تیر
تیرها قطعات سازهای هستند که در سازه عموماً بصورت اعضای افقی یا شیبدار قرار گرفته و بارهای قائم بر محور خود را به تکیه گا‌ه‌ها که معمولاً ستون‌ها هستند، منتقل می‌کنند. در اثر این بارها، در لایه‌های مختلف تیر تنش کششی و فشاری ایجاد میشود.
انواع تیرها در سازههای فولادی
تیر در سازه ساختمان برحسب وظیفه‌ای که برعهده دارد، به صورت زیر نامگذاری میشود.
شاهتیر یا تیر اصلی (Girder)
عضو باربر اصلی در سقف است که بارهای وارد از تیرچه‌ها را به ستون‌ها انتقال می‌دهد.
تیرچه یا تیر فرعی (Joist)
تیر سبکی است که بار سقف را به شاه تیرها انتقال می‌دهد.
تیری است که در بالای بازشوهای ساختمان، نظیر در و یا پنجره، قرار داده میشود.
تیرهای لبه‌ای یا کناری (Spandrel)
تیرهایی هستند که در پیرامون ساختمان قرار دارند و علاوه بر بار سقف، بار دیوارهای پیرامونی ساختمان را نیز تحمل می‌کنند و نقش کلا‌فبندی ساختمان را نیز ایفا می‌کنند.
لاپه (Purlin)
تیر سبکی از نیمرخ Z یا I که از آن برای حمل بار پوشش‌های سبک در ساختمانهای صنعتی استفاده میشود.
تیر از نظر شرایط تکیه گاهی
سه نوع تکیه گاه متداول برای تیرها شامل تکیه گاه غلتكی ،تکیه گاه مفصلی (پینی) و تکیه گاه ثابت است. تکیه گاه غلتكی در مقابل حركت در جهت عمود بر محورش مقاومت می‌كند، در حالی كه تکیه گاه مفصلی در مقابل حركت تیر در هر جهتی مقابله می‌كند. هر دو تکیهگاه غلتكی و مفصلی در مقابل دوران و چرخش در محل تکیه گاه آزاد هستند. تکیه گاه ثابت از حركت و دوران تیر در هر جهتی در محل تکیه گاه جلوگیری می‌كند. با این وصف تیرها را بر اساس شرایط تکیه گاهی میتوان به صورت ساده، پیش آمده (تیر ساده‌ی طره دار)، طره‌ای، دو سر گیر دار و ممتد (سراسری)،دسته بندی كرد.
تیر ساده، تیری است تك دهانه كه تکیه گاه‌های آن در دو انتها یکی به صورت غلتكی و دیگری مفصلی باشد. به تیری با تکیه گاه‌های ساده كه تکیه گاه‌های آن الزاماً در انتهای تیر قرار نگرفته باشد، تیر پیش آمده گفته میشود. تیر طره‌ای به تیری گفته میشود كه در یک انتها گیر دار و در انتهای دیگر آزاد باشد. تیری كه در دو انتهای خود گیردار و غیر آزاد باشد، تیر دو سر گیر دار نام دارد. به تیر با بیش از دو تکیه گاه ساده، تیر ممتد یا سراسری گفته میشود.
بارهای وارد بر تیر
تیرها بسته به محلی كه در آن به كار گرفته می‌شوند، تحت تاثیر بارهای مختلفی قرار می‌گیرند كه این بارها به صورت متمركز، گستردهی یکنواخت، گستردهی غیر یکنواخت (خطی) و یا ترکیبی از آنها هستند.
سطح بارگیر تیرها
سهم هر تیر از بار سقف، مقدار باری است که در سطح بارگیر آن تیر وارد میشود. اگر نسبت طول به عرض دال سقف بزرگتر از ۲ باشد دال مورد نظر را دال یک‌طرفه گویند در غیر این صورت دال مورد نظر را دوطرفه گویند. در شاهتیرها برحسب اینکه شاهتیر بار را از دال یک طرفه و یا دو طرفه بگیرد، وضعیت فرق می‌کند. در صورتی که شاهتیر بار را از دال یک طرفه بگیرد، عرض بارگیر آن وسط به وسط دو دهانه مجاور است. در صورتی که شاهتیرها بار را ازدال دو طرفه بگیرند، سطح بارگیر آنها از ترسیم نیمساز گوشه‌ها به دست می‌آید و در نتیجه بار وارد بر شاه تیر به صورت مثلثی یا ذوزنقه خواهد بود.
دال‌هایی نظیر طاق ضربی و تیرچه بلوک و دالهای كامپوزیت (مرکب) رفتار یک طرفه دارند.
انواع دالهای یک طرفه و دالهای بتن مسلح عموماً رفتار دو طرفه دارند.
افتادگی (تغییر شکل)
تیرها تحت بارهای وارده بصورت شکم داده درمی‌آیند که به این پدیده، تغییر شکل یا افتادگی تیر می‌گویند. در صورتی كه بار از حدی فراتر نرود، بعد از باربرداری، تیر به وضعیت اولیه درمی‌آید. این رفتار تیرها، رفتار ارتجاعی نامیده میشود.
نیمرخ‌های مناسب برای تیرها
بدیهی است مقاطعی از نظر خمشی اقتصادی هستند که به ازای ظرفیت خمشی مساوی، سطح مقطع و در نتیجه وزن واحد طول کمتری داشته باشند. نیمرخ‌های نورد شده از نوع IPB، INP،IPE، UNP جزء کاراترین نیمرخ‌ها برای خمش هستند. وقتی که مقاومت مقاطع نورد شده در مقابل
لنگر خمشی موجود كمتر باشد، آنها را با اضافه نمودن اجزای بیشتر بر روی بال‌ها مانند تسمه یا ورق، تقویت می‌کنند.
اگر مقاطع تقویت شده برای بار و دهانه مورد نظر کافی نباشند، از تیر ورق استفاده میشود که از دو ورق بال و یک ورق جان که بوسیله جوش بهم متصل می‌شوند، تشکیل میشود و به صورت نیمرخ I در می‌آیند.
شاه تیرها یا تیرهای اصلی (Girder)
شاه تیرها اعضای فلزی افقی اصلی هستند که با اتصالات لازم به ستون‌ها متصل می‌شوند و به وسیله آنها بار طبقات به ستون‌ها انتقال می‌یابد. شاه تیرهای فلزی ممکن است به صورت‌های زیر به کار روند.
- تیرآهن معمولی به صورت تک یا جفت
- تیرآهن بال پهن
- تیرآهن معمولی با ورق تقویتی روی بال‌ها و یا جان
تیری كه از تقویت بال پروفیل نورد شده استاندارد با ورق به روش جوشی یا پیچی ساخته میشود، تیر آهن معمولی با ورق تقویتی روی بال نامیده میشود. همچنین میتوان با بریدن پروفیل‌های رایج (IPE) از وسط جان تیر و اتصال صفحه و ورق مناسب به دو قسمت بریده شده، تیر را تقویت كرد. این روش برای پروفیل‌های نمره ۲۰ به بالا اقتصادی خواهد بود.
تیر ورق (Plate Girder)
ورق‌های ضخیم را نمی‌توان با فرم دادن به شکل نیمرخ درآورد. در چنین حالاتی ورق‌های بال و جان را در عرض‌های مورد نظر بریده و توسط جوش به یکدیگر متصل می‌کنند تا نیمرخ دلخواه حاصل شود. به چنین مقاطعی، تیرورق گفته میشود.
تیرچه‌ها یا تیرهای فرعی (joists)
تیرچه‌ها اعضای افقی فرعی هستند که به شاهتیرها متصل شده و بار سقف را به شاهتیرها منتقل می‌کنند. در صورتی که سقف ساختمان از نوع طاق ضربی و یا مرکب (كامپوزیت) باشد، لازم است تیرچه‌ها به فواصل ۱ تا ۱/۵ متر در حد فاصل شاهتیرها انداخته شود.
تیرچه‌ها عموماً از نیمرخ‌های نورد شده‌ی سبک IPE یا INP یا به صورت لانه زنبوری ساخته می‌شوند.
تیرهای نعل درگاهی (Lintel)
در صورت وجود بازشو در دیوار به منظور تعبیه‌ی در و پنجره، لازم است برای حفظ ایستایی دیوار آجری فوقانی، تیری در بالای بازشو قرار می‌گیرند. که به آن تیر نعل درگاهی گویند. حداقل اتکای تیر نعل درگاهی در دو تکیه گاه کناری ۲۰ سانتیمتر است و لازم است بالشتک بتنی نیز در نقاط تکیه گاهی تعبیه شود. برای حفظ انسجام دیوار در هنگام زلزله، از شاخک‌های منسجم کننده تیر نعل درگاهی به دیوار استفاده میشود.
تیرهای لبه‌ای یا کناری (Spandrel)
تیرهایی هستند که در پیرامون ساختمان قرار داشته و علاوه بر بار سقف، بار دیوارهای پیرامونی ساختمان را نیز تحمل می‌کنند.
دلیل نامگذاری تیرهای لانه زنبوری، شکل این تیرها پس از عملیات ساخت آنها است. این گونه تیرها در طول خود دارای حفره‌های توخالی (درجان) هستند که به لانه‌ی زنبور شبیه است؛ به همین سبب، به این تیرها تیر لانه زنبوری می‌گویند.
محاسن و معایب تیر لانه زنبوری
با تبدیل تیرآهن معمولی به تیر لانه زنبوری، مقاومت خمشی مقطع تیر افزایش می‌یابد. در نتیجه، تیر حاصل شده با ارتفاع بیشتر، قویتر و هم وزن تیر اصلی خواهد شد. همچنین با کم شدن وزن مصالح و سبک شدن تیر،از نظر اقتصادی مقرون به صرفه‌تر خواهد بود. علاوه براین از فضاهای ایجاد شده (حفره‌ها) در جان تیر میتوان لوله‌های تأسیساتی و برق را عبور داد.
در ساخت تیر لانه زنبوری که منجر به افزایش ارتفاع تیر میشود، باید استاندارد کاملاً رعایت شود. در غیر این صورت، خطر خراب شدن تیر زیر بار وارد شده حتمی است.
روش‌های مختلف برش تیر آهن
برش به روش کوپال
با استفاده از دستگاه قطع کن سنگین که به گیوتین مخصوص مجهز است، تیرآهن به شکل سرد در امتداد خط منکسر قطع میشود.
برش به روش برنول
برش در این حالت به صورت گرم انجام می‌گیرد. به این صورت که کارگر ماهر برش را با شعله بنفش رنگ قوی حاصل از گاز استیلن و اکسیژن، به وسیله لوله برنول، انجام می‌دهد. بریدن تیرهای سبک به وسیله ماشین‌های برش اکسیژن شابلندار نسبتاً ساده است. در ایران تیرهای لانه زنبوری را بیشتر با دست تهیه می‌کنند.
دالهای مرکب (کامپوزیت)
با استفاده از اتصالات برشی مناسب میتوان پوشش‌های بتنی را به بال فوقانی تیرها و شاه‌تیرهای فلزی یکپارچه نمود. این عمل موجب میشود که پوشش بتنی با تیر فولادی تشکیل تیر مرکبی بدهد که دارای سختی و مقاومت خمشی بیشتری نسبت به تیر فولادی اولیه است. در سقف‌های کامپوزیت، پوشش بتنی جزیی از بال فشاری تیر شده، در نتیجه تار خنثی مقطع به طرف بالا حرکت کرده و ظرفیت کششی در زیر تار خنثی افزایش پیدا می‌کند.
چنین طرحی، باعث کاهش سطح مقطع تیر فولادی و وزن واحد طول آن میشود و چون پوشش بتنی به منزله سقف ساختمان عمل می‌نماید، بنابراین تنها اتصالات برشی که جهت برقراری اتصال بتن و بال فوقانی تیر بکار می‌رود، مقداری مخارج اضافه ایجاد می‌کند. امروزه از اتصالات برشی گوناگونی استفاده میشود.
