بهساز سیویل - آموزش عمران به زبان ساده - بررسی تیر های لانه زنبوری در سازه های فولادی

بهنام یگانه مهندس هستی

بررسی تیر های لانه زنبوری در سازه های فولادی

مقدمه:

در علم مهندسی عمران استفاده از مقاطع بهینه و با ظرفیت بالا حائز اهمیت بوده و پیوسته درتلاش برای این امر هستیم. با تغییر دادن انواع مقاطع، به ظرفیت و مقاومت های گوناگون می‌رسیم که یکی از معروف ترین آنها مقاطع لانه زنبوری یا مقاطع CPE هستند.این مقاطع از مقاطعIPE رایج ساخته می‌شود که در این مقاله فلسفه ساخت،نحوه ساخت و ممنوعیت استفاده ازآنها در سازه‌ها را بررسی می‌کنیم.

نحوه ساخت مقطع لانه‌زنبوری

برای ساخت مقاطع لانه زنبوری از مقاطع ipe استفاده می‌شود.به این نحو که جان مقاطع ipeبه شکل خاصی برش خورده و تیرآهن به دو قسمت تقسیم می‌شود.سپس یک قسمت را ثابت نگه داشته و قسمت دوم را مقداری به سمت راست یا چپ انتقال می‌دهیم.

بال جوش دادن دو قسمت قرار گرفته روی هم ساخت مقطع ما کامل می‌شود.

برای درک بهتر به تصویر زیر دقت کنید.

ارتفاع نهایی این مقاطع ۱۵۰ درصد بزرگ تر از آن تیرآهنی است که cpe ازآن ساخته شده است.

نحوه کامل ساخت cpe

هدف از ساخت این مقاطع افزایش ارتفاع تیر می‌باشد.

احتمالا باید تا الان متوجه علت این کار شده باشید.

بررسی فسفه تولیدcpe

همانطور که در بالا گفته شد علت تولید این مقاطع افزایش ارتفاع نسبت به ipe نظیر آن می‎‌باشد.

و با توجه به مقالات قبلی که ممان اینرسی را به صورت کامل توضیح دادیم با افزایش ارتفاع مقطع و فاصله دادن مصالح از تار خنثی افزایش ممان اینرسی(لینک مقاله) را شاهد هستیم. به عبارتی دیگر با افزایش ارتفاع ،مقدارd افزایش پیدا می‌کند که گواه افزایش ممان اینرسی است.

به رابطه زیر توجه کنید:

همانطور که دراین رابطه مشاهده می‌کنید ، ممان اینرسی ipe ازجمع ممان اینرسی دو بال و جان حول تارخنثی حاصل می‌شود.

برای محاسبه ممان اینرسی جان از فرمول ساده ممان اینرسی مقطع مستطیلی استفاده می‌شود زیرا تار خنثی با مرکز سطح جان منطبق است.

اما برای محاسبه ممان اینرسی بال ها باید ممان اینرسی بال را حول مرکز سطح خودش محاسبه کرده و با افزودن مقداری به آن ، آنرا به ممان اینرسی حول تار خنثی تبدیل کنیم.

در این رابطه مقدار A مساحت بال و d فاصله مرکز سطح بال تا تارخنثی می‌باشد.

در نتیجه با ساخت cpe مقدار d افزایش یافته و ممان اینرسی نیز افزایش می‌یابد.

با افزایش ممان اینرسی مقاومت خمشی مقطع که رابطه مستقیم با آن دارد نیز افزایش قابل توجهی داشته.

یکی از عیوب مقاطع cpe دارا بودن مقاومت برشی بسیار کمتر از ipe نظیر خود می‌باشد که در زیر کامل توضیح می‌دهیم.

مقاومت برشی مقطع CPE

همانطور که گفته شد مقاومت برشی در مقطع cpe کاهش یافته .

مبحث دهم ۱۴۰۱ صفحه ۱۲۵

با توجه به این رابطه در مبحث دهم مقررات ملی ساختمان مقاومت برشی اسمی رابطه مستقیمی با مساحت جان مقطع داشته که با تبدیل ipe به cpe مساحت جان به شدت کاهش یافته و کاهش مقاومت برشی را شاهد هستیم.

آیا استفاده از مقاطع لانه زنبوری در سازه های فولادی مجاز است؟

با توجه به مبحث دهم استفاده از مقاطع cpe در قاب های خمشی به دلیل اینکه لنگر شدیدی در تیر به دلیل اعمال نیروی جانبی به وجود می‌آید و این لنگر همراه با ایجاد نیروی برشی شدیدی است در هیچ کدام از قاب های خمشی از قاب خمشی معمولی گرفته تا ویژه استفاده از cpe مجاز نخواهد بود.

پس دلیل عدم اجازه مقررات ملی برای استفاده از cpe داخل قاب خمشی نیروی برشی شدیدی است که ایجاد می‌شود.

اما استفاده از cpe در قاب هایی با اتصالات مفصلی هیچ اشکالی ندارد زیرا نیروی ثقلی تنها به آن وارد شده.

مقطع CPE در دهانه مهاربندی

همانطور که می‌توانید حدس بزنید استفاده از cpe در دهانه های مهاربندی نیز ممنوع بوده خواه مهاربند از نوع همگرای معمولی یا همگرای ویژه باشد.

بند ۱۰-۳-۴-۱ مبحث دهم ۱۴۰۱

فلسفه وجود این بند این است که با وارد شدن نیروی جانبی به قاب ، مهاربند ها به کشش و فشار افتاده و این نیرو ها باعث ایجاد نیرویی محوری در تیر شده که تیر های لانه زنبوری پاسخ گوی این نیروی محوری نمی‌باشد.