تیر مرکب چیست؟ انواع و کاربردهای آن
تیر مرکب ترکیب قدرتمندی از دو متریال اصلی ساختمان‌سازی، فولاد و بتن است. بی‌شک، ترکیب فولاد و بتن از اقدامات هوشمندانه صنعت ساخت‌وساز محسوب می‌شود. تیر مرکب دارای مقاومت کششی فوق‌العاده‌ای به واسطه داشتن فولاد و مقاومت فشاری عالی به دلیل استفاده از بتن است. این اتصالات فولادی و بتنی منجر به کاهش وزن سازه تا ۳۰ درصد و افزایش طول عمر مفید آن تا ۵۰ درصد می‌شوند. از آنجایی هم که موضوع مقاومت و طول عمر بالای سازههای امروزی اهمیت ویژه‌ای دارد، شاهد استفاده گسترده از تیرهای مرکب در ساختمان‌های مختلف هستیم. در ادامه این مطلب، به معرفی جامع تیر مرکب و انواع آن می‌پردازیم.
تیر مرکب چیست؟
تیر مرکب نوعی سازه با تلفیق فولاد و بتن است. این سیستم سازه‌ای به دلیل برخورداری از دو ماده ساختمانی مقاوم، فولاد و بتن خیلی خوب می‌تواند در برابر فشارها و بارهای وارده مقاومت کند. فولاد به دلیل شکل‌پذیری مطلوب و مقاومت کششی بالا و بتن هم به علت مقاومت فشاری عالی در این سیستم سازه‌ای مورد استفاده قرار می‌گیرند. به‌علاوه ساختمان‌سازان جهت کارکرد یکپارچه آن‌ها در برابر فشارهای مختلف از اتصالات برشی هم استفاده می‌کنند. اتصالات برشی منجر به انتقال نیروها میان فولاد و بتن می‌شوند. این وضعیت، به مقاوم‌سازی و عملکرد بهتر تیرهای مرکب در سازه کمک قابل توجهی می‌کند.
اجزای تشکیل‌دهنده تیر مرکب
درکل، تیرهای مرکب متشکل از دو یا چند ماه با خصوصیات مکانیکی مختلف هستند. اجزای اصلی تیر مرکب نیز فولاد و بتن است. فولاد در بخش‌های تحت کشش و بتن هم در قسمت‌های در معرض فشار استفاده می‌شوند. همچنین، برخی از تیرهای مرکب دارای مواد دیگری همچون فیبرهای پلیمری تقویت‌شده (FRP) هستند. این مواد کامپوزیتی به دلیل مقاومت بالا در برابر خوردگی و وزن سبک در تیرهای مرکب قرار می‌گیرند و آن‌ها را برای استفاده در محیط‌های خورنده و مرطوب آماده می‌کنند. در برخی از پروژه‌های ویژه نیز مانند پل‌های چوبی می‌توان از چوب در تیر مرکب استفاده کرد. استفاده از آلیاژهای آلومینیومی هم در ساخت پل‌های مدرن با تیر مرکب مرسوم است.
انواع تیر مرکب
برای خرید هر مقطعی از انواع تیر مرکب گرفته تا انواع ورق نخست باید با مشخصات آن‌ها آشنا شوید. در قسمت زیر، لیستی از انواع تیر مرکب و مشخصات آن‌ها آورده شده است:
- تیر چسبی لمینتی (Glued Laminated Beam)
تیر چسبی لمینتی (Glued Laminated Beam) که به آن تیر گلولام (Glulam Beam) هم گفته می‌شود، متشکل از صفحات به هم چسبیده است. این صفحات، تشکیل‌دهنده تیرهای بزرگتر هستند. از این مدل تیر معمولا در ساخت ساختمان‌های کوچک استفاده می‌کنند.
- تیر ورق (Plate Girder)
تیر ورق یکی از رایج‌ترین تیرهای فولادی مورد استفاده در ایجاد تیرها و ساختمان‌های بزرگ است. این تیر با ۳ صفحه فولادی جوش داده شده به یکدیگر ایجاد می‌شود. ضمنا، این تیرآهن را می‌توان در اندازه بسیار بزرگتری در مقایسه با تیرهای I شکل و بال پهن تولید کرد.
- تیر جعبه‌ای (Box Beam)
تیر جعبه‌ای متشکل از ۲ الوار جهت بال یا فلنج و همین‌طور، دو تخته چندلا برای جان است. این قسمت‌ها توسط پیچ، میخ یا چسب به هم متصل می‌شوند. همچنین، برای تولید تیرهای جعبه‌ای از متریال متنوعی نظیر فولاد، پلاستیک و کامپوزیت استفاده می‌کنند.
ویژگی های تیر مرکب
دراینجا، قصد بررسی ویژگی‌ها و مشخصات تیر مرکب را داریم. این تیرآهن مانند سایر مقاطع چندین مشخصه بارز دارد که در ادامه با آن‌ها آشنا خواهید شد:
- انعطاف‌پذیری بالا در طراحی
- مقاومت کششی عالی به دلیل وجود فولاد
- مقاومت فشاری مطلوب به دلیل حضور بتن
- افزایش ظرفیت باربری به خاطر ترکیب فولاد و بتن
- دوام بالا به علت مقاومت در برابر عوامل محیطی آسیب‌زا
- وزن کمتر در مقایسه با تیرهای فولادی با توان باربری مشابه
- مقاومت مناسب در برابر خوردگی به علت پوشش بتن در کنار فولاد
- مقاومت بالا در برابر آتش به خاطر وجود پوشش بتنی بر روی فولاد
- برخورداری از مقاومت خمشی بالا و توانایی پوشش‌دهی دهانه‌های بزرگ
کمانش تیر مرکب
ورق در صورت فشرده شدن در صفحه میانی خود ناپایدار می‌شود. در این شرایط، کمانه کردن در مقدار بحرانی از بار صفحه را آغاز می‌کند. با فشار وارد شدن در یک عضو تا حدی می‌تواند رفتار عادی داشته باشد، اما لحظه‌ای رفتار کمانشی نشان خواهد داد. بنابراین، رفتار سیستم ممکن است در یک لحظه به دلیل فشار بار تغییر کند. معمولا، در رابطه با تیرهای مرکب دو نوع کمانش وجود دارد.
اولین کمانش در زمان ساخت بتن رخ می‌دهد و کمانش پیچشی جانبی در بخش خمش مثبت اتفاق می‌افتد. مدل دیگر کمانش را در هنگام بهره‌برداری در بخش خمش منفی و در تکیه‌گاه‌های میانی شاهد هستیم. درواقع، تنش‌های فشاری در نواحی زیرین جان تیر و بال پایین از علل کمانش تغییر شکل جانبی هستند. برای جلوگیری از کمانش مدل اولی بایستی به قوانین و ضوابط حوزه پایداری در آئین‌نامه‌های مربوطه توجه داشت. در رابطه با کمانش مدل دوم هم دال بتنی از چرخش جابه‌جایی بالای بال تیر پیشگیری می‌کند.
نحوه عملکرد تیر مرکب
نحوه عملکرد تیر مرکب یکی از مباحث مهم در حوزه آهن آلات است. عملکردش را می‌توان این‌گونه توصیف کرد که بلوک بتنی بر روی تیر فولادی قرار می‌گیرد و جهت نصب هم از اتصالات برشی استفاده می‌کنند. ضمن اینکه بلوک بتنی در زمان گذشته بدون اتصالات خاصی بر روی تیرهای فولادی نصب می‌شد. امروزه جهت جلوگیری از لغزش آن‌ها، اتصالات برشی بکار گرفته می‌شود؛ درواقع، با این اتصالات می‌توان تیر مرکب یکپارچه‌ای را ایجاد کرد. به‌این‌ترتیب، استفاده از تیر مرکب به دهه‌های گذشته بازمی‌گردد و امروزه نحوه بکارگیری و عملکرد آن تا حدودی تغییر کرده است. با ورود اتصالات برشی به این دو عضو دیگر شاهد لغزش بین آن‌ها نخواهید بود.
کاربردهای تیر مرکب
تیر مرکب یکی از بهترین فناوری‌های ساختمانی است که با هدف ساخت ساختمان‌های مستحکم، سبک و اقتصادی مورد استفاده قرار می‌گیرد. از مهم‌ترین کاربردهای تیر مرکب می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
- ساخت پل‌های مختلف
- ساخت پوشش سقف‌های ساختمان
- ساخت پارکینگ و محوطه‌های پارکینگ طبقاتی
- ساخت سازههای تجاری و صنعتی دارای بارهای سنگین
- ساخت سازههای بزرگ و بلند نیازمند به دهانه‌های وسیع
معایب و مزایای تیر مرکب
دراینجا، مزایا و معایب تیر مرکب را برشمرده‌ایم. در قسمت زیر، لیستی از مهم‌ترین مزایا تیر مرکب قید شده است:
- وزن کم
- افزایش باربری
- مصرف بهینه فولاد
- بهبود مقدار بار بحرانی در کمانش‌ها
- استقامت بالا در برابر خوردگی و دمای بالا
از چالش‌ها و معایب تیر مرکب می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
- طراحی و اجرای پیچیده
- نگهداری و تعمیر مسئله ساز
- هزینه تولید و اجرای بالاتر نسبت به تیرهای ساده
- بالا بودن احتمال اختلاف مشخصات مواد تشکیل‌دهنده آن
مقایسه تیر مرکب با تیر فولادی و بتنی
تیر مرکب با توجه به ترکیب هوشمندانه‌ای که دارد به افزایش کارایی سازه کمک می‌کند و در این زمینه نسبت به تیر فولادی و بتنی عملکرد بهتری دارد. درمقابل، تیرهای فولادی و بتنی مواد بیشتری مصرف می‌کنند، اما تیرهای مرکب با مواد کمتری برپا می‌شوند. هزینه اجرای آن‌ها نیز به مواردی همچون قیمت تیرآهن مصرفی و دستمزد نیروهای کار متخصص بستگی دارد. درکل، تیرهای مرکب به دلیل ساختارشان دارای مقاومت بالاتری هستند و گزینه مطمئن‌تری برای سازههای مدرن محسوب می‌شوند. درواقع، سازههای مدرن باید توانایی تحمل تنش‌های بالای کششی و فشاری را داشته باشند که این شرایط با وجود تیرهای مرکب حاصل می‌شود. تیرهای کاملا فولادی یا کاملا بتنی چنین امکانی ندارند.
اشتباهات رایج در اجرای تیر مرکب و راهکارهای پیشگیری
حال نوبت به بررسی اشتباهات رایج در اجرای تیر مرکب و راهکارهای پیشگیری آن رسیده است. از این اشتباهات می‌توان به استفاده از متریال نامرغوب، عدم پیروی از ضوابط اجرایی و نصب توسط نیروهای کار مبتدی اشاره کرد. در چنین شرایطی، نباید انتظار داشت سازه مربوطه به خوبی بتواند در برابر بارهای وارده مقاومت کند. درواقع، این اشتباهات منجر به کاهش مقاومت و ایمنی سازه می‌شود و متوسط عمر مفید آن را به صورت چشمگیری کم می‌کند. برای پیشگیری از این اتفاق، باید خرید تیر مرکب مرغوب را در اولویت قرار دارد. نصب تیر مرکب هم باید توسط نیروهای ماهر طبق ضوابط مربوطه انجام بگیرد.
تیر مرکب که تلفیق بی‌نظیری از فولاد و بتن است، به‌عنوان یکی از دستاوردهای مهم صنعت ساخت‌وساز شناخته می‌شود. قبل از نصب تیر مرکب بایستی با مشخصات فنی آن اعم از وزن و ابعادش آشنا شوید. همان‌طور که جدول وزن میلگرد به صورت تخصصی تدوین شده است، این مقطع نیز جدول وزن مختص به خود را دارد. درمجموع، باید وزن تیر مرکب با سازه مربوطه همخوانی داشته باشد. از خصوصیات تیر مرکب نیز می‌توان به مقاومت فوق‌العاده در برابر فشار و کشش، وزن سبک و طول عمر بالا اشاره کرد. این گروه از تیرها به لطف ویژگی‌ها و مشخصات فنی که دارند در بسیاری از پروژه‌های ساختمان‌سازی، پل‌سازی و ساخت پروژه‌های تجاری و صنعتی مورد استفاده قرار می‌گیرند.
