تعریف طراحی دستی تیر فولادی

طراحی دستی تیر فولادی چگونه انجام می شود؟
طراحی دستی تیر فولادی مطابق با استانداردها و آیین نامه های مختلف نظیر مقررات ملی ساختمان انجام می شود. از این رو، پیش از شروع طراحی، باید استاندارد مناسب برای انجام محاسبات را انتخاب کرد.

آیین نامه های ایران برای طراحی دستی تیر فولادی عبارت هستند از:

• مبحث ششم مقررات ملی ساختمان (بارهای وارد بر ساختمان): تعیین نوع، میزان و ضرایب بارها.
• مبحث دهم مقررات ملی ساختمان (طرح و اجرای ساختمان های فولادی): تعیین مشخصات و الزامات طراحی تیر فولادی.
• استاندارد 2800 (طراحی ساختمان ها در برابر زلزله): تعیین بارهای لرزه ای و ضرایب دینامیکی.
• از آیین نامه های بین المللی برای طراحی دستی تیر فولادی می توان به موارد زیر اشاره کرد:
• استاندارد اروپا Eurocode 3 - EN1993: با عنوان «طراحی سازه های فولادی» (Design of Steel Structures).
• استاندارد بریتانیا BS5950: با عنوان «استفاده سازه ای از عضوهای فولادی در ساختمان» (Structural Use of Steelwork in Building).
• استانداردهای آمریکا ASCE-07-16: با عنوان «حداقل بارهای طراحی و معیارهای مربوطه برای ساختمان ها و دیگر سازه ها» (Minimum Design Loads and Associated Criteria for Buildings and Other Structures).
• استاندارد آمریکا ANSI/AISC-360: با عنوان «الزامات ساختمان های اسکلت فولادی» (Specification for Structural Steel Buildings).
• استاندارد ASTM A36: برای تعیین نوع ماده سازنده تیر.

مراحل طراحی دستی تیر فولادی کدام هستند؟
به طور کلی، طراحی دستی تیر فولادی طی پنج مرحله و با انتخاب پارامترهایی نظیر عیار فولاد (مقاومت تسلیم تیر)، شکل تیر، ابعاد دهانه، نوع بار و روش طراحی صورت می گیرد.

عیار فولاد چیست و چگونه انتخاب می شود؟
عیار فولاد معیاری برای تشخیص مقاومت تسلیم است. فولاد بر اساس نوع ماده مورد استفاده در آن، معمولا به چهار گروه فولاد کربنی، فولاد آلیاژی، فولاد ضد زنگ و فولاد ابزاری تقسیم می شود.

عیارهای مختلفی برای فولاد وجود دارند که برای هر نوع تیر، یک عیار مخصوص مورد استفاده قرار می گیرد.

متداول ترین تیر مورد استفاده در سازه های فولادی، تیر I شکل نوع W (بال پهن) است. در این نوع تیر، معمولا از فولاد با عیارهای زیر استفاده می شود:

• A36: مقاومت تسلیم 250 مگاپاسکال.
• A572: مقاومت تسلیم بین 290 تا 410 مگاپاسکال (معمولا مقاومت تسلیم 340 مگاپاسکال).
• A588: مقاومت تسلیم مشابه A572.
• A992: مقاومت تسلیم بین 340 تا 450 مگاپاسکال.

نکته: طبق جدیدترین استاندارد ASTM، باید از تیرهای بال پهن با عیار A992 در ساخت سازه های ساختمانی استفاده کرد.

انتخاب شکل و ابعاد تیر چگونه انجام می شود؟
انتخاب شکل و ابعاد تیر، توسط جدولی با عنوان «پروفیل اشتال» (Stahlbau Profile) یا اصطلاحا جدول اشتال صورت می گیرد.

تیرهای فولادی مورد استفاده در ساختمان ها دارای شکل و ابعاد بسیار متنوعی هستند. تیرهای I شکل، به عنوان متداول ترین تیرهای مورد استفاده در ساختمان ها نیز از این قاعده مستثنی نیستند.

به همین دلیل، انتخاب شکل و ابعاد، یکی از مهم ترین مراحل طراحی دستی تیر فولادی است. استفاده از جدول اشتال، فرآیند انتخاب را ساده تر می کند.

این جدول شامل مشخصات استاندارد مقاطع انواع عضوهای فولادی مورد استفاده در ساختمان است.

با افزایش وزن تیر، هزینه مورد نیاز برای تهیه آن نیز افزایش می یابد. به همین دلیل، باید ابعاد تیر را به گونه ای انتخاب کرد که با کمترین وزن ممکن، معیارهای طراحی (نظیر مقاومت) قابل دستیابی باشند.

در صورت کافی نبودن مقاومت به دست آمده از محاسبات، می توان شکل و ابعاد تیر را تغییر داد و محاسبات را دوباره تکرار کرد.

دهانه تیر چیست و چه اهمیتی در طراحی تیر دارد؟
دهانه تیر، فاصله بین دو نقطه نگهدارنده تیر است. در طراحی دستی تیر فولادی، معمولا «تیر یک دهانه» (Single Span Beam) مورد بررسی قرار می گیرد.

تیرهای یک دهانه، تنها در دو نقطه (ابتدایی و انتهایی) نگهداری می شوند. تیر ساده، از انواع تیر یک دهانه به شمار می رود.

البته در برخی از موارد، امکان بررسی تیرهای پیوسته (نگهداری در چند نقطه از طول تیر) یا تیر ساده با انتهای آزاد نیز وجود دارد.

تیر، به عنوان یک عضو خمشی در سازه محسوب می شود. بنابراین، هر چه طول دهانه بیشتر باشد، لنگر خمشی اعمال شده بر تیر بیشتر خواهد بود.

به این ترتیب، انتخاب تیر مورد تحلیل از نظر نوع و طول دهانه نیز در طراحی دستی تیر فولادی اهمیت بالایی خواهد داشت.