تیرچه‌های فولادی با جان باز مونتاژ‌های پیش ساخته معمولی در سیستم‌های خرپایی سقف و کف هستند که در سازه‌های تحت بارگذاری‌های سبک به کار می‌روند. به لحاظ ساختاری، تیرچه‌های سری K از اعضای قطری پیوسته در وسط و اعضای پیوسته در بالا و پایین ساخته می‌شوند. در بسیاری از قوانین کمیته استاندارد ساختمان در مورد تیرچه‌ها، اعضای افقی بالا و پایین از مقاطع دو زاویه‌ای باید ساخته شوند و اعضای جان می‌توانند از میله‌های دایره‌ای، مقاطع تک زاویه‌ای شیبدار یا بدون شیب ساخته شوند.
ارتفاع و مقطع مورد استفاده بیانگر این حقیقت است که شیب دار شدن جان باعث حذف خروج از مرکزیت بین مرکز جان و میان تاژ تیرچه می‌شود. تعاریف، الزامات طراحی و جداول بارگذاری استاندارد توسط موسسه تیرچه‌های فولادی Steel Joist (SJI) تعریف شده است. در حال حاضر SJI چهار سری شاهتیر را معرفی کرده است ؛ 1- سری K؛ 2- دهانه عرض (LH)؛ 3- دهانه عریض عمیق (DLH)؛ 4- شاهتیرها.
تیرچه‌ها با توجه به عمق و عرض تعیین می‌شوند که به شرح زیر است: تیرچه‌های سری K تا عمق 8 تا 30 اینچ و طول دهانه 60 فوت؛ سری LH تا عمق 18 تا 48 اینچ و طول دهانه تا 96 فوت؛ سری DLH تا عمق 52 تا 72 اینچ و طول دهانه 144 فوت و سری شاهتیری تا عمق 20 تا 72 اینچ و طول دهانه تا 24 برابر عمق را پوشش می‌دهند. این مطالعه به بررسی رفتار اعضای تک زاویه‌ای در سری K می‌پردازد.
ظرفیت تیرچه به عنوان یک عضو سازه‌ای با یک معیار طراحی محدود کننده در یکی از سه عضو تشکیل دهنده، یا قدرت جوش اتصال جان و اعضای قطری کنترل می‌شود. عضو افقی بالا به طور معمول تحت فشار است و به طور پیوسته توسط سقف یا کف پشتیبانی می‌شود به طوری که کمانش خمشی یا کمانش پیچشی-خمشی در آنها کاملا غیر محتمل است. عضو افقی پایین به طور معمول تحت کشش محوری است و در فواصل معین توسط پل‌های عرضی پشتیبانی می‌شود. مقاومت طراحی عضو افقی بالا از تعامل فشار محوری و تنش خمشی به دست می‌آید.
خمش عضو افقی بالا به علت بارگذاری عرضی در مرکز برش بوده و حول محور ضعیف عضو است. مقاومت طراحی عضو افقی پایین بر اساس ظرفیت عملکرد عضو تحت کشش محوری تعیین می‌شود. مقاومت طراحی جان وابسته به اثرات خمشی است که به علت خروج از مرکزیت نیروی محوری رخ می‌دهد. هنگامی که زاویه واگرا است، میان تار تیرچه و مرکز جان بر هم منطبق هستند. بر این اساس، مقاومت طراحی اعضای جان شیبدار تحت فشار با تحلیل ستون بارگذاری شده متمرکز تعیین می‌شود.
با این حال، برای حالت بدون شیب جان، اثرات خمشی باید به خاطر عدم تمرکز بار و مقاومت طراحی ناشی از تعامل تیر- ستون حاصل شود. فرض بر این است که شرایط انتهایی اعضای جان شیبدار و بدون شیب به صورت مفصلی در اعضای افقی است. مقاومت جوش در اتصالات برای مقاومت در برابر حداقل دو برابر بار طراحی در اعضای متقاطع (جان و قطر) طراحی شده است. برای خروج از مرکزیت‌های معمولی در شبکه‌های بدون زاویه یکپارچه در تیرهای فولادی با جان باز، در نظر گرفتن این عضو به عنوان تیر ستون منجر به کاهش قابل توجهی در مقاومت طراحی نسبت به اعضای شیبدار می‌شود.
اندازه گیری مقاومت در تیرچه‌های سری K
مقاومت اندازه گیری شده در تسمه‌های فولادی تک زاویه‌ای که به صورت خارج از مرکز بارگذاری شده‌اند، به طور قابل توجهی بیشتر از معادلات تعامل (AISC، 1999) در طراحی LRFD به عنوان معیار طراحی است. این معادلات اشاره می‌کنند که مفروضات ساده‌ای که مربوط به شرایط صلبیت اتصالات انتهایی، تعاملات مقاومت و شرایط پایداری است منجر به کاهش قابل ملاحظه‌ای در ظرفیت عضو می‌شود. در نتیجه، مقاومت طراحی محدود شده به ظرفیت عضو بدون شیب، بیش از حد محافظه کارانه نسبت به رفتار اندازه گیری شده آن است.
در این مقاله یک مطالعه تجربی بر روی تیرچه‌های فولادی سری K در دوحالت شیبدار و بدون شیب انجام شده است که دارای زاویه‌های سازه‌ای L1 × 1 × 7/64 اینچ هستند. تمرکز این مطالعه بر روی مقادیر نیروی محاسبه شده برای اعضای جان شیبدار و بدون شیب با مقاومت طراحی به دست آمده از مدل‌های تحلیلی موجود است. با توجه به منابع ذکر شده واضح است که اندازه گیری خمش و پایداری باید بیشتر مورد بررسی قرار گیرد تا مدل‌های طراحی تحلیلی به صورت واقع بینانه و قابل قبول باشند.
مقاومت‌های محاسبه شده با مقادیر سرویس و طراحی نهایی محاسبه شده منطبق بر مشخصات استاندارد SJI، جداول بارگذاری و جداول وزنی برای اتصالات فولادی و مطابق با مشخصات AISC برای ساختمان‌های فولادی، طراحی تنش مجاز و طراحی (AISC، 1989) و مشخصات طراحی بارگذاری و مقاومت اعضای تک زاویه‌ای (AISC، 2000) هستند. همچنين، خمش در اعضای بحرانی جان با توجه به تنش در مقطع در وسط دهانه اندازه گيری می‌شود.