روش های محاسبه تحمل بار تیرآهن
محاسبه ظرفیت باربری یکی از اصولی ترین مراحل طراحی و اجرای سازه می باشد. عملکرد درست تیرآهن، ایمنی سازه را تامین کرده و از بروز تغییر شکل های ناخواسته و تخریب های پر هزینه جلوگیری می کند. تیرآهن ها نقش انتقال دهنده بارهای وارده بر سازه چه بار دائم و چه بار متغیر را بر عهده دارند و به همین علت کوچک ترین خطا در محاسبات ظرفیت بار، می تواند پایداری کل سازه را تهدید کند.
ظرفیت باربری تیرآهن به چه معناست؟
ظرفیت باربری در حقیقت نیرویی است که یک تیرآهن می تواند قبل از رسیدن به مرحله تغییر شکل غیرمجاز یا شکست تحمل نماید. تیرآهن ها از جان مرکزی و دو بال به وجود آمده اند که به عنوان اجزای اصلی انتقال نیرو در ساختمان عمل می کنند. این مقاطع فلزی بار های عمودی، جانبی و محوری را دریافت کرده و به ستون ها، دیوار ها و در نهایت به فونداسیون انتقال می دهند.
تیرآهن ها با توجه به طراحی، وزن، ضخامت بال و استاندارد ساخت، ظرفیت باربری گوناگونی دارند. انواع تیرآهن های رایج در بازار به شرح زیر می باشند:
IPE: این تیرآهن ها مطابق استاندارد ایران و اروپا، با ضخامت یکنواخت در بال ها ساخته شده اند.
INP: این تیرآهن مطابق با استاندارد چین و روسیه، با کاهش ضخامت بال در دور شدن از جان تولید شده اند.
IPB یا هاش(H): این نوع تیرآهن دارای بال پهن و جان مقاوم است که برای سازه های حجیم و سنگین ساخته شده است.
تیرلانه زنبوری(CPE): این نوع تیرآهن از برش و اتصال مجدد تیرآهن و مناسب برای دهانه بلند ساخته شده است.
تفاوت میزان تحمل بار تیرآهن و وزن تیرآهن
با توجه به اینکه هر تیرآهن وزن مخصوص خود را دارد و میتواند بار مجاز خاصی را تحمل کند، دو اصطلاح تحمل بار تیرآهن و وزن تیرآهن نیز دو معنای متفاوت میگیرند. وزن تیرآهن با توجه به جنس مواد اولیه و نوع شاخه تیرآهن و استاندارد کارخانه تعریف میشود. به طور مثال هر تیرآهن شاخه ۱۴ اصفهان ۱۲۵ کیلوگرم وزن دارد.
فاکتور های موثر بر میزان تحمل بار تیرآهن
- محاسبه صحیح بارهای وارد بر سازه
قبل از انتخاب تیرآهن، باید مجموع بارهای مرده، زنده و جانبی که به آن وارد می شود با دقت و توجه محاسبه گردد. این محاسبه تعیین می کند چه سایز و چه نوع مقطعی برای پروژه مناسب تر است.
- رعایت استاندارد های ساخت
تیرآهنی که طبق استاندارد های معتبر تولید شده باشد، از لحاظ کیفیت، ابعاد و ضخامت مطمئن است. استفاده از مقاطع غیراستاندارد می تواند سبب کاهش مقاومت و کاهش ایمنی سازه گردد.
- کیفیت مواد اولیه
مقاومت تیرآهن با توجه به کیفیت بیلت، بلوم یا شمش فولادی است که از آن ساخته می شود. داشتن ناخالصی یا فولاد کم کیفیت سبب کاهش ظرفیت باربری می گردد. ضد زنگ بودن و خواص شیمیایی مناسب نیز در دوام مقطع نقش تاثیرگذاری را دارا می باشند.
- انتخاب درست سایز و شیوه قرارگیری تیرآهن
افزایش سایز تیرآهن به شکل مستقیم سبب افزایش سطح مقطع و توان تحمل بار می گردد. علاوه بر این چینش درست و تعداد مناسب تیرآهن ها مطابق اصول مهندسی از اهمیت بالایی برخوردار است. سایز های ۱۶ و ۱۸ یکی از پر کاربردترین گزینه ها در پروژه به حساب می آید.
روش های محاسبه تحمل بار تیرآهن
اگر تیرآهن بر اساس استاندارد تولید شده باشد، می توان ظرفیت باربری آن را با مراجعه به جدول اشتال یا داده های مهندسی کارخانه تولید کننده به دست آورد. جدول اشتال اطلاعات کامل مانند ابعاد، وزن واحد طول سطح مقطع، گشتاور اینرسی و شعاع ژیراسیون تیرآهن ارائه می دهد.
استفاده از جدول اشتال
با مراجعه به مشخصات مقطع می توان بسیاری از ویژگی های مهم مانند گشتاور اینرسی I و مدول مقطع Z را استخراج کرد. این داده ها بر پایه محاسبات تحمل بار می باشند.
به کار بردن فرمول های مهندسی
برای دستیابی به بعضی از پارامتر ها از فرمول های استاندارد به کار می رود. به عنوان مثال، مساحت سطح مقطع تیرآهن I از طریق فرمول زیر محاسبه می شود:
B=عرض بال تیر
h=ضخامت بال
H=ارتفاع جان تیر
در این رابطه M ممان خمشی وارد برتیر و S مدول مقطع می باشد. اگر مقدار تنش کمتر از حد مجاز باشد، تیرآهن انتخاب شده قابل استفاده است.
b=ضخامت جان
Hb+2Bh=A
در ادامه با داشتن گشتاور اینرسی و مدول مقطع می توان ظرفیت خمشی تیر را به شکل دقیق محاسبه کرد.
محاسبه تنش خمشی
برای تشخیص این که تیرآهن تحت بار مشخص دچار شکنندگی می گردد یا خیر می توان از رابطه زیر حساب کرد:
در این رابطه M ممان خمشی وارد برتیر و S مدول مقطع می باشد. اگر مقدار تنش کمتر از حد مجاز باشد، تیرآهن انتخاب شده قابل استفاده است.
جمع بندی
در پروژه های ساختمانی، انتخاب تیرآهن مناسب نه تنها به محاسبات مهندسی موجود محدود نمی گردد بلکه نیازمند دسترسی به مقاطع استاندارد و مشخصات فنی معتبر نیز می باشند. به همین علت بسیاری از مهندسان و مجریان، علاوه بر بررسی جدول اشتال و اطلاعات کارخانه ها، از خدمات تامین کنندگان معتبر فولاد نیز استفاده می کنند تا اطمینان یابند مقاطع فولادی انتخاب شده دقیقا بر اساس استاندارد و کیفیت تضمین شده می باشند؛ در این زمینه مشهد فولاد توس به عنوان یکی از مراکز تخصصی عرضه تیرآهن های IPB، INP، IPE و مقاطع سنگین، امکان ارائه مشاوره فنی و تامین مطمئن برای پروژه های ساختمانی و صنعتی را فراهم کرده است.
