تیرآهن یکی از اعضاء اصلی در مجموعهٔ المان‌های مورد استفاده در سازه‌های ساختمانی است. در واقع وظیفه اصلی تیرها تحمل تنش‌های حاصل از نیروی برشی و لنگر خمشی ناشی از بارهای وارد بر آن و وزن خود تیر است. در طراحی سازه‌ها، معمولاً تیرها بر اساس لنگر خمشی موجود طراحی گشته و ضابطه برش در آن‌ها کنترل می‌گردد. خصوصیت‌های اصلی تیرها عبارتند از نیمرخ (پروفیل)، طول و مادهٔ سازنده.

تیر، معمولاً در معماری و مهندسی سازه، به عنوان عضوی بلند، مستقیم و منشوری تعریف می‌شود که برای نگه‌داری بارهای مختلف وارده در طول عضو طراحی می‌گردد. با این حال در سازه‌های کوچکتر مانند کامیون‌ها و بدنه اتومبیل‌ها نیز تیرها کاربرد دارند و با راهکارهایی مشابه محاسبه می‌شوند. البته در کار اجرایی عنوان تیر غالباً فقط به اعضای افقی اطلاق گردیده و به اعضای عمودی ستون گویند.

دسته بندی تیرها

همچنین، تیرها بر اساس عملکرد خود در سازه‌های ساختمانی دسته‌بندی می‌شوند که در ادامه به آن می‌پردازیم:

تیر اصلی

 تیری افقی که به ستون­‌ها متصل است (با اتصال ساده یا اتصال برشی). عملکرد سازه‌ای این نوع از تیرها به گونه‌ای است که بار را از تیر فرعی (در صورت وجود) به ستون­‌ها منتقل می‌کند.

تیر فرعی

 تیری افقی که به تیرهای اصلی متصل است (با اتصال ساده یا اتصال برشی). عملکرد سازه‌ای این نوع از تیرها به گونه‌ای است که بار را به تیر اصلی منتقل می‌کند و به صورت مستقیم به ستون‌ها متصل نمی‌باشد.

تیر کلاف

 تیری افقی که متصل به دو تیر عرضی در سقف یا خرپای سقف است. عملکرد سازه‌ای این نوع از تیرها به گونه‌ای است که تیر، بار تیر عرضی را به ستون سازه منتقل می‌کند. عموماً در خرپای سقف به کار برده می‌­شود. معمول‌ترین تیرها از نظر مصالح ساختمانی عبارتند از: تیر فولادی، تیر بتنی و تیر چوبی و معمول‌ترین تیرها از نظر تکیه‌گاهی عبارتند از: تیر دوسرگیردار، طره و تیر ساده.

بررسی اجمالی

در گذشته تیرها تخته‌های چوب مربع شکل بودند، اما برخی از آن‌ها مانند تیرهای سقف از جنس فلز، سنگ یا ترکیب چوب و فلز نیز هستند. تیرها در درجه اول نیروهای گرانشی عمودی را تحمل می‌کنند. تیر‌ها همچنین برای حمل بارهای افقی (به عنوان مثال بارهای ناشی از زلزله یا باد  یا در کشش برای مقابله با نیرو خرپا به عنوان یک میله مهار یا در فشار به عنوان یک تیرگریبان) استفاده می‌شوند. بارهای حمل شده توسط تیر به ستونها ، دیوارها یا تیرآهن منتقل می‌شوند و سپس نیرو را به اعضای فشرده مجاور و در نهایت به زمین منتقل می‌کنند. در ساخت فریم های سبک ممکن است تیرچه ها بر روی تیرها قرار گیرند.

طبقه بندی بر اساس تکیه گاه ها

در مهندسی ، تیرها چند نوع هستند:

•     تکیه گاه ساده – تیر در هر دو طرف تکیه‌گاه دارد و می‌تواند آزادانه بچرخد و هیچ مقاومت خمشی ندارد.
•      ثابت – تیر که در هر دو طرف تکیه‌گاه دارد و نمی‌تواند آزادانه بچرخد.
•      آویزان – یک تیر ساده که یک طرف آن جلوتر از تکیه‌گاه ادامه پیدا کرده‌ است.
•     آویزان از دو طرف – یک تیر ساده که هر دو انتها فراتر از تکیه‌گاه های آن در هر دو طرف است.

•     پیوسته – تیری که بیش از دو تکیه‌گاه دارد.
•      تیر یک سر گیردار  – یک تیر که فقط یک طرف آن تکیه‌گاه دارد.
•     خرپا – تیر تقویت شده با اضافه کردن کابل یا میله برای تشکیل خرپا

گشتاور اینرسی سطح در تیرآهن

در معادله تیر I برای نشان دادن گشتاور دوم سطح استفاده می‌شود. معمولا به عنوان ممان اینرسی نیز شناخته می‌شود و این مقدار جمع dA*r^2 نسبت به محور خنثی است. r فاصله از محور خنثی است و dA یک قسمت کوچک از مساحت است.

تنش(stress)

تیرها از درون در معرض بارهایی که باعث پیچش یا بار محوری بشود، قرار نمی‌گیرند. نیروهای کششی و فشاری و برشی در اثر نیرو‌هایی که به آن‌ها وارد می‌شود پدید می‌آید. معمولا در اثر گرانش طول تیر اندکی کاهش می‌یابد تا یک قوس با شعاع کوچک‌تر در بالا قرار بگیرد و در نتیجه نیروی فشاری به وجود می‌آید، در حالی که همان تیر در قسمت زیرین کمی کشیده می‌شود و یک قوس با شعاع بزرگ‌تر را به وجود می‌آورد و بنابراین تحت کشش است.

ابزار اصلی برای تحلیل تیر‌ها معادله برنولی اویلر است. این معادله رفتار الاستیک تیرهای بلند و باریک را توصیف می‌کند، تیرهایی که در آن‌ها ابعاد مقطع نسبت به طول تیر کوچک است. برای تیرهایی که باریک نباشند ، یک تئوری متفاوت باید اتخاذ شود تا تغییر شکل ناشی از نیروهای برشی و در موارد دینامیکی، اینرسی چرخشی را محاسبه کند.

مهندسان علاقه مند به تعیین انحراف تیر هستند زیرا ممکن است تیر با ماده شکننده ای مانند شیشه در تماس مستقیم باشد. انحراف تیرها به دلیل زیبایی شناسی نیز باید به حداقل برسد. یک تیر آویزان که قابل مشاهده است، حتی اگر از لحاظ ساختاری ایمن باشد، ناخوشایند است و باید از آن دوری شود. یک تیر محکم‌تر (مدول الاستیته بالا و/یا ممان اینرسی بالاتر) باعث انحراف کمتری می‌شود.

شکل های کلی

بیشتر تیر ها در ساختمان های بتنی دارای مقطع مستطیل شکل هستند.اما مقطع کارامد تر برای تیر مطقع I و H شکل میباشد که به طور معمول در در ساخت فولاد استفاده می شود.به دلیل قضیه ی محور های موازی و و این واقعیت که بیشتر مواد از محور خنثی(neutral axis) فاصله دارند،ممان اینرسی دوم سطح مقطع افزایش می یابد که نوبه خود سختی (stiffness) را افزایش می دهد.

تیر I شکل کارآمدترین نوع در یک جهت خمش است: از بالا و پایین نگاه کردن به تیر به عنوان I. اگر تیر در جهت های کناری خم شود ، به عنوان H عمل می کند که در آن کارآیی کمتری دارد. کارآمدترین شکل برای هر دو جهت در  یک جعبه دو بعدی (یک پوسته مربع) است اما کارآمدترین شکل برای خمش از هر جهت ، یک پوسته یا لوله استوانه ای است. اما برای خم شدن یک طرفه ، پرتوی I یا پهنای فلنج برتر است.

تیرآهن های جدار نازک

تیر جدار نازک یک نوع تیر (سازه) بسیار مفید است. سطح مقطع تیرهای جدار نازک از پانل های نازک متصل به یکدیگر ساخته شده است تا مقطع بسته یا باز یک تیر (سازه) ایجاد شود. بخش های بسته معمولی شامل لوله های گرد ، مربع و مستطیل است. بخش های باز شامل تیرهای I ، T-beams ، تیرهای L و غیره است.سختی خمش در واحد سطح مقطع تیر های جدار نازک بسیار بالاتر از سطح مقطع میلگرد (rod) است.

در این روش می توان تیرهای سخت را با حداقل وزن بدست آورد. تیر های جدار نازک وقتی تیر از لمینت کامپوزیت ساخته شده است بسیار مفید می باشند. کار پیشگام روی تیرهای جدار نازک از نوع لمینت کامپوزیت توسط لیبرسکو (librescu) انجام شد. سختی پیچشی یک تیر تا حد زیادی تحت تأثیر سطح مقطع آن قرار گرفته است. برای بخش های باز ، مانند بخش های I ، انحرافات پیچشی اتفاق می افتد که در صورت مهار ، سختی پیچشی را تا حد زیادی افزایش می دهد.

تیرآهن

تیرآهن (Girder) اساسی‌ترین پروفیل ساختمانی است که بعضاً در پروژه‌های صنعتی نیز کاربرد دارد.

این محصول به سه صورت یافت می‌شود:

1. نوع تیرآهن IPE (استاندارد اروپا و ایران)
2. تیرآهن INP (استاندارد چین و روسیه)
3. نوع تیرآهن IPB (بال پهن)

انواع تیرآهن IPE و INP به ارتفاع ۸۰–۶۰۰ میلی‌متر وانواع تیرآهن IPB به ارتفاع ۱۰۰–۱۰۰۰ میلی‌متر تولید می‌شود. کاربرد تیرآهن در ساختمان به صورت ستون، خرپا، نعل درگاه، تیر در پوشش سقف‌ها و پل‌های لانه زنبوری استفاده می‌شود.

تیرآهن IPE

این محصول معمولی و استاندارد I شکل در ایران وجود دارد. این تیرآهن طبق استاندارد اروپا تولید می‌شود و ضخامت بال آن ثابت است.

تیرآهن INP

این نوع تیرآهن I شکل که ضخامت بال آن‌ها با فاصله گرفتن از جان تیرآهن کاهش می‌یابد که این استاندارد کارخانجات روسیه و چین می‌باشد.

تیرآهن IPB

تیرآهن H یا تیر آهن‌های عریض که در آن‌ها طول بال‌ها نسبت به تیرآهن‌های IPE افزایش یافته‌است.

نکته: علامت V نشان دهنده سنگین بودن و علامت L نشان دهنده سبک بودن تیرآهن می‌باشد. به عنوان مثال IPBV نشان دهنده تیرآهن عریض سنگین و IPBL نشان دهنده تیرآهن عریض سبک می‌باشد.

آرتا استیل تهران متخصص واردات و توزیع انواع ورق های آلیاژی، استنلس استیل و فولاد ضد زنگ، میلگردهای استنلس استیل، لوله و پروفیل و ورقهای فنری، آمادگی خود را جهت همکاری و تأمین کلیه مقاطع فولادی و استنلس استیل به صنعتگران محترم اعلام می دارد. همچنین شما به راحتی می‌ توانید با کارشناسان ما تماس و نسبت به ثبت سفارش خود اقدام نمایید .