2. اعضای اریج
خرپا، شاهتیر مشبک و اعضای مهاربندی برای ساختمان ها معمولا از موارد زیر انتخاب می شوند:
مقاطع باز، مقاطع زاویه دار، کانال ها، مقاطع T شکل و مفصل ها.
مقاطع ترکیبی، به عنوان مثال: مقاطع دو زاویه ای و کانال ها.
مقاطع بسته، در عمل مقاطع توخالی سازه ای.
برای دریافت اطلاعات و قیمت انواع تیرچه صنعتی ، تیرچه بتنی می توانید با شماره های 02176217155 | 09121090096
برای پل ها، اعضا از موارد زیر انتخاب می شوند:
مقاطع نورد شده
مقاطع مرکب
مقاطع H شکل و جعبه ای.
انتخاب اعضا به محل، استفاده، طول دهانه، نوع اتصال و ظاهر مورد نیاز بستگی دارد. مقاطع توخالی گران تر از مقاطع باز هستند، اما برای حفظ و نگهداری از آنها بهتر و ارزان می باشد. با این حال، در خرپاهایی که در معرض هوا قرار دارند در شکاف هایی که در موقعیت های گودال تشکیل می شوند احتمال وقوع خوردگی وجود دارد. زاویه ها مقاطعی هستند که به طور سنتی برای ساخت خرپاها در دهانه های کوچک استفاده می شوند.
3. بارگذاری بر روی خرپاها و شاهتیرهای مشبک
1- بارهای مرده: اینها توسط وزن سازه، ورق ها، عرشه ها، کف یا سقف کاذب، پرلین ها، تیرها، عایق کاری ها، سقف، تاسیسات و تمام روکش ها ایجاد می شوند. بارهای مرده در هر ساخت و ساز خاص باید با توجه به وزن مواد داده شده در کتابچه های راهنمای تولید کنندگان مصالح با دقت برآورد شوند.
2- بارهای اعمال شده: این موارد در Eurocode 1 برای طبقه های مختلف ساختمان و برای سقف هایی با یا بدون دسترسی داده می شوند. بار اعمال شده ممکن است تمام یا بخشی از عضو را پوشش دهد و باید به گونه ای اعمال شود تا شدیدترین اثر را به همراه داشته باشد.
3- بارهای باد: این موارد در Eurocode 1 داده می شوند و می توانند با توجه به محل ساختمان، ابعاد آن و اندازه بازشوها در نمای آنها برآورد شوند. باد عموما باعث بلندشدگی سقف ها می شود و این می تواند منجر به چرخش و واژگونی اعضای خرپا در ساخت و سازهای سبک شود. در ساختمان های چند طبقه، باد موجب افزایش بارهای افقی می شود که مهاربندها باید در برابر آن مقاومت کنند.
در موارد خاص، خرپاها باید در برابر بارهای دینامیکی، لرزه ای و موجی مقاومت کنند. باید به بارهای غیرمعمول که در هنگام ساخت و ساز اعمال می شود، توجه ویژه ای شود. خرابی ها ممکن است در این مرحله اتفاق بیفتد زمانی که پشتیبانی جانبی نهایی سیستم به طور کامل نصب نشده است.
برای پل ها، علاوه بر بارهای مرده و اثرات عمودی بارهای زنده ناشی از بارگذاری بزرگراه یا راه آهن، باید تاثیرات افقی بار زنده را نیز در نظر گرفت. این شامل اثرات ترمز و کشش سطح جاده، بارهای گریز از مرکز و بارهای ناشی از لغزش خودرو می باشد. اثرات دما در برخی پل ها قابل توجه است.
4. تجزیه و تحلیل خرپاها
4.1 عمومی
خرپاها ممکن است تک دهانه، معین یا نامعین استاتیکی باشند، یا ممکن است در بیش از دو یا چند دهانه، پیوسته باشند. در این بخش تنها خرپاهای تک دهانه، معین استاتیکی در نظر گرفته شده اند.
با این حال، در خرپاها باید تحلیل ها به طور کلی صورت گیرد و امکان تحلیل موضعی در بخشی از خرپا وجود ندارد.
روش های دستی تجزیه و تحلیل برای خرپاها که در آنها بار در گره ها اعمال می شوند شامل: روش حل گرهی، روش حل مقطعی و نمودار نیرو است. روش حل گرهی سریع ترین روش برای تجزیه و تحلیل تیرهای مشبک شیبدار موازی است که تمام نیروها در آن مورد نیاز است. روش حل مقطعی زمانی کاربرد دارد که مقادیر نیروها تنها در چند عضو مهم مورد نیاز است. نمودار نیرو نیز بهترین روش تحلیل دستی عمومی است. برنامه های کامپیوتری زیادی نیز برای تجزیه و تحلیل خرپاها موجود هستند.
خلاصه
این مبحث درباره انواع و نحوه استفاده از خرپاها و شاهتیرهای مشبک است که نشان می دهد که این اعضا اغلب از چه موادی ساخته می شوند. این مبحث مواردی از قبیل طراحی کلی خرپاها، تجزیه و تحلیل اولیه، تنش های ثانویه، تحلیل های الاستیک دقیق، خرپاهای متقاطع و خیز خرپاها تراس را مورد بررسی قرار می دهد. طراحی کاربردی اعضای خرپایی مورد بحث قرار خواهد گرفت.
برای سفارش تیرچه کرومیت ( تیرچه فولادی با جان باز ) به صفحات آن مراجعه کنید.
1. مقدمه
خرپا یا یک شاهتیر مشبک یک چارچوب سه بعدی از اعضای مختلف است که بارهای موجود در صفحه خرپا یا شاهتیر به صورت نیروهای محوری تحمل می شوند. قوانینی به طور کلی برای خرپاهای صفحه ای اعمال می شود. یک قاب فضایی زمانی تشکیل می شود که اعضا در سه بعد قرار می گیرند.
کاربردهای اصلی عبارتند از:
در ساختمان ها، برای تحمل بارهای سقف و کف، برای پوشش دادن فاصله های بزرگ و مقاومت در برابر بارهای نسبتا سبک.
در پل های جاده ای و ریلی، برای دهانه های کوتاه و متوسط ?? در پل های عابر پیاده.
به عنوان مهاربند در ساختمان ها و پل ها، برای ایجاد پایداری در جایی که اعضای مهاربندی یک خرپا را با دیگر اعضای سازه ای مانند ستون ها در یک ساختمان تشکیل می دهند.
روش ساخت خرپا ساده است. این سازه از اعضای افقی اصلی در بالا و پایین ساخته شده است که توسط المان های قطری در یک شبکه سه بعدی مثلثی قرار می گیرند، به طوری که هر عضو فقط بار محوری را تحمل می کند. تاثیرات ثانویه ای نیز وجود دارند، اما در یک خرپا که به خوبی طراحی شده است می توان از این تاثیرات ثانویه چشم پوشی کرد.
لنگر خمشی در یک خرپا به صورت فشار یا کشش در اعضای افقی خود را نشان می دهد. نیروی برشی نیز به صورت فشار یا کشش در اعضای مورب تحمل می شود. در یک مورد ساده سازی شده، هنگامی که تمام اتصالات به صورت مفصلی باشند و بارها در نقاط اتصال اعمال شوند، بارگذاری هیچ اثر خمشی، برشی یا پیچشی در هر عضو را ایجاد نمی کند.
بارهای اعمال شده اگر موجب ایجاد اثرات خمشی، برشی یا پیچشی شوند معمولا ناشی از استفاده ناکارآمد از مواد خواهد بود.
خرپاها و شاهتیرهای مشبک با توجه به فرم کلی و ترتیب قرارگیری اعضای داخلی طبقه بندی می شوند. خرپاهای مسطح برای سقف ها استفاده می شوند. برای پشتیبانی از سقف ها و کف ها و برای پل ها نیز از شاهتیرهای مشبک تخت استفاده می شود، اگرچه در پل های پیوسته، یک عمق اضافی اغلب در محل اتصال با ستون ها مورد نیاز است.
در گذشته، نام های مختلفی برای خرپاهای مختلف در نظر گرفته می شد مانند خرپای فینک، شاهتیر وارن و غیره. رایج ترین خرپای مورد استفاده، خرپاهای تک دهانه، خرپاهای با تکیه گاه ساده، خرپاهای معین استاتیکی که اتصالات آنها به شکل مفصل عمل می کنند، هستند.
همچنین شاهتیر Vierendeel نیز باید ذکر شود. این شامل پانل مستطیلی و اتصالات صلب است. این خرپا به لحاظ استاتیکی نامعین است و در این مبحث زیاد به آن پرداخته نمی شود، هرچند که ظاهری خوشایند داشته و اغلب در پلهای عابر پیاده استفاده می شود.
برای ساخت یک شاهتیر مسطح که دارای دو بال و یک جان است صرفه جویی زیادی در مواد انجام می شود. در یک خرپا، جان ها را عمدتا هوا تشکیل می دهد - بدین ترتیب وزن کمتری داشته و نیروی باد کمتری به آنها وارد می شود.
یک خرپا می تواند از قطعات کوچکی که به راحتی ساخته و حمل می شوند، ساخته شده باشد و اتصالات آن را می توان با استفاده از پیچ و مهره در سایت کارگاهی انجام داد. خرپاها می توانند مزیت ویژه ای برای پل ها در کشورهایی داشته باشند که دسترسی به سایت دشوار است و یا تعداد نیروی کار ماهر محدود است.
تیرچه بتنی چیست ؟
نسبت آب به سیمان نسبت وزن آب به وزن سیمان است که در مخلوط بتن تازه استفاده می شود. نسبت آب به سیمان یکی از بزرگترین عواملی است که مقاومت بتن پس از سخت شدن به آن بستگی دارد. مقاومت بتن سخت شده به دو عامل عمده بستگی دارد:
1. نسبت آب به سیمان
2. درجه تراکم
حفره های هوا در بتن بستگی به نسبت آب به سیمان آن دارد. افزایش حجم حفره های هوا با افزایش وزن آب به وجود می آید. وقتی این وضعیت اتفاق می افتد، قدرت بتن کاهش می یابد. بتن سخت شده می تواند حدود 1? حفره هوا داشته باشد. در حالت سخت شده، مقاومت نسبت معکوسی با نسبت آب / سیمان دارد.
شکل زیر نشان می دهد که محدوده اعتبار نسبت آب به سیمان بسیار محدود است. زمانی که نسبت آب به سیمان کم باشد، مقاومت فشاری بتن در بیشترین حالت خود قرار دارد. شروع منحنی بستگی به تجهیزاتی دارد که برای تراکم بتن در اختیار دارید (که با استفاده از دستگاه ویبره و یا به صورت دستی انجام می شود). در صورت استفاده از سنگدانه های بزرگ با نسبت آب به سیمان کم و حجم بالای سیمان، با کاهش مقاومت بتن مواجه خواهید شد.
می توان نتیجه گرفت که اگر نسبت آب به سیمان در مخلوط مرطوب بتن کمتر از حالت پس از سخت شدن باشد، آب / سیمان قادر نخواهد بود مقاومت بتن را افزایش دهد. این شرایط به دلیل گسترش مقاومت کششی به دلیل انقباض و خزش رخ می دهد. این منجر به ترک خوردگی سیمان و یا از بین رفتن قیدهای درونی بتن می شود (که بین سیمان و سنگدانه ها است) ، در حالی که سنگدانه ها برای محدود کردن تنش های کششی مورد استفاده قرار می گیرند.
بنابراین، نسبت آب به سیمان کم نیز مشکلات جدی در بتن سخت شده را بوجود می آورد. هنگامی که نسبت آب به سیمان در مخلوط تازه بتن کم باشد، آب کمتری برای هیدراسیون سیمان وجود دارد. بنابراین، مقدار کمی از دوغاب سیمان بدون هیدراته شدن باقی می ماند که منجر به ایجاد کشش داخلی در بتن و تضعیف قیدهای درونی آن می شود. تحت چنین شرایطی، مقاومت بتن وابسته به چهار عامل زیر خواهد بود:
1. نسبت آب به سیمان
2. نسبت سیمان به سنگدانه
3. حداکثر اندازه سنگدانه
4. خواص فیزیکی سنگدانه ها
عوامل (3،2 و 4) اهمیت کمتری دارند در حالی که عامل (1) عامل اصلی تأثیرگذار است. چون که مقاومت بتن از مقاومت ملات، پیوند ملات با سنگدانه ها و مقاومت سنگدانه های درشت حاصل می شود.
نسبت آب / سیمان در مقابل نمودار مقاومت
از نمودار، می توانید ببینید که داری یک شکل هیپربولا است. با افزایش نسبت آب به سیمان، مقاومت فشاری آن به تدریج کم می شود.
فرمول های نسبت آب به سیمان
داف آبرامز در سال 1919 معادله ای را ارائه داد که مقاومت بتن را وابسته به نسبت آب به سیمان نشان می دهد.
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.