتسليح الإضافي؟
↓
EX*****ON
كيف تتم عملية الخلط والصب والتنفيذ؟
↓
QUALITY CONTROL
كيف نثبت أن المادة المنفذة في الموقع مطابقة للتصميم؟
⸻
1.15 هرم الاعتماد الهندسي
يجب أن يكون التسلسل الصحيح لاتخاذ القرار:
الكود والمواصفات الخاصة بالمشروع
↓
الأداء الإنشائي المطلوب
↓
اختبارات SFRC
↓
Design Values
↓
Structural Calculation
↓
Required Fiber System / Dosage
وليس:
اختيار kg/m³ أولًا → ثم محاولة إثبات التصميم بعد ذلك.
⸻
1.16 المجالات التي سيغطيها الدليل
سيغطي الإصدار الأول بصورة أساسية:
1. خصائص Steel Fibers.
2. خواص الخرسانة المسلحة بألياف الفولاذ.
3. اختبارات المواد.
4. Post-Cracking Behaviour.
5. Performance-Based Design.
6. Slabs-on-Ground.
7. Industrial Floors.
8. Rack Loads.
9. Wheel Loads.
10. Point Loads.
11. Punching.
12. Crack Control.
13. Joint Design.
14. Replacement of Conventional Reinforcement.
15. Hybrid Reinforcement.
16. Elevated Slabs.
17. Precast Elements.
18. Shotcrete.
19. Tunnels.
20. Durability.
21. Batching and Mixing.
22. Site Ex*****on.
23. Quality Control.
24. Design Examples.
⸻
1.17 حدود استخدام الدليل
هذا الدليل مرجع هندسي وتعليمي لتفسير منهج تصميم واستخدام الخرسانة المسلحة بألياف الفولاذ.
ولا تعتبر الجداول أو الأمثلة الحسابية الواردة فيه بديلًا عن التصميم الإنشائي الخاص بالمشروع.
يجب أن تتم مراجعة واعتماد التصميم النهائي بواسطة مهندس مؤهل، مع مراعاة:
* الكود المعتمد للمشروع.
* المتطلبات القانونية المحلية.
* الأحمال الفعلية.
* ظروف التربة.
* الاستخدام النهائي للمنشأ.
* خصائص الخرسانة.
* نتائج اختبار SFRC.
* متطلبات المالك والاستشاري.
* ظروف التنفيذ بالموقع.
⸻
خلاصة الفصل الأول
يمكن تلخيص المبادئ الأساسية في خمس قواعد:
القاعدة الأولى
Steel Fiber Reinforced Concrete مادة هندسية مركبة وليست مجرد خرسانة أضيف إليها مقدار معين من الأسلاك.
القاعدة الثانية
القيمة الإنشائية الرئيسية للألياف تظهر بصورة خاصة في مرحلة ما بعد التشقق Post-Cracking Stage.
القاعدة الثالثة
مقاومة شد Steel Fiber وحدها لا تحدد أداء SFRC.
القاعدة الرابعة
الجرعة kg/m³ ليست بديلاً عن التصميم والاختبار.
القاعدة الخامسة
أي استبدال للتسليح التقليدي يجب أن يثبت بالحساب والاختبار وفق الكود المعتمد للمشروع.
⸻
ENGINEER’S RULE No. 1
لا تصمم بالكيلوغرام.
صمّم بالأداء.
DON’T DESIGN BY kg/m³.
DESIGN BY PERFORMANCE.
⸻
المراجع الأساسية للفصل الأول
[1] ACI Committee 544, Guide to Design with Fiber-Reinforced Concrete, ACI 544.4R-18, American Concrete Institute. (Concrete.org)
[2] ACI Committee 544, Report on Fiber Reinforced Concrete, ACI 544.1R, American Concrete Institute. (Concrete.org)
[3] ASTM International, ASTM A820/A820M-22 – Standard Specification for Steel Fibers for Fiber-Reinforced Concrete. (ASTM Store)
[4] fib Bulletin 105, Fibre Reinforced Concrete, Fédération internationale du béton, 2022. (Fib International Shop)
[5] Second Generation Eurocode 2, EN 1992-1-1:2023 – Annex L: Steel Fibre Reinforced Concrete Structures. (eurocodes.jrc.ec.europa.eu)
