تاریخچه تیرچه‌های فولادی

اولین تیرچه فلزی با جان باز، تیرچه با جان باز Massillon بود که برای اولین بار در سال 1923 ساخته شد. این سیستم تیرچه شامل یک شبکه پیوسته در یک پیکربندی خرپایی از نوع وارن بود و شامل دو نوار افقی در بالا و دو نوار قطری در پایین بود. ماهیت بدون مانع اولین تیرچه با جان باز، یک طراحی کارآمد ارائه می‌داد که می‌توانست به راحتی ویژگی‌های الکتریکی / مکانیکی را در صفحه قاب سقف جای دهد.

انستیتوی تیرچه‌های فولادی پنج سال پس از تولید اولین تیرچه فولادی با جان باز تشکیل شد. در سال 1929، یک سال پس از تاسیس موسسه Steel Joist، اولین جدول بارگذاری تیرچه فولادی با جان باز ایجاد شد. جداول بارگذاری به یکپارچه سازی استانداردهای طراحی و از بین بردن سردرگمی در بین معماران، مهندسان، سازندگان کمک کرده است. اگرچه تیرچه فولادی با جان باز مدرن از المان‌های زاویه‌دار فولادی و میله‌ها یا فقط المان‌های زاویه‌دار فولادی تشکیل شده، اصطلاح "تیرچه نواری" از ابتدا برای این محصول در نظر گرفته شده و هنوز هم به عنوان نامگذاری استاندارد مورد استفاده قرار می‌گیرد.

از زمان تاسیس انستیتوی Steel Joist، تیرچه‌های فولادی با جان باز یکی از ویژگی‌های مهم ساختمانی در صنعت ساخت و ساز هستند که طرح‌هایی با وزن و مصالح کارآمد، دهانه‌های طولانی، ساخت و نصب ساده و طراحی بدون محدودیت ارائه می‌دهند که امکان عبور تاسیسات الکتریکی و مکانیکی را فراهم می‌کنند در حال حاضر سالانه هزارن تن عرشه و تیرچه فولادی در جهان تولید می‌شود. در حال حاضر میلیاردها فوت مربع از هر دو سازه بام و کف در دنیا وجود دارد که با استفاده از تیرچه فولادی با جان باز ساخته شده‌اند.

پیشینه تحقیق

برای مهندس سازه، تیرچه‌های فولادی با جان باز می‌توانند یک چالش ایجاد کنند زیرا به منزله اصلاح یک ساختمان موجود است تا بتواند بارهای بیشتری تحمل کرده، دارای عملکرد بهتری در تراز کف بوده و دارای بازشوهایی در کف / سقف‌های جدید باشد. یکی از دلایل عمده برای اصلاح و بهبود تیرچه فولادی با جان باز، نیاز به نصب تجهیزات جدید در بام است که ظرفیت طراحی سازه‌های پشتیبان را افزایش می‌دهد. در صورت عدم وجود تیرچه‌های فولادی با جان باز، سازه قادر به تحمل بارهای جدید نخواهد بود، که به دلیل عدم وجود فضای لازم برای قرار دادن  تیرچه جدید در حفره‌های موجود، امکان استفاده از تیرچه‌های کامل وجود نخواهد داشت.

از نظر تاریخی، برخی از مهندسان سازه به اصلاح به خلاقیت مهندسی خود روی آورده‌اند تا بتوانند یک سیستم قاب فولادی با جان باز طراحی کنند. برخی از اصلاحات شامل جوشکاری صفحات فولادی، المان‌های زاویه‌ای، کانال‌ها و استفاده از المان‌های افقی در تراز تیرچه‌ها است که در نهایت منجر به افزایش مدول الاستیسیته مقطع می‌شود.

اگرچه این رویکرد دارای مزایای زیادی است، اما اغلب این واقعیت را در نظر نمی‌گیرد که نقطه ضعف ممکن است در المان جان یا اتصالات جان به المان‌های افقی باشد. به همین ترتیب، اتصالات جوش داده شده به دلیل مشکلات مربوط به جوشکاری در المان‌های افقی و یا نگرانی‌های کیفی مربوط به جوشکاری در محل، نمی‌توانند گزینه موفقی در نظر گرفته شوند.

رویکرد دیگر که در ساختمان‌های موجود مشاهده شده است، نصب تیرچه‌های فولادی عریض در مجاورت یک تیرچه فولادی با جان باز موجود است. در محلی که این نوع اصلاحات اعمال شده باشد، انتهای تیر فولادی در عمق 2.5 اینچی قرار می‌گیرد و شبکه فولادی تقویت می‌شود. این روش ممکن است مشکلات مشابه با نصب تیرچه فولادی با جان باز با طول کامل را داشته باشد زیرا یک تیرچه فولادی عریض اغلب بیش از حد طولانی و دست و پا گیر است و به سختی می‌تواند در دهانه موجود نصب شود.

گاهی اوقات ممکن است تیرچه به صورت دوگانه با یک اتصال خمشی در مرکز دهانه طراحی شود. اگرچه این رویکرد دارای مزایایی زیادی است، اما اندازه تیرچه فولادی معمولا در مقایسه با تیرچه‌های مجاور بسیار زیاد خواهد بود. این اقدام ضروری است تا اطمینان حاصل شود که تیرچه به راحتی می‌تواند بارگذاری پیشنهادی را بدون رسیدن به حد تسلیم تحمل کند که در غیر این صورت ممکن است منجر به خرابی زودرس تیرچه فولادی با جان باز مجاور شود.

اگرچه ممکن است به طور گسترده‌ای شناخته شده نباشد، یک رویکرد بهتر برای تقویت سیستم قاب‌های داخلی تیرچه فولادی موجود با جان باز، نصب تیرچه‌های فولادی با ضخامت جدید است که توسط تولید کننده تیرچه طراحی شده است. صفحات اتصال پیچ و مهره شونده در محل، نسبتا سبک هستند و نیازی به اصلاح سیستم مهاربندی موجود ندارند و ممکن است با کمی تغییر، نصب تاسیسات مکانیکی / لوله کشی / برقی موجود به راحتی در محل خود قابل نصب باشند.