طراحی تیرچه‌های فلزی جان باز (تیرچه کرومیت)

طراحی تیرچه‌های فلزی جان باز (تیرچه کرومیت)

طراحی تیرچه‌های فلزی جان باز (تیرچه کرومیت) در ترکیب با بتن، شامل ترکیب یکپارچه‌ای از تیرچه‌های فلزی خود ایستا با فواصل تقریباً یکسان و دال بتنی فوقانی است که به صورت تیر T شکل عمل می‌کند. برای اجزای پرکننده بین تیرچه‌ها می‌توان از قالب‌های موقت ‌یا دائم مانند بلوک سفالی، بلوک بتنی یا از قطعات سبک استفاده نمود.

تیرچه‌های فولادی با جان باز

تیرچه‌های فولادی با جان باز، خرپاهای ویژه دو سر ساده‌ای هستند که برای توزیع یکنواخت بار سقف به تکیه گاه‌ها به کار می‌روند. در صورت به کار گیری تیرچه‌ها به صورت تیر طره‌ای، طراح باید جزییات اجرایی لازم را ارایه نموده و سازنده نیز باید محل و نوع آن را مشخص نماید.

منظور از ترکیب با بتن آن است که بال فوقانی و جان تیرچه‌ها در بتن محاط بوده و به صورت یکپارچه به عنوان یک مقطع مرکب T شکل بتن آرمه عمل می‌نماید. سقف‌های تیرچه‌های فولاد‌ی با جان‌ باز در ترکیب با بتن از اجزای اصلی به شرح زیر تشکیل می‌شوند.

• تیرچه فولادی با جان باز
• بلوک
• میلگرد افت و حرارت
• کلاف عرضی
• بتن پوششی درجا

مشخصات فنی ‌طراحی تیرچه‌های فلزی جان باز (تیرچه کرومیت)

تیرچه فولاد‌ی با جان باز عضو پیش ساخته‌ای است که به صورت خرپاهای ویژه دو سر ساده اجرا می‌شود. تیرچه فولادی با جان باز در دو مرحله تحت بارگذاری قرار می‌گیرد.

1. در مرحله اول باربری تیرچه هنگام حمل و نقل بار ناشی از وزن خود را ‌در زمان اجرای قالب‌ها و بار زنده عوامل اجرایی را در حد فاصل تکیه‌گاه‌های تیرچه تحمل می‌کند.
2. در مرحله دوم باربری و پس از گرفتن بتن، مقطع مرکب شامل تیرچه و بتن، تنش‌های ناشی از تمامی بارهای وارده به سقف را تحمل می‌کند.

تیرچه فولاد‌ی با جان باز شامل بال تحتانی اعضای قطری و بال فوقاتی است.

بال تحتانی

بال تحتانی تیرچه که از تسمه ساخته می‌شود به عنوان عضو کششی خرپا عمل کرده و بارهای وارده را تحمل می‌کند.

اعضای قطری

اعضای قطری تیرچه که معمولاً از میلگرد هستند به عنوان عضو مورب خرپا عمل نموده و به کمک اعضای کششی و فشاری ایستایی لازم را برای تحمل بارهای وارده تامین می‌نماید.

بال فوقانی

بال فوقانی تیرچه از نبشی‌، تسمه یا ناودانی ساخته شده و در داخل بتن پوششی قرار می‌گیرد.

بلوک

• از بلوک‌های توخالی سفالی‌، بتنی ‌یا از انواع مصالح سبک مناسب برای پر کردن فضاهای خالی بین تیرچه‌ها و به عنوان قالب زیر‌ین بتن پوششی درجا استفاده می‌شود.
• به علاوه قسمت زیرین بلوک معمولاً برای تامین سطحی صاف به منظور انجام نازک کاری و تیغه‌های داخل بلوک‌، برای تقویت ایستایی مقطع بلوک، طراحی و ساخته می‌شود.
• بلوک‌ها در سقف‌های تیرچه و بلوک نقش سازه‌ای در تحمل بارهای وارد بر سقف ندارند، لیکن باید قادر به تحمل ضربه‌های ناشی از حمل و نقل متعارف و بارهای ناشی از عبور و مرور افراد در حین بتن ریزی باشند.
• ارتفاع و طول بلوک‌ها تابع ضخامت کل سقف و فاصله تیرچه‌ها از یکدیگر هستند.
• بلوک سفالی باید عاری از ترک و دانه‌های آهکی‌ بوده و به طور یکسان پخته شده باشد.
• سطح بلوک سفالی باید صاف و عاری از انحنا و خمیدگی بوده‌، دارای لبه‌های تیز و مستقیم و بافت ریز و متراکم باشند.

میلگرد افت و حرارت

برای مقابله با تنش‌های ناشی از افت و تغییرات دما، میلگردهای افت و حرارت در جهت عمود بر تیرچه‌ها در قسمت بالایی سقف نصب می‌شوند. در شرایط محیطی ملایم، حداقل ضخامت پوشش بتنی روی این میلگردها باید ۲ سانتیمتر باشد. حداقل قطر میلگردهای افت و حرارت برای فولاد نرم ۵ میلیمتر و برای فولادهای نیمه سخت ۴ میلیمتر است. حداقل سطح مقطع این میلگردها نباید از ۰/۰۰۲ سطح مقطع دال بتنی کمتر باشد.

فاصله بین دو میلگرد افت و حرارت متوالی نباید از هیچ یک از مقادیر ۵ برابر ضخامت دال بتنی و ۳۰ سانتیمتر بیشتر شود.

کلاف عرضی

استفاده از کلاف عرضی در سقف الزامی است. کلاف عرضی شامل دو میلگرد به قطر حداقل ۱۲ میلیمتر است. یک میلگرد روی بال تحتانی در زیر یا روی بال فوقانی به موازات هم به صورت عمود بر تیرچه‌ها به آنها جوش می‌شود. عرض کلاف نباید کمتر از ۱۰ سانتیمتر اختیار شود. کلاف عرضی باید بال فوقانی تیرچه‌ها را در طول اجرا در مقابل تغییر شکل جانبی مهار نموده و تیرچه را در محل خود نگهداری کند. برای این منظور باید کلاف‌های عرضی در فواصل تقریباً مساوی اجرا شود به طور‌ی‌ که ضریب لاغری در جهت عمود بر طول تیرچه‌ها (جهت Y) از ۱۴۵ تجاوز ننماید.

انتهای کلاف عرضی باید هم در بالا و هم در پایین در محل برخورد به تیر فرعی مهار شوند.

بتن پوششی درجا

بتن پوششی درجا قسمتی از تیر مرکب است که در محل تکیه گاه پس از جاگذاری تیرچه‌ها و بلوک‌های بتن ریزی می‌شود.‌ پس از حصول مقاومت لازم به کمک عضو کششی فولاد‌ی (تیرچه فولاد‌ی با جان باز) بار وارد بر سقف را تحمل می‌کند. ضخامت بتن پوششی بر اساس طول دهانه و بار وارده طرح و محاسبه می‌شود.

مشخصات مکانیکی طراحی تیرچه‌های فلزی جان باز (تیرچه کرومیت)

فولاد مصرفی برای تیرچه‌ها باید دارای مشخصات زیر باشد.

• میلگردهای فولاد‌ی مورد استفاده علاوه بر دارا بودن مدول ارتجاعی کافی، باید جوش پذیر و شکل پذیر بوده و حداقل مجاز تغییر طول نسبی در مرحله گسیختگی را دارا باشند‌.
• این میلگردها می‌تواند از نوع ساده یا آجدار انتخاب شود و باید از فولاد نرم یا فولاد نیمه سخت باشند. سایر قطعات‌، ورق‌ها و نبشی‌ها و ناودانی‌ها باید از نوع فولاد ساختمانی با قابلیت شکل پذیر و جوش پذیر مناسب باشند.
• فولاد مصرفی در تولید این  نوع تیرچه باید با استاندارد ملی شماره ۱۶۰۰ مطابقت کامل داشته باشد.
• در میلگردهای افت و حرارت می‌توان از فولاد سخت نیز استفاده نمود.
• فولاد کلاف عرضی به جهت امکان جوشکاری به تیرچه‌ها باید از نوع نرم یا نیمه سخت باشد.
• جنس بلوک‌ها‌ باید از مصالحی نظیر سفال، بتن یا مصالح سبک دیگر باشد و مواد تشکیل دهنده آنها نباید اثر شیمیایی مخرب بر روی بتن و فولاد داشته باشد.

محدودیت‌های‌ طراحی تیرچه‌های فلزی جان باز (تیرچه کرومیت)

• فاصله آزاد تیرچه‌ها نباید از ۷۵ سانتیمتر تجاوز نماید.
• عرض بال تحتانی تیرچه‌ها نباید کمتر از ۱۰ سانتیمتر یا دو هفتم ضخامت سقف باشد.
• برای دهانه‌ها کوچکتر از ۴ متر می‌توان حداقل عرض بال تحتانی تیرچه را به ۸ سانتیمتر تقلیل داد.
• ضخامت دال بتنی از یک دوازدهم فاصله آزاد بین تیرچه‌ها و یا ۵ سانتیمتر کمتر باشد.
• قسمت‌هایی از تیرچه که داخل بتن قرار می‌گیرد نباید رنگ شود.
• ضخامت ورق‌ها‌، نبشی‌ها و پروفیل‌هایی که جوشکاری می‌شوند نباید از ۳ میلیمتر کمتر باشد.

روش‌های طراحی تیرچه‌های فلزی جان باز (تیرچه کرومیت)

طراحی این سقف‌ها به دو روش انجام می‌گیرد.

• روش طراحی الاستیک (قبل و بعد گرفتن بتن)
• روش طراحی حد نهایی (بعد از گرفتن بتن)

طرایح تیرچه‌های فولادی با جان باز قبل از گرفتن بتن

• تنش‌ها تابع خطی از تغییر شکل‌های نسبی هستند.
• بین فولاد و بتن، لغزش نسبی وجود ندارد (به علت اتصالات جان به بال‌ها)
• مقاطع عرضی پس از تغییر شکل تیر، مسطح باقی می‌مانند.
• تیرچه‌ها باید به صورت خرپاهای با تکیه گاه ساده طراحی شوند.

استفاده از مقاطع نامتقارن به عنوان بال فوقانی تیرچه مجاز است‌. ولی نظر به اینکه روابط مربوط به کمانش بر اساس متقارن بودن بال فوقانی نسبت به محور تیرچه است و احتمال رخ دادن کمانش موضعی و جانبی تا قبل از تکمیل پوشش وجود دارد، در صورت استفاده از مقاطع نامتقارن باید تدابیر لازم برای مهار کافی تیرچه‌ها و جلوگیری از کمانش آنها در حین اجرا و قبل از گرفتن بتن صورت پذیرد.‌ بنابراین پس از اتمام اجرای سقف و گرفتن بتن‌، کمانش عضو فوقانی مطرح نیست.

طراحی مرحله دوم بعد از گرفتن بتن

• در این مرحله، مقطع مرکب شامل تیرچه فولادی و بتن، باید تلاش‌های ناشی از تمام بارهای وارده به سقف (قبل و بعد از گرفتن بتن) را تحمل کند.
• عرض موثر دال بتنی در هر سمت تیرچه نباید از مقادیر زیر بزرگتر انتخاب شود.
• یک هشتم طول دهانه تیرچه
• نصف فاصله محور به محور دو تیرچه مجاور
• فاصله محور تیرچه تا لبه دال بتنی

طراحی به روش حد نهایی  (بعد از گرفتن بتن)

در این روش نیز طراحی سقف در دو مرحله انجام می‌گیر‌د‌. مرحله اول طراحی (قبل از گرفتن بتن) مشابه روش الاستیک است. این روش بر اساس مقاومت نهایی بتن و فولاد مقطع است.‌ ظرفیت باربری مقطع‌، تشکیل بلوک مستطیلی در بتن و‌ رسیدن به حد جاری شدگی در فولاد مطابق روش طراحی حد نهایی پیش بینی می‌شود. ضرایب افزایش بار و کاهش مقاومت باید مطابق آیین نامه بتن ایران باشد.

مراحل اجرای سقف‌های متشکل از تیرچه‌های فولاد‌ی با جان باز در ترکیب با بتن

مراحل اجرای سقف با سیستم تیرچه‌های با جان باز و بلوک به شرح زیر است.

• حمل و انبار نمودن مصالح تشکیل دهنده سقف
• اندازه گیری تیرچه‌ها
• بالا بردن‌، نصب و جوشکاری تیرچه‌ها
• بلوک چینی
• اجرای کلاف‌های عرضی
• قالب بندی

اندازه گیری تیرچه‌ها

• برای اندازه گیری تیرچه‌های مورد نیاز باید فاصله لب به لب بال تحتانی تیرهایی را که تیرچه‌ها بر روی آن قرار می‌گیرند، اندازه گیری نمود و به اندازه ۴ تا ۶ سانتیمتر به طول مورد نظر افزود‌. در مورد تیرهایی که دارای بال تحتانی پهن هستند می‌توان این اندازه را به تناسب افزایش داد.
• برای جلوگیری از بروز اشتباه هنگام نصب تیرچه‌ها‌، تهیه کروکی از تیرها و تیرچه‌ها با ذکر اندازه‌های مورد نظر توصیه می‌شود.
• برای صرفه جویی در مصرف تیرچه‌ها در کناره تیرهای فرعی، در صورتی که فاصله لبه آخرین بلوک تا تیر فرعی کمتر از ۱۲ سانتیمتر باشد به جای تیرچه از یک تسمه به عرض مناسب (تسمه کنار پل) استفاده می‌شود. این تسمه به تیر فرعی جوش شده و لبه بلوک انتهایی روی آن قرار می‌گیرد. در این صورت تیر فرعی باید برای باربری قائم مورد کنترل قرار گیرد.

بالا بردن، نصب و جوشکاری تیرچه‌ها

قبل از نصب تیرچه‌ها باید اختلاف سطح سقف‌های ساختمان‌، محل طره‌ها‌، تیغه بندی روی سقف‌ها، بازشوها و محل عبور لوله‌های بخاری و غیره، به دقت مورد بازبینی و کنترل قرار گیرد. همچنین قبل از به کار گیری هر تیرچه باید نسبت به سلامت ظاهری به ویژه کیفیت ظاهری جوش‌ها، کنترل‌های لازم انجام شود. در صورتی که طول تیرچه‌ها بزرگتر از اندازه لازم باشد، طول اضافی میلگردها و اعضای بال فوقانی و تحتانی بریده شده و پس از قرارگیری تیرچه‌ها در محل مناسب دو طرف تیرها بر اساس جزئیات اجرایی تقویت شده و به تیرهای اصلی بر اساس نوع تکیه گاه متصل می‌شود‌.

حداقل طول جوش در هر طرف تیرچه ۵ سانتیمتر است. بال فوقانی تیرچه‌ها نباید به تیرهای نشیمن، جوش شود. در صورتی که بال تحتانی تیرچه‌ها بالاتر از بال تحتانی تیر اصلی باشد، باید تکیه گاه مناسبی بر روی جان تیر تعبیه شود. برای این منظور استفاده از نبشی نشیمن، مناسب است. طول نشیمن باید حداقل ۲ سانتیمتر بزرگتر از عرض بال تحتانی باشد.

در سازه‌های بتنی نحوه کارگذاری و اتصال تیرچه با تیرهای بتنی باید به گونه‌ای باشد که بال تحتانی تیرچه‌ها روی قالب چوبی یا فلزی زیر تیر قرار گیرد. در مورد تیرها‌ی بتنی با ارتفاع بیشتر از تیرچه نیز باید تیرچه‌ها به داخل تیر بتنی امتداد یافته و روی لبه آویز قالب قرار گیرد.

در تیرهای بتنی باید کنترل لازم جهت انتقال برش انجام گرفته و بر اساس نیروهای وارده از طریق تعبیه نبشی اتصال برشی و یا میلگرد برشی‌، مقاومت برشی لازم تامین شود.

اجرای کلاف‌های عرضی

اجرای کلاف‌های عرضی به دو صورت امکانپذیر است.

اجرای کلاف عرضی با استفاده از قالب آماده

در این روش از قالب‌های بتنی آماده در قست تحتانی و یک میلگرد به قطر حداقل ۱۲ میلیمتر که کاملاً مستقیم و بدون خم باشد در قسمت فوقانی استفاده می‌شود.

توجه شود میلگردهایی که از قلب بتنی کلاف عرضی خارج شده‌اند باید به بال تحتانی کاملاً جوش شوند.

اجرای کلاف عرضی به وسیله قالب بندی

در این روش از یک میلگرد در قسمت پایینی استفاده شده و به بال تحتانی تیرچه‌ها جوش می‌شود و میلگرد فوقانی کلاف عرضی مانند روش فوق به بال فوقانی جوش می‌شود. برای قالب بندی کلاف عرضی از تخته‌هایی به عرض حداقل ۱۲ سانتیمتر و ضخامت ۲ سانتیمتر استفاده می‌شود. اجرای خوب قالب باعث زیبایی سقف خواهد شد. هنگام جوشکاری میلگرد‌‌ کلاف عرضی‌‌ در اثر جوش آسیب نبیند. ‌

استفاده از کلاف‌های عرضی در تمام دهانه‌ها الزامی است. برای دهانه‌های کوچکتر از ۳ متر نصب میلگرد و جوش دادن آن به تیرچه‌ها کفایت می‌کند و نیازی به ایجاد فاصله بین بلوک‌ها برای نفوذ بتن (کلاف عرضی پنهان) نیست.

قالب بندی

برای قالب بندی از تخته‌هایی به عرض ۱۲ تا ۲۰ سانتیمتر و ضخامت ۲ سانتیمتر استفاده می‌شود. برای جلوگیری از خروج بتن از کناره‌های تیرهای لانه زنبوری یا دیگر فضاها باید از تخته قالب بندی استفاده نمود. تخته‌ها باید بعد از بسته شدن کاملاً محکم باشند، به نحوی که فشار زیاد بتن ریزی را تحمل نمایند.

به علت افتادگی وسط تیرچه‌ها، قالب زیر کلاف عرضی در جایی که به تیرهای فرعی ساختمان می‌رسید بالاتر می‌ایستد‌. ‌بهتر است در این نقطه قالب چوبی بریده شده و دوباره بعد از تیر فرعی ادامه یابد.

بلوک چینی در نقاطی که استفاده از بلوک کامل میسر نیست

بعد از بلوک چینی و قالب بندی‌، فاصله‌ای بین قالب و بلوک در پایین قالب و پایین تیرها و بلوک‌ها به وجود می‌آید. مهارت و ابتکار عمل چگونگی چیدن بلوک‌ها را تعیین می‌کند. به ترتیبی که فضاهای خالی حداقل باشد. برای پر کردن این فضای خالی باید از بلوک به عرض‌های مختلف استفاده کرد. برای پوشش قسمت‌های مورب نیز باید از بلوک‌هایی که متناسب با شکل و اندازه محل مورد نظر بریده می‌شوند، استفاده  کرد و چیدن خرده بلوک برای پر کردن این فواصل ممنوع است. منبع؟ همیارناظر