این نوع یکی از رایجترین نوع تیرچه مورد استفاده در ایران است که اکثر مهندسین در هنگام ساخت و ساز از این نوع از تیرچه استفاده میکنند. این نوع از تیرچه به نامهای متفاوتی مانند، خرپای تیرچه، خرپای میلگردی یا تیرچه خرپایی شناخته میشود. خرپا در این نوع از تیرچهها از میلگرد است و بسته به مقاومت مورد نیاز باید از میلگرد مناسبی استفاده کرد. انجمن تیرچه و بلوک همواره در پی تدوین استانداردهایی برای ساخت و اجرای بهتر تیرچههای تولیدی توسط تولیدکنندگان است.
تیرچهها را با استفاده از مواد مختلفی میسازند و در صورتی که برای ریختن پاشنه از قالبهای سفالی در هنگام بتنریزی استفاده شود، به این نوع از تیرچه، تیرچه خرپایی با کفشک گفته میشود. در برخی از ساختمانها از انواع پیش فشرده استفاده میشود. در تیرچهها که از میلگرد در ساختمان آن استفاده شده، قبل از این که بتنریزی انجام شود، میلگردها کشیده میشوند. کشش میلگردها تا زمانی ادامه پیدا میکند که بتن در قالب ریخته شده و خشک شود. زمانی که بتن خشک شد، میلگردها را رها میکنند، بدین ترتیب در زمان ساخت، تیرچهها تحت فشار قرار میگیرند.
تیرچه از چند جزء تشکیل شده که این اجزاء عبارتند از، میلگردی که در بالا قرار میگیرد، یک میلگرد نیز به صورت عرضی یا مارپیچ در طول این تیرچهها ادامه پیدا میکند و آهنی که در پایین تیرچه مورد استفاده قرار میگیرد که در برخی از تیرچهها این آهن با میلگردهایی که تحت کشش قرار میگیرند جایگزین میشود. میلگردهایی که در ساخت تیرچه مورد استفاده قرار میگیرند باید در یک حد استاندارد باشند تا بتوان از تیرچه مقاومت مورد نظر را انتظار داشت.
در بالا یک میلگرد قرار داده میشود که قطر این میلگرد باید بین 6 تا 12 میلیمتر باشد. در صورتی که میلگرد مورد استفاده قطری نزدیک به 12 میلیمتر داشته باشد، باید این میلگرد در ارتفاعی قرار داده شود که در بتن پوشش قرار بگیرد یا به عبارت دیگر، قدری بالاتر از بلوک باشد. میلگرد دیگری که در عرض به صورت مارپیچ قرار داده میشود نیز نباید قطر کمی داشته باشد، تا بتواند نیروهای برشی سقف را تحمل کند و در مقاومت کلی سقف تاثیری نگذارد.
قطر میلگرد عرضی نیز باید از استانداردها پیروی کند و این استانداردها این قطر را بین 5 تا 10 میلیمتر مشخص کردهاند و حداکثر فاصله بین آنها نباید بیشتر از 20 سانتی متر باشد. میلگردهای کششی که در پایین تیرچه مورد استفاده قرار میگیرند، بارهای سقف را تحمل میکنند و برای این کار باید از مقاومت کافی برخوردار باشند. در هر کدام از تیرچهها باید این میلگردهای کششی حداقل 2 عدد باشند و میلگردهای کششی نیز باید فطری بین 8 تا 16 میلیمتر داشته باشند.
یکی از مواردی که در مقاومت کلی تیرچه خرپایی تاثیرگذار خواهد بود، چسبندگی بتن به فولاد است. در تیرچهها، بتن به میلگردهای فولادی باید چسبندگی لازم را داشته باشد. برای به دست آوردن چسبندگی بالا، میلگردهای مورد استفاده در ساخت تیرچهها از انواع عاجدار است. عاج میلگرد، چسبندگی بهتری ایجاد میکند.
در صورت رعایت این نکات، به تخریب و بتنریزی مجدد نیازی نخواهد بود. در ابتدا باید تعداد آرماتورها و فاصله آنها از هم بررسی شود. فاصله بین خاموتهای تیر باید طبق طرح سازه باشد و اولین خاموت باید در بالای ستون قرار بگیرد. خیز منفی را نیز باید مورد توجه قرار داد. قالبها باید بررسی شوند تا هیچ ماده اضافهای مانند، شن، ماسه، فوم و غیره در آنها نباشد.
کلافهای عرضی نیز باید چک شوند و فاصله بین شمعهای نگهدارنده نیز از اهمیت زیادی برخوردار است. سازنده قبل از بتنریزی، بلوکها را باید خیس کند. آرماتورهای تقویتی نیز باید کنترل شوند. باید آرماتورهای حرارتی و تقویتی نیز کنترل شوند. قالب باید به گونهای باشد که هیچ نشتی نداشته باشد.
اولین تیرچه فلزی با جان باز، تیرچه با جان باز Massillon بود که برای اولین بار در سال 1923 ساخته شد. این سیستم تیرچه شامل یک شبکه پیوسته در یک پیکربندی خرپایی از نوع وارن بود و شامل دو نوار افقی در بالا و دو نوار قطری در پایین بود. ماهیت بدون مانع اولین تیرچه با جان باز، یک طراحی کارآمد ارائه میداد که میتوانست به راحتی ویژگیهای الکتریکی / مکانیکی را در صفحه قاب سقف جای دهد.
انستیتوی تیرچههای فولادی پنج سال پس از تولید اولین تیرچه فولادی با جان باز تشکیل شد. در سال 1929، یک سال پس از تاسیس موسسه Steel Joist، اولین جدول بارگذاری تیرچه فولادی با جان باز ایجاد شد. جداول بارگذاری به یکپارچه سازی استانداردهای طراحی و از بین بردن سردرگمی در بین معماران، مهندسان، سازندگان کمک کرده است. اگرچه تیرچه فولادی با جان باز مدرن از المانهای زاویهدار فولادی و میلهها یا فقط المانهای زاویهدار فولادی تشکیل شده، اصطلاح "تیرچه نواری" از ابتدا برای این محصول در نظر گرفته شده و هنوز هم به عنوان نامگذاری استاندارد مورد استفاده قرار میگیرد.
از زمان تاسیس انستیتوی Steel Joist، تیرچههای فولادی با جان باز یکی از ویژگیهای مهم ساختمانی در صنعت ساخت و ساز هستند که طرحهایی با وزن و مصالح کارآمد، دهانههای طولانی، ساخت و نصب ساده و طراحی بدون محدودیت ارائه میدهند که امکان عبور تاسیسات الکتریکی و مکانیکی را فراهم میکنند در حال حاضر سالانه هزارن تن عرشه و تیرچه فولادی در جهان تولید میشود. در حال حاضر میلیاردها فوت مربع از هر دو سازه بام و کف در دنیا وجود دارد که با استفاده از تیرچه فولادی با جان باز ساخته شدهاند.
برای مهندس سازه، تیرچههای فولادی با جان باز میتوانند یک چالش ایجاد کنند زیرا به منزله اصلاح یک ساختمان موجود است تا بتواند بارهای بیشتری تحمل کرده، دارای عملکرد بهتری در تراز کف بوده و دارای بازشوهایی در کف / سقفهای جدید باشد. یکی از دلایل عمده برای اصلاح و بهبود تیرچه فولادی با جان باز، نیاز به نصب تجهیزات جدید در بام است که ظرفیت طراحی سازههای پشتیبان را افزایش میدهد. در صورت عدم وجود تیرچههای فولادی با جان باز، سازه قادر به تحمل بارهای جدید نخواهد بود، که به دلیل عدم وجود فضای لازم برای قرار دادن تیرچه جدید در حفرههای موجود، امکان استفاده از تیرچههای کامل وجود نخواهد داشت.
از نظر تاریخی، برخی از مهندسان سازه به اصلاح به خلاقیت مهندسی خود روی آوردهاند تا بتوانند یک سیستم قاب فولادی با جان باز طراحی کنند. برخی از اصلاحات شامل جوشکاری صفحات فولادی، المانهای زاویهای، کانالها و استفاده از المانهای افقی در تراز تیرچهها است که در نهایت منجر به افزایش مدول الاستیسیته مقطع میشود.
اگرچه این رویکرد دارای مزایای زیادی است، اما اغلب این واقعیت را در نظر نمیگیرد که نقطه ضعف ممکن است در المان جان یا اتصالات جان به المانهای افقی باشد. به همین ترتیب، اتصالات جوش داده شده به دلیل مشکلات مربوط به جوشکاری در المانهای افقی و یا نگرانیهای کیفی مربوط به جوشکاری در محل، نمیتوانند گزینه موفقی در نظر گرفته شوند.
رویکرد دیگر که در ساختمانهای موجود مشاهده شده است، نصب تیرچههای فولادی عریض در مجاورت یک تیرچه فولادی با جان باز موجود است. در محلی که این نوع اصلاحات اعمال شده باشد، انتهای تیر فولادی در عمق 2.5 اینچی قرار میگیرد و شبکه فولادی تقویت میشود. این روش ممکن است مشکلات مشابه با نصب تیرچه فولادی با جان باز با طول کامل را داشته باشد زیرا یک تیرچه فولادی عریض اغلب بیش از حد طولانی و دست و پا گیر است و به سختی میتواند در دهانه موجود نصب شود.
گاهی اوقات ممکن است تیرچه به صورت دوگانه با یک اتصال خمشی در مرکز دهانه طراحی شود. اگرچه این رویکرد دارای مزایایی زیادی است، اما اندازه تیرچه فولادی معمولا در مقایسه با تیرچههای مجاور بسیار زیاد خواهد بود. این اقدام ضروری است تا اطمینان حاصل شود که تیرچه به راحتی میتواند بارگذاری پیشنهادی را بدون رسیدن به حد تسلیم تحمل کند که در غیر این صورت ممکن است منجر به خرابی زودرس تیرچه فولادی با جان باز مجاور شود.
اگرچه ممکن است به طور گستردهای شناخته شده نباشد، یک رویکرد بهتر برای تقویت سیستم قابهای داخلی تیرچه فولادی موجود با جان باز، نصب تیرچههای فولادی با ضخامت جدید است که توسط تولید کننده تیرچه طراحی شده است. صفحات اتصال پیچ و مهره شونده در محل، نسبتا سبک هستند و نیازی به اصلاح سیستم مهاربندی موجود ندارند و ممکن است با کمی تغییر، نصب تاسیسات مکانیکی / لوله کشی / برقی موجود به راحتی در محل خود قابل نصب باشند.