رد کردن لینک ها

بررسی مشخصات تیرهای لانه زنبوری-Castellated Beam

 مقدمه :

از جنگ جهانی دوم به بعد تلاش های زیادی برای یافتن راه های جدیدی جهت کاهش قیمت سازه های فولادی توسط مهندسین سازه انجام شده است. در بحث طراحی اقتصادی این نیاز وجود دارد که بیشتر مصالح یک جزء خمشی تا آنجایی که امکان دارد دور از محور خنثی قرار گیرد در نتیجه روش های جدید بسیاری جهت افزایش سختی عضو فولادی بدون هرگونه افزایش وزن فولاد مورد استفاده قرار گرفت. تیرهای لانه زنبوری (قلعه ای شکل) یکی از این روش ها بود که می تواند به عنوان یک حرکت مهم به سمت مفهوم «تیرهای ایده آل» مورد توجه قرار گیرد.

تاریخچه ی تیرهای لانه زنبوری :

طبق گفته بویر (۱۹۶۴)، نام تیرک های قلعه ای از طرح سوراخ های واقع در تیغه تیر گرفته شده است و به معنی ساخت همانند یک قلعه، داشتن برج، یا سوراخ های معمولی در دیوار است. در کشور ایران، این تیرک ها « لانه زنبوری» نامیده شده اند که به معنی داشتن سوراخ هایی با الگویی شبیه به خانه های کندوی عسل است.
کاربرد تجاری آن ها در اندازه های بزرگ پس از جنگ جهانی دوم آغاز شد و زمانی که تولید انبوه صنعتی با هزینه های ساخت نسبتا پایین اهمیت پیدا کرد. در انگلیس، این پروسه اول در سال (۱۹۴۹) توسط G.M.Boyd تشریح شد و شرکت فولاد ApplebyFordingham  به صورت کارخانه ای در یک شعبه از شرکت های فولاد متحده آن را به مرحله تولید رساند همچنین مراحل کار و تجهیزات نیز توسط شرکت Litzka stahlbu در آلمان ایجاد شد که امکان تولید انبوه اقتصادی در اندازه های بزرگ را فراهم می کرد به طوری که اعوجاج ها ناخواسته که در تولید ایجاد می شد را کاهش می داد.

نامگذاری تیرهای لانه زنبوری:

دلیل نامگذاری تیرهای لانه زنبوری شکل گیری این تیرها پس از عملیات (بریدن و دوباره جوش دادن ) و تکمیل پروفیل است . این تیرها در طول خود دارای حفره های توخالی (درجان) هستند که به لانه زنبوری شبیه است به همین سبب به این گونه تیرها ((تیر لانه زنبوری)) می گویند.

لانه زنبوری

 استفاده از تیر لانه زنبوری در ساختمان سازی :

مهمترین دلیل استفاده از تیرآهن لانه زنبوری نبود وجود تنوع کافی در نیمرخ های نورد شده و به دلایل اقتصادی بودن این تیرها می باشد، به صورتی که هزینه ساخت این تیرها شامل هزینه برش، مونتاژ و جوشکاری از ارزش فولاد مصرفی کمتر می باشد. این تیرها به عنوان تیرهای فرعی سقف و نیز تیرهای اصلی که صرفا وظیفه حمل بارهای ثقلی را دارند در سازه فولادی استفاده می شود.

همچنین به رغم عدم وجود اطلاعات کافی در زمینه قاب های برشگیر ساخته شده با تیرهای لانه زنبوری، تعداد قابل توجهی از قاب های خمشی با استفاده از این تیرها ساخته شده و می شوند.

 هدف از ساختن تیرهای لانه زنبوری :

هدف از ساخت این هست که تیر بتواند ممان خمشی را با خیز نسبتا کم ، همچنین وزن کمتر در مقایسه با تیر نورد شده مشابه تحمل کند.

مزیت های تیرهای لانه زنبوری:

۱- تیرهای لانه زنبوری که در حقیقت مقاطعی غیر فشرده هستند که در مقایسه با سایر مقاطع استاندارد فشرده ممان اینرسی نسبتا خوبی حول محور قوی تیر یا جهت (X) ایجاد می کنند که به سبب ایجاد فاصله بال ها از محور خنثی و افزایش ارتفاع تیر می باشد، در نتیجه مقاومت خمشی تیر که مهمترین نقش آن نیز می باشد افزایش یافته و سختی آن نیز بیشتر می گردد.

۲- بدلیل توخالی بودن جان این تیرها وزن سازه به میزان قابل توجهی کاهش می یابد که به سبب آن مولفه های نیروی زلزله که ارتباط مستقیم با وزن سازه دارند کم می گردند و همچنین باعث کاهش وزن مرده ساختمان شده باعث ایمنی بالا و عملکرد بهتر سازه همراه با انعطاف پذیری بیشتر می شود و در نتیجه باعث کاهش وزن مرده ساختمان شده و بار کمتری به عناصر اصلی سازه، خصوصا ستون ها وارد خواهد گردید که هر کدام از این موارد از اهداف قابل توجه در طراحی سازه هست.

۳- یکی از موارد مهم در طراحی سازه ها، طراحی بهینه مقاطع است که در بخش هزینه و اقتصاد پروژه دارای اهمیت بوده است. در تیرهای لانه زنبوری به دلیل آنکه مقطع هر تیر به صورت زاویه دار یا به شکل زیگ زاگ توسط دستگاه برش بریده می شود و سپس با جابجایی دو قسمت آن نسبت به هم، تیر به صورت لانه زنبوری در میآید که باعث صرفه جوئی نسبی در مصرف فولاد صورت خواهد گرفت.

۴- از فضاهای خالی در جان تیر برای عبور لوله های تاسیسات و یا کابل های برق تاسیسات می توان استفاده نمود که تقریبا می توان از نقاط قوت منحصر به فرد این تیرها دانست.

۵- ملاحظه می شود که تیرهای لانه زنبوری به میزان چشمگیری ارتفاع سقف را کاهش می دهند  بخصوص در مواقعی که سقف سازه از نظر معماری دارای محدودیت در افزایش ضخامت باشد تیرهای لانه زنبوری بهتر از سایر مقاطع نورد شده نقش انتقال بار را به سایر عناصر بازی خواهند کرد.

حتی در مواردی که تیر با ارتفاع متغییر مورد نیاز است، مانند بعضی از سازه های صنعتی و یا تیرهای مورد استفاده در تیر ریزی بام ، با تغییر برش تیر، تیر مورد نظر را ساده و تنها با برش مورب زیگ زاگها در جان تیر با قیمت ارزان می توان تولید کرد.

مزایای فوق الذکر باعث ترغیب طراحان در استفاده از تیرهای لانه زنبوری می شود و به عنوان گزینه مطلوبی مورد استفاده همه جانبه قرار می گیرد .

 معایب تیرهای لانه زنبوری:

۱- به اعتقاد گروهی از طراحان به علت مسائل اجرائی تیرهای لانه زنبوری ، ضعفی که در ناحیه جان تیر در اثر کاهش مساحت آن وجود دارد از نقاط ضعف این تیرهاست.

۲- اتصالات تیرهای لانه زنبوری توسط جوش تامین می شود و از آنجاییکه اتصالات نقش کلیدی و تعیین کننده ای را در انتقال بار از یک عضو به عضو یا اعضای دیگر دارند و در صورت اجرای نامطلوب آن، به میزان زیادی از باربری یا مقاومت المان سازه ای کاهش می یابد توجه در نظارت موثر بر اجرای عملیات جوشکاری، اهمیت بسزائی در کیفیت کلی سازه خواهد داشت که دقت در اجرا را بالاتر می برد.

۳- در نواحی که بار متمرکز وجود دارد و یا نزدیکی تکیه گاه ها که برش عامل موثری است توجه به مساله لهیدگی جان که در قسمت اتصال مقطع برش شده وجود دارد، حائز اهمیت می باشد که باید با آن توجه کرد. البته قسمت بزرگی از این کاستی ها را می توان با استفاده صحیح و بهینه ورق های تقویتی برطرف نمود و بعضا در مواردی که باز هم علی رقم همه تدابیر اتخاذ شده اساس مقطع لازم بدست نیامده باشد، از تیرهای لانه زنبوری دوبل می توان استفاده نمود.

۴- در نگاهی محتاطانه می توان بیان کرد که تیر های لانه زنبوری از ضریب اطمینان یا ایمنی کمتری نسبت به سایر مقاطع برخوردار هستند.

کاربرد تیرهای لانه زنبوری :

۱) تیرهای قاب های لنگرگیر و مهاربندی شده
۲) تیرهای با مقاطع ظاهری یکنواخت یا متغیر در قاب های صفحه ای دارای تیرهای شیب دار (قاب های موسوم به سوله )
۳) تیرهای شبکه های تک لایه ی فضاکار
۴) تیرچه ها و تیرهای مختلط در بتن
۵) تیرهای طولی یا عرضی عرشه ی پل ها (با کف مشبک فولادی یا به صورت مختلط با بتن کف)
۶) اعضاء فشاری (ستون ها) و اعضاء فشاری- خمشی (تیر- ستون ها)
۷) تیرهای ماشین آلات ساحتمانی

 روش های ساخت تیرهای لانه زنبوری:

برای ساختن تیر لانه زنبوری دو شیوه موجود است :

الف ) شیوه برش پای نر : با این روش ارتفاع تیر آهن اولیه را به اندازه‌ ۱/۵ برابر افزایش می دهند.

dg = S = 1.5 db
e = h = db/2 = S/3
dt = db/4
Tan φ = ۲

ب) شیوه برش لتیسکا: dt و tanφ ثابت نیستند و بر حسب db تغییر می کند.

هندسه و ابعاد تیرهای لانه زنبوری :

بدون شک تغییر در زاویه برش زیگزاگ جان در تیرهای لانه زنبوری یکی از عوامل مهم در تغییر مشخصات هندسی و مکانیکی و باربری تیرهای لانه زنبوری می باشد. از جمله دیگر عوامل مهم تاثیرگذار در باربری این تیرها محل ایجاد سوراخ در طول تیر می باشد. این زاویه معمولا بین حداقل ۴۵ درجه و حداکثر ۷۰ درجه می باشد، که زوایای ۴۵ و ۶۰ درجه معمول ترین زوایای مورد استفاده هستند. این زاویه باید به گونه ای انتخاب گردد که تنش برشی افقی در تار خنثی از حد مجاز تجاوز ننماید.

در مقررات ملی ساختمان ایران که به طرح و اجرای ساختمان های فلزی مربوط است، هندسه نشان داده شده در شکل برای تیر لانه زنبوری مجاز شمرده شده است. ضمن اینکه توصیه شده است در استفاده از تیرهای با هندسه و مشخصات متفاوت می بایست جانب احتیاط رعایت گردد. با وجود این، برش مورد استفاده در ایران برشی به نام پاینر می باشد که زاویه آلفا مورد استفاده در آن برابر ۶۳ درجه است که به زاویه پیشنهادی آیین نامه فولاد ایران نزدیک می باشد. همچنین لازم به تذکر است که کیفیت جوش تیرهای لانه زنبوری در مرحله ساخت نیز می تواند در باربری این تیرها موثر باشد.

موراد غیر مجاز استفاده از مقاطع لانه زنبوری :

۱- دهانه مهاربندی:

با توجه به بندهای ۱۰-۳-۱۰-۱ مورد پ و ۱۰-۳-۱۱-۱ مورد چ و ۱۰-۳-۱۲-۱ استفاده از تیر لانه زنبوری به ترتیب در تیرهای دهانه های مهاربندی شده همگرای معمولی و ویژه و سیستم مهاربندی واگرا مجاز نمی باشد.

آیین نامه

 ۲- قاب های خمشی:

با توجه به بند ۱۰-۳-۷-۱ مورد پ مبحث دهم مقررات ملی ساختمان استفاده از تیرهای لانه زنبوری به عنوان اعضای باربر جانبی در قاب های خمشی معمولی ، متوسط و ویژه مجاز نیست.

۳- اعضای باربر جانبی:

استفاده از تیرهای با جان سوراخ‌دار متوالی (لانه زنبوری) به عنوان اعضای باربر جانبی مجاز نیست. در صورت لزوم ایجاد سوراخ دسترسی در جان تیر، این سوراخ باید خارج از ناحیه حفاظت شده دو انتهای تیر و در نیمه میانی طولی دهانه تیر قرار گیرد. اطراف سوراخ باید به نحوی تقویت شود که مقاومت برشی و خمشی تیر به طور کامل فراهم گردد.

در پایان مطالب بیان شده فایل طراحی دستی تیرهای لانه زنبوری که توسط دکتر مهرداد حجازی عضو هیئت علمی گروه عمران دانشگاه اصفهان تهیه شده است را در خدمت شما

دانلود فایل آموزشی:

بازگشت به بالای صفحه