تیرچه یکی از اجزاء ساختمانی پر کاربرد در صنعت ساخت و ساز است. تیرچه‌ها دارای انواع مختلفی هستند و هر کدام الزامات طراحی مخصوص به خود را دارند. یکی از انواع تیرچه، تیرچه فلزی با جان باز است که به خاطر مزایایی که در زمان ساخت دارد، مورد توجه طراحان قرار گرفته است.
این تیرچه‌ها توانایی انتقال بار سقف به دو انتهای خود را دارند و بارهای موجود را به طور یکنواخت به تکیه‌گاه‌ها منتقل می‌کنند. برای اجرای تیرچه فولادی با جان باز در سازه‌ها و ساختمان‌ها، باید متناسب با باری که بر روی آنها اعمال می‌شود، فاصله بین دو تیرچه را محاسبه کرده و در زمان اجرا این فاصله به طور دقیق در نظر گرفته شود. در صورتی که الزامات طراح سازه به طور کامل رعایت شود، این نوع از تیرچه می‌تواند مقاومت خوبی داشته باشد و بارهای وارد شده را به خوبی تحمل کند.
این تیرچه‌ها دارای یک تسمه در بال تحتانی و یک نبشی در بال فوقانی هستند و با استفاده از میلگردی که متناسب با طراحی تیرچه خم می‌شود در جان محکم شده که ترکیب این تسمه و نبشی و میلگردها مقاومت بالایی را ایجاد می‌کند که می‌تواند بارهای مختلف وارد شده به سقف را به پایه‌ها انتقال دهد.
فواصل خالی میان تیرچه فلزی با جان باز به وسیله مواد مختلفی که دارای وزن کمی هستند، پوشش داده می‌شوند. مواد به کار رفته در این نوع از سقف، انواع مختلفی دارند و در هر سازه بنا به طراحی مورد استفاده قرار می‌گیرند. بلوک‌های سیمانی، طاق ضربی، قالب‌های پلی‌استایرن و قالب‌های موقت فولادی کامپوزیت که با استفاده از مواد سبک پر می‌شوند، در فواصل خالی بین تیرچه‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرند.
در هر سازه، فاصله میان دو تیرچه متفاوت است و نسبت به نوع کاربری ساختمان و وزنی را که سقف باید تحمل کند، این فاصله‌ها تعیین می‌شوند. معمولا فاصله از 100 سانتی متر بیشتر نخواهد بود و قرار دادن تیرچه‌ها در فاصله بیشتر از 100 سانتی متر توصیه نمی‌شود. هر قدر باری که سقف باید تحمل کند بیشتر باشد، فاصله بین دو تیرچه فلزی با جان باز را کمتر در نظر می‌گیرند تا بتواند تحمل کافی بارهای وارد شده را داشته باشد.
بعد از قرار دادن مصالح پر کننده بین دو تیرچه، بتن ریزی سقف انجام می‌شود. بتن ریزی باید کمتر از 4 سانتی متر ضخامت نداشته باشد. در صورت بتن ریزی با ضخامت کمتر از 4 سانتی متر، کف به اندازه کافی مقاومت نخواهد داشت و در اثر عوامل مختلف، امکان ترک خوردن آن بالا خواهد بود. بتن با ضخامت کم به راحتی از هم گسیخته می‌شود و از کیفیت سقف کاسته خواهد شد. در جاهایی که احتیاج به مقاومت بیشتر است، بتن ریزی با ضخامت 10 سانتی متر هم انجام می‌شود. بتن ریزی ضخیم از تخریب بتن در حین اجرای عملیات ساختمانی جلوگیری می‌کند و در اثر عبور دادن مصالح از روی سقف، هیچ آسیبی به بتن وارد نخواهد شد.
تیرچه فلزی با جان باز در زمان قرارگیری در جای خود و قبل از بتن ریزی، نیازی به شمع نگهدارنده ندارد و به راحتی می‌تواند وزن خود و بتن خیس و عوامل اجرایی را تحمل کند. عدم نیاز به شمع‌های نگهدارنده، باعث کاهش هزینه‌های ساخت و ساز می‌شود و سازنده نیازی به تهیه نگهدارنده نخواهد داشت. استفاده نکردن از شمع نگهدارنده باعث خلوت ماندن فضای کار می‌شود و عوامل اجرایی می‌توانند به راحتی کارهای مختلف را انجام دهند و زمانی برای نصب نگهدارنده‌ها و جمع کردن آنها بعد از انجام بتن ریزی سقف و خشک شدن آن نیاز نخواهد بود.
زمانی که سقف با استفاده از تیرچه فلزی با جان باز اجرا می‌شود، بعد از بتن ریزی این تیرچه‌ها به طور کامل در سقف فرو می‌روند که باعث می‌شود سقف لرزش کمتری داشته باشد.
هدف از این مقاله ارائه روش‌ها و جزئیات پیشنهاد شده برای تقویت تیرچه‌های فولادی با جان باز است. تقویت تیرچه‌های فولادی با جان باز در اغلب موارد به علت اضافه کردن واحدهای پشت بام، تسمه نقاله‌های زیر بخشی و یا افزایش بارهای اعمال شده که در مشخصات اصلی تیرچه‌ها مورد توجه قرار نگرفته‌اند، مورد نیاز است. سه روش اساسی برای تقویت سیستم تیرچه‌ها یا سیستم بارگذاری آنها وجود دارد:
اولین گام در تعیین این که یک سیستم تیرچه نیاز به تقویت دارد این است که ظرفیت تیرچه را تعیین کنید. تیرچه بتنی و فولادی هر کدام ظرفیت تحمل بار مشخصی دارند. برای تعیین ظرفیت می‌توان با استفاده از جداول بارگذاری تیرچه‌های فولادی (SJI) که در کتابچه راهنمای تیرچه‌های فولادی (SJI، 2003) موجود است، انجام داد.
مشخصات SJI برای تمام تیرچه‌های ساخته شده از 1928 تا 2003 لیست شده است. الزامات مربوط به مشخصات ظرفیت اعضای جان به طور ویژه‌ای حائز اهمیت است (اعضای جان تیرچه‌های H شکل برای حداقل 50? از واکنش نهایی طراحی شده‌اند، در حالی که تیرچه‌های سری S فقط برای حداقل 25? از واکنش نهایی طراحی شده‌اند).
اگر داده‌های مورد نیاز مربوط به سیستم تیرچه در دسترس نباشد، در نتیجه اندازه گیری‌های دقیق اعضای قطری و جان برای محاسبه ظرفیت تیرچه باید انجام شود. اگر بتوانید سال مربوط به تولید تیرچه را مشخص کنید، از جداول مشخصه‌ها و جداول بارگذاری می‌توانید برای تعیین دیاگرام پوش برش و خمش استفاده کرد. اگر نمی‌توانید از جداول بارگذاری تیرچه‌ها استفاده کنید، می‌توانید از یک تجزیه و تحلیل برای تعیین نیروی مجاز (ASD) یا طراحی (LRFD) در تیرچه‌های استفاده کنید.
مشخصات SJI برای تیرچه‌های سری K اجازه می‌دهد که بتوانید از خروج از مرکزیت در مفاصل قطری به هنگام تجزیه و تحلیل صرف نظر کنید، این کار تنها در صورتی امکان پذیر است که از قانون "w rule" استفاده شود. این قانون از بخش 4.5 (d) مشخصات استاندارد SJI برای اتصالات فولادی Open Web Steel، K-Series (SJI)، (2005) برگرفته شده است. با توجه به مشخصات، اعضای متصل در مفاصل باید دارای یک نقطه تلاقی برای محور مرکزی خود باشند.
در غیر این صورت، باید توجه ویژه‌ای به تاثیر خروج از مرکزیت معطوف شود. در هیچ صورتی، خروج از مرکزیت هر عضو جان در محل مفصل نباید بیش از ابعاد کلی باشد که در معمولا در پلان جان اندازه گیری می‌شود که به بزرگترین عضو متصل است. خروج از مرکزیتی هر عضو جان به معنای فاصله عمودی محور مرکزی عضو جان تا نقطه‌ای بر روی محور مرکزی عضو قطری است که به طور عمودی در بالای یا پایین محل تقاطع محور مرکزی اعضای قطری تشکیل دهنده مفصل است.
مشخصات SJI برای تیرچه‌های سری LH، سری‌های DLH و تیرچه‌های شاهتیری نشان می‌دهد که خروج از مرکزیت در هر دو طرف محور خنثی اعضای قطری ممکن است قابل اغماض باشد، در حالی که از فاصله بین محور خنثی و پشت عضو قطری بیشتر نباشد. مشخصات SJI برای تیرچه‌های سری K این امکان را می‌دهد که بتوانید از لنگرهای خمشی در اعضای قطری بالا صرف نظر کنید، در صورتی که فاصله بین نقاط پانل بیش از 24 اینچ نباشد.
این تحلیل‌ها و فرضیات طراحی توسط صدها آزمایش انجام شده به طور سالیانه توسط تولید کنندگان به عنوان روشی محافظه کارانه شناخته شده‌اند. نویسنده پیشنهاد می‌کند که هنگام تجزیه و تحلیل تیرچه‌ها (یک تجزیه و تحلیل خطی درجه یک کافی است) با اعضای تقویت کننده، باید معیارهای زیر در مدل مورد استفاده قرار بگیرد:
بند 2 به این دلیل پیشنهاد می‌شود که تیرهای تقویت شده از نظر تست برای ارزیابی فرضیات طراحی و تحلیل استفاده نمی‌شوند.
قبل از تصمیم گیری در مورد روش تقویت مناسب، طراح باید به اندازه کافی اطلاعات در مورد سیستم تیرچه‌ها و تقویت آنها کسب کند.