نحوه محاسبه تحمل بار تیرآهن در ساختمانها
تیرآهنها به عنوان عنصر اساسی در ساخت و ساز و ساختمانسازی مورد استفاده قرار میگیرند. بار تحمل یا ظرفیت باربری تیرآهنها، به میزان باری که تیرآهن میتواند تحمل کند، گفته میشود. بار تحمل تیرآهن، به میزان دو فاکتور وابسته است: ماده تشکیلدهنده تیرآهن و ابعاد آن.
محاسبات مربوط ب تحمل بار تیرآهن یکی از مهمترین عملیاتهای مهندسی در ساختمانسازی است. در واقع، بارهای زیادی به یک ساختمان وارد میشود که تیرآهن وظیفه انتقال این بارها به فونداسیون را بر عهده دارد. به عبارتی، ارتعاشات و نیروهای وارده به ساختمان از طریق تیرآهن دفع شده و استحکام سازه را تأمین میکند؛ اما تیرآهنها ظرفیت محدودی برای تحمل بار وارده دارند.
محاسبه بار تحمل تیرآهن با استفاده از فرمول زیر انجام میشود:
W = (d^2 * f)/4
در این فرمول، W بار تحمل تیرآهن را نشان میدهد، d ضخامت تیرآهن را، و f تنش تسلیم ماده تشکیلدهنده تیرآهن را مشخص میکند. تنش تسلیم ماده تشکیلدهنده تیرآهن، به میزان تنشی گفته میشود که ماده در آن شروع به تغییر شکل میدهد.
برای محاسبه بار تحمل تیرآهن در شرایط مختلف، باید به فرمول زیر توجه کرد:
W = (d^2 * f)/4 * L
در این فرمول، L طول تیرآهن را نشان میدهد و به میزان بار تحمل تیرآهن در طول تیرآهن اشاره میکند.
همچنین، برای محاسبه بار تحمل تیرآهن در شرایط پیچیدهتر، مانند تیرآهنهای با مقطع مستطیل، از فرمول زیر استفاده میشود:
W = (b * d^2 * f)/6
در این فرمول، b عرض تیرآهن را نشان میدهد و به میزان بار تحمل تیرآهن در طول عرض آن اشاره میکند.
به طور کلی، بار تحمل تیرآهن به میزان تنش تسلیم و ابعاد تیرآهن وابسته است. برای اطمینان از اینکه تیرآهن مورد استفاده در ساخت و ساز، بار تحمل مناسب را داراست، باید بررسیهای لازم را انجام داد و با استفاده از فرمولهای مربینه، بار تحمل تیرآهن را محاسبه کرد.
در نهایت، بار تحمل تیرآهن باید در محاسبات ساختمانی در نظر گرفته شود. در صورتی که تیرآهن مورد استفاده، بار تحمل کافی را نداشته باشد، ممکن است در شرایط تنش بالا، خراب شود و باعث تخریب ساختمان شود. بنابراین، بررسیهای دقیق و محاسبات دقیق بار تحمل تیرآهن، بسیار حیاتی برای ایمنی ساختمانها است.
انواع استاندارد تیر آهن
IPE: طبق استاندارد ایران و اروپا تولید شده که ضخامت بال از ابتدا تا انتهای آن، یکسان است. از نوع نیمهپهن بوده و با ارتفاع جان ۸۰ تا ۶۰۰ میلیمتری تولید میشوند. به آنها تیرآهن I نیز گفته میشود.
INP: بر طبق استاندارد روسیه و چین تولید شده که ضخامت بالها با فاصله گرفتن از جان، کمتر میشود. بهنام تیرآهن معمولی مشهور بوده و با اندازه جان ۸۰ تا ۶۰۰ میلیمتری تولید میشوند.
IPB: تیرآهنهای هاش (H) از انواع بال پهن بوده که بهطور معمول در آنها، اندازه بال و جان برابر است. با ارتفاع جان ۱۰۰ تا ۱۰۰۰ میلیمتری موجود بوده که مستحکمترین نوع این محصولات هستند.
CPE: از برش و جوش مجدد تیرآهنهای دیگر ساخته شده و بهنام لانه زنبوری شهرت دارند و با اندازه جان ۱۲۰ تا ۹۰۰ میلیمتری در بازار عرضه میشوند.
برطبق توضیحات ارائه شده با توجه به وزن بیشتر، ضخامت بالاتر و بالهای بزرگتر، میزان تحمل بار تیرآهن نوع هاش نسبتبه بقیه انواع تیرآهنها بیشتر است. از IPBها جهت ساخت پلها، ساختمانهای چند طبقه، سازههای سنگین و مکانهایی که تحت تأثیر باربری زیادی هستند، استفاده میشود.
نحوه محاسبه بار تیرآهن در پروژه های عمرانی
در صورتیکه کارخانهای محصولات خود را مطابق با استانداردهای بینالمللی تولید کرده باشد، میزان تحمل بار هر یک از تیرآهن را میتوان به راحتی توسط جدولی مشخص بهدست آورد.
یکی از بهترین روشها جهت محاسبه وزن، سطح مقطع و سایر ویژگی ها، استفاده از جدول اشتال است. این جدول دارای اطلاعات جامعی از مشخصات انواع مقاطع فولادی است. در این جدول میتوان با دانستن نوع محصول خریداری شده به اطلاعاتی از قبیل قطر، محیط، شعاع ژیراسیون، ارتفاع، وزن واحد طول، گشتاور و سطح مقطع محصول، دسترسی پیدا کرد.
همچنین با استفاده از تعدادی فرمول محاسبه بار تیرآهن، میتوان به اطلاعات مورد نیاز، دست پیدا کرد. بهطور مثال برای بهدست آوردن سطح مقطع تیرآهن I میتوان از فرمول A=2Bh+Hb استفاده نمود.
عوامل مختلفی برروی شاخصهای وزن و سایز میتوانند در میزان تحمل بار تیرآهنها موثر باشند. وزن در تیرآهن سایزهای پرکاربرد ۱۲، ۱۴، ۱۶ و ۱۸ متغیر بوده، بهطوریکه با بالارفتن سایز و وزن، به میزان استقامت و استحکام محصول نیز افزوده میشود. مثلاً از تیرآهن ۱۲ با وزن تقریبی ۱۲۵ کیلوگرم در نقاط ظریفتر سازه و در جاهایی که تحت فشار زیادی نیستند، استفاده شده ولی تیرآهن ۱۸ با وزنی معادل ۲۲۵ کیلوگرم، در سازههای بزرگ و چند طبقه بهکار برده میشود که وظیفه تحمل بار اصلی سازه را بهعهده دارد.
در نهایت، با توجه به اینکه بار تحمل تیرآهن به عنوان یکی از مهمترین فاکتورهای مربوط به ساخت و ساز است، باید به محاسبات دقیق و صحیح آن توجه شود. محاسبه بار تحمل تیرآهن با استفاده از فرمولهای مناسب، میتواند به افزایش ایمنی ساختمانها و پایداری آنها کمک کند. در نتیجه، برای ساختمانسازان و مهندسان عمران، آشنایی با نحوه محاسبه بار تحمل تیرآهن بسیار حائز اهمیت است.