در هر سازه ای انواع مختلفی از مصالح بکار گرفته می شوند برخی از این مصالح برای اسکلت بندی و سفت کاری و برخی دیگر در نازک کاری مورد استفاده قرار می گیرند. تیر و شاهتیر از جمله مصالح ساختمانی می باشند که در زمان اسکلت بندی مورد استفاده قرار می گیرند.
تیر و شاهتیر وظایف مخصوص به خود را دارند و برای آن طراحی شده اند. پایه ها یا شاهتیرها از اجزاء اصلی ساختمان می باشند و وظیفه تحمل وزن دیگر اجزاء ساختمان را بر عهده دارند.
بطور کل تیر و شاهتیر برای تحمل وزن سازه مورد استفاده قرار می گیرند. در مجموع شاهتیرها از نظر اندازه از تیرها بزرگتر می باشند که این موضوع باعث تفاوت بین این دو عنصر ساختمانی می شود. تیرها و شاهتیرها را می توان در اندازه های مختلف ساخت و مورد استفاده قرار داد. تیر و شاهتیر را می توان بستگی به مورد کاربرد ساخت و در سازه قرار داد. در صورتی که از این اجزاء برای پایه و ستون اصلی که وزن سقف ها و دیگر اجزاء را تحمل می کنند استفاده شود به آنها شاهتیر گفته می شود و در غیر اینصورت به آنها تیر می گویند. تیرها از نظر اندازه کوچک تر از شاهتیرها می باشند.
مورد استفاده
ستون ها، تیرها و شاهتیرها عملکرد مشابهی دارند و برای تحمل وزن طراحی شده اند. این اجزاء در برابر نیروهای خمشی مقاومت کرده و پایداری سازه را باعث می شوند. از شاه تیرها و ستون ها برای تکیه گاه اصلی ساختمان استفاده می شوند و بقیه اجزاء بر روی آنها قرار می گیرند. شاهتیرها باید طوری طراحی شوند که بتوانند تحمل وزنی بیش از وزن کل سازه را داشته باشند. از طرف دیگر تیرها هم برای تحمل وزن ساخته شده اند اما از تیرها بطور دیگری استفاده می کنند و معمولا برای پوشش سقف ها و تحمل وزن آنها مورد استفاده قرار می گیرند. شاهتیرها یک تکیه گاه اصلی بوده و از تیرهای کوچکتر پشتیبانی می کنند.
مقدار تحمل وزن
در هر سازه ای بار دینامیک و بار استاتیک وجود دارد و در زمان طراحی و محاسبه وزن، که هر کدام از تیرها و شاهتیرها باید تحمل کنند باید در نظر گرفته شوند. بار استاتیک مقدار وزنی است که یک سازه دارد این بار وزن مصالح مورد نیاز برای ساخت سازه می باشد و بعد از ساخت و در طول زمان ثابت می ماند. بار دینامیک بستگی به مورد استفاده از سازه متفاوت بوده و برای هر سازه ای مخصوص به خود می باشد. در ساختمان های مسکونی این بار دینامیکی کمتر و در ورزشگاه ها و پل ها خیلی بیشتر می باشد. بار دینامیک مقدار وزنی است که بعد از عملیات ساخت و ساز، بنا به مورد استفاده یک ستون و شاهتیر باید تحمل کند. شاهتیرها ساختار و توانایی خوبی برای مقاومت در برابر بارهای دینامیکی سنگین را دارا می باشند.
ستون اصلی ساختمان در حقیقت یک شاهتیر است که بارهایی که در سازه وجود دارد را تحمل می کند. وزن تیرها و دیگر اجزاء ساختمان بر روی شاهتیر قرار دارد و تیر یک عضو ثانویه است. تیرها بارهایی که بر روی آنها است را به شاهتیرها و ستون ها منتقل می کنند. شاهتیرها بخاطر ضخامت بیشتر و مقاومت بالاتر خم نمی شوند و ثابت می مانند. تیرها بارهای وارده را به شاهتیرها و یا تیرهای دیگر منتقل می کنند. شاهتیرها بارها را یا خود تحمل می کنند و یا به ستون ها منتقل می کنند.
در مرحله طراحی یک شاهتیر، سازندگان باید شرایطی نظیر احداث، پایداری، توالی قرار دادن عرشه، اندازه صفحه، اندازه بال و اتصالات جوشی داده شده را در نظر بگیرند. تولید یک تیر نیاز به ملاحظات مشابه، اما نه در همان ظرفیت باربری دارد. به عنوان مثال، ساختن شاهتیر شامل الزامات بارگذاری ناشی از تیرهای کوچک تر است که در تولید تیرها لحاظ نمی شود.
در سازه ها هم نیاز به تیر وجود دارد و هم شاهتیر و بسته به کاربری و طراحی ساختمان می توان از تیرها و شاهتیرهای سفارشی استفاده کرد. تیرها و شاهتیرها را می توان بنا به اندازه مورد نظر از کارخانه بصورتی که مناسب ساختمان است سفارشی کرد. با سفارشی کردن تیرها و شاهتیرها مقاومت آنها مطابق با نوع سازه مورد نظر خواهد بود و در عملکرد سازه تاثیر زیادی خواهد داشت.
تیرچه خرمدژ ، تولیدکننده تیرچه کرومیت ( تیرچه فولادی با جان باز) ، تیرچه بتنی ، تیرچه صنعتی و ... می باشد.
6 صفحات اتصال
طراحی مقرون به صرفه در ساخت صفحات اتصال همانطور که در شکل 9.7 نشان داده شده و در زیر آمده است، قابل دستیابی است:
• لبه های متقابل باید تا حد امکان موازی باشند.
• لبه های مجاور باید در صورت امکان در زاویه ی درست باشند.
• گوشه ها نباید پخ شوند، مگر اینکه زاویه آن کمتر از 90 درجه باشد.
• تعداد لبه ها باید تا حدامکان کاهش داده شوند. در شکل 9.7 صفحات اتصال (a) تا (d) به ترتیب نزولی به منظور سادگی مرتب شده اند. همه آنها را می توان به صورت اقتصادی از یک صفحه بزرگ برش داد که می تواند با استفاده از روش برش استاندارد یا ماشین گاز باشد. با دنبال کردن قوانین بالا، گاهی اوقات نیاز است که از اتصالات پیچی دوری کنید، به عنوان مثال در صفحه اتصال نشان داده شده در (c) جایی که پیچ ها به دلیل لبه های موازی در صفحه اتصال افزایش یافته اند. استفاده از یک صفحه اتصال یکپارچه شکلی مانند جزئیات (e) را نتیجه می دهد. در صفحه اتصال (f) از اتصالات استاندارد پیچی ??برای همه اعضا استفاده شده است، اما ساخت این صفحه اتصال بسیار هزینه بر است. در جزئیات (g) تعداد زیادی از پیچ ها در امتداد لبه سمت چپ، برای تحمل بارهای سنگین در اعضای عمودی مورد استفاده قرار می گیرند و در نتیجه، صفحه اتصال باید پهن تر شود تا همانطور که با نقطه چین نشان داده شده است بار بیشتری را تحمل کند.
7 شاهتیرهای با ورق دوبل در جان
در مورد شاهتیرها با اعضای افقی عریض که در جزئیات (e) تا (j) از شکل 9.2 نشان داده شده است، لازم است که اعضای قطری جان پهن تر باشند، یا از ورق دوبل استفاده شود، همان طور که در شکل های (a) و (b) به ترتیب از شکل 9.8 نشان داده شده است. استفاده از اعضای فشاری دوبل جوش داده شده یا پیچ شده با پیچ های FG، بسیار گران است که در این موارد استفاده از اعضای تکی پیشنهاد می شود که جرم اضافی را به سازه تحمیل می کند که مقدار زیادی نیست.
از سوی دیگر، در مواردی که نیروی زیادی وجود ندارد، می توانید از دو المان تشکیل دهنده اعضا به صورت کمربندهای مجزا استفاده کنید. در اعضای کششی دوبل می توانید در هر صورت مهاربندها را حذف کنید چرا که نسبت لاغری اعضا خیلی زیاد نیست.
8 خلاصه
• یک ساختار کلی کارآمد از خرپا و شاهتیر باید انتخاب شود که متناسب با اندازه کلی و در نظر گرفتن نیروهای واژگونی است. طول اعضای فشاری باید محدود باشد. به طور کلی، ساختار خرپای وارن یک راه حل اقتصادی برای بسیاری از کاربری ها است.
• در خرپاهای سقفی، نقاط گرهی باید مطابق با مکان پرلین ها باشد.
• خرپاهای جوش داده شده سبکتر، ارزان تر و قابل رنگ آمیزی هستند و ظاهر جذاب تری نسبت به انواع پیچی دارند، اما مورد آخر ممکن است توسط سازندگان ترجیح داده شود چرا که سازگاری بیشتری با تجهیزات کارگاهی آنها دارد.
• شکل اعضای افقی، بیشتر وابسته به بزرگی بارگذاری است اما همچنین به نوع اتصال که جوشی یا پیچی است نیز بستگی دارد. سطح مقطع آنها باید ساده بوده و اعضای تشکیل دهنده جان به راحتی قابل اتصال، به طور مستقیم یا توسط صفحه اتصال، باشند.
• اعضای تشکیل دهنده جان که به صورت دوبل می باشند نیاز به صفحات اتصال کوچکتر و جوشکاری و پیچ کمتری دارند چرا که بار توزیع شده در هر سطح مقطع کمتر می باشد.
• اعضای تشکیل دهنده جان که از دو بخش جداگانه تشکیل شده و توسط مهاربند به هم وصل شده اند، معمولا گران هستند. مهاربندها باید فشرده باشند (اما بارگذاری برشی باید بررسی شود)، یا بخش ها به صورت مجزا برای عملکر جداگانه طراحی شوند.
• اعضای زاویه دار نیاز به اتصال بدون لغزش در مهاربندها دارند در غیراینصورت طول موثر افزایش یافته مورد استفاده قرار می گیرد و به یک صفحه اتصال با عرض بیشتر در اتصالات دارند. اما از استفاده از آنها باید اجتناب شود.
• در اتصال اعضای تشکیل دهنده جان به اعضای افقی در خرپاها و شاهتیرها، صفحات اتصال باید با آنها توزیع شوند و خروج از مرکزیت آنها نیز باید برای بارگذاری های مختلف و همچنین تاثیر برش در اعضای عمودی در نظر گرفته شود.
• در شاهتیرهای بزرگ جوش شده، اعضای تشکیل دهنده جان با اعضای افقی باید همپوشانی داشته باشند و یک صفحه اتصال کوچک برای بارگذاری های سنگین اضافه شود یا سعی شود خروج از مرکزیت از بین برود.
• ساخت اقتصادی صفحات اتصال با توجه کردن به قوانین ساده ذکر شده در بالا امکان پذیر است.
5 اتصالات در گره
انتخاب نوع اتصال مورد استفاده در گره ها یا نقاط پانل، تاثیر قابل توجهی در هزینه های ساخت یک شاهتیر دارد. در شاهتیرهای کوچکتر که در آن خروج از مرکزیت پانل در یک نقطه قابل قبول است، حذف صفحات اتصال به طور ویژه ای مقرون به صرفه است. این نیازمند همپوشانی اعضای جان و پیچ یا جوش کردن آن به طور مستقیم به اعضای افقی است که در بخش های (c) و (d) در شکل 9.3 نشان داده شده است. در مواردی که می توان از خروج از مرکزیت صرف نظر کرد، از جزئیات نشان داده شده در (a) و (b)استفاده کنید، اما این کار نیازمند این است که اعضای تشکیل دهنده جان در طرف دیگر اعضای افقی قرار گیرند.تولیدکننده انواع تیرچه کرومیت ، تیرچه بتنی و تیرچه صنعتی
یک پیچ تکی، که جزئیات آن در (a) نشان داده شده است یک اتصال اقتصادی است. صفحات اتصال برای اعضا و نیروهای بزرگتر مورد نیاز است. در ساخت و سازهای جوشی، ساختار گره در شکل های (e) یا (f) نشان داده شده است که خروج از مرکزیت در شکل (e) وجود نداشته اما در حالت (f) وجود دارد. در ساخت و سازهای پیچی می توان از جزئیات شان داده شده در شکل های (g) و یا (h) استفاده کرد که در (g) از خروج از مرکزیت اغماض شده است اما به یک صفحه اتصال بزرگتر نسبت به (h) نیاز دارد. در این مثال، به یک پیچ اضافی در اعضای افقی نیاز است. در تمام مواردی که خروج از مرکزیت در اتصالات لحاظ شده است باید با توجه به مشخصات در نظرگرفته شده توسط طراح و یا جزئیات ذکر شده با تائید طراح در نظر گرفته شوند.
اتصالات گرهی ساده که در آن اعضای قطری تک زاویه ای جان به طور مستقیم به اعضای افقی جوش شده اند، جزئیات در شکل 9-4 نشان داده شده اند و می توانند تاثیرات خوبی بر طراحی داشته باشند. در شکل (a) زاویه جان به سمت بالا می باشد که برای ایجاد تعادل بهتر برای جوشکاری و در نظر گرفتن تاثیر عمق فشاری بر اعضای افقی در مقایسه با اعضای افقی کششی می باشد. همانطور که در جزئیات (b) نشان داده شده است زاویه قاعده جان در اعضای افقی می تواند تکرار شود. این باعث می شود بتوانید از طول جوش های بیشتر در اتصالات مانند جزئیات نشان داده شده در (a) استفاده کنید که کمی باعث افزایش هزینه های ساخت می شود.
اگر تصمیم به استفاده از جزئیات اتصال (a) دارید، مجموعه ای از اقدامات باید انجام شود تا اطمینان حاصل شود که همپوشانی کافی در اعضای قطری و اعضای افقی وجود داشته باشد به طوریکه پاشنه جوش بر روی اعضای افقی فشاری و انگشتانه جوش بر روی اعضای افقی کششی قرار بگیرد.
انتقال برش از یک عضو قطری جان به عضو عمودی مجاور باید به درستی انجام شود. این به ویژه در انتهای یک شاهتیر مهم است که در آن نیروی برشی بسیار زیاد است. در شکل 9.5 برش عمودی در موقعیت X باید بررسی شود، چرا که بدون صفحه اتصال، عضو یا اعضای عمودی ممکن است تحت تنش های زیاد قرار گیرند. صفحات اتصال که با نقطه چین نشان داده شده اند باید به طراحی اضافه شوند تا مقاومت برشی را افزایش دهند.
هنگامیکه اعضای جان با اعضای افقی همپوشانی نداشته باشند اما به سمت افقی آنها متصل شوند، همانطور که در شکل 9.6 نشان داده شده است، بهتر است که اعضای تشکیل دهنده جان از یکدیگر جدا شوند، همانطور که در مثال های (b) و (d) نشان داده شده است و برای برش و جابجایی اعضا زحمت زیادی لازم است. با این حال، لازم است که المان های عمودی بخش های جان را بررسی کنید تا مقاومت برشی کافی را داشته باشد. طراحی اتصالات گره برای شاهتیرهای ساخته شده از مقاطع توخالی جوش شده در فصل 5 و ضمیمه 2 کتابچه راهنمای سازه های با سطح مقطع توخالی آورده شده است.