هدف از این مقاله ارائه روش‌ها و جزئیات پیشنهاد شده برای تقویت تیرچه‌های فولادی با جان باز است. تقویت تیرچه‌های فولادی با جان باز در اغلب موارد به علت اضافه کردن واحدهای پشت بام، تسمه نقاله‌های زیر بخشی و یا افزایش بارهای اعمال شده که در مشخصات اصلی تیرچه‌ها مورد توجه قرار نگرفته‌اند، مورد نیاز است. سه روش اساسی برای تقویت سیستم تیرچه‌ها یا سیستم بارگذاری آنها وجود دارد:
- توزیع مجدد بار.
- اضافه کردن تیرچه‌ها یا تیرهای جدید.
- تقویت تیرچه‌های موجود.
ظرفیت تیرچه‌های فولادی موجود
اولین گام در تعیین این که یک سیستم تیرچه نیاز به تقویت دارد این است که ظرفیت تیرچه را تعیین کنید. تیرچه بتنی و فولادی هر کدام ظرفیت تحمل بار مشخصی دارند. برای تعیین ظرفیت می‌توان با استفاده از جداول بارگذاری تیرچه‌های فولادی (SJI) که در کتابچه راهنمای تیرچه‌های فولادی (SJI، 2003) موجود است، انجام داد.
مشخصات SJI برای تمام تیرچه‌های ساخته شده از 1928 تا 2003 لیست شده است. الزامات مربوط به مشخصات ظرفیت اعضای جان به طور ویژه‌ای حائز اهمیت است (اعضای جان تیرچه‌های H شکل برای حداقل 50٪ از واکنش نهایی طراحی شده‌اند، در حالی که تیرچه‌های سری S فقط برای حداقل 25٪ از واکنش نهایی طراحی شده‌اند).
اگر داده‌های مورد نیاز مربوط به سیستم تیرچه در دسترس نباشد، در نتیجه اندازه گیری‌های دقیق اعضای قطری و جان برای محاسبه ظرفیت تیرچه باید انجام شود. اگر بتوانید سال مربوط به تولید تیرچه را مشخص کنید، از جداول مشخصه‌ها و جداول بارگذاری می‌توانید برای تعیین دیاگرام پوش برش و خمش استفاده کرد. اگر نمی‌توانید از جداول بارگذاری تیرچه‌ها استفاده کنید، می‌توانید از یک تجزیه و تحلیل برای تعیین نیروی مجاز (ASD) یا طراحی (LRFD) در تیرچه‌های استفاده کنید.
مشخصات SJI برای تیرچه‌های سری K اجازه می‌دهد که بتوانید از خروج از مرکزیت در مفاصل قطری به هنگام تجزیه و تحلیل صرف نظر کنید، این کار تنها در صورتی امکان پذیر است که از قانون "w rule" استفاده شود. این قانون از بخش 4.5 (d) مشخصات استاندارد SJI برای اتصالات فولادی Open Web Steel، K-Series (SJI)، (2005) برگرفته شده است. با توجه به مشخصات، اعضای متصل در مفاصل باید دارای یک نقطه تلاقی برای محور مرکزی خود باشند.
در غیر این صورت، باید توجه ویژه‌ای به تاثیر خروج از مرکزیت معطوف شود. در هیچ صورتی، خروج از مرکزیت هر عضو جان در محل مفصل نباید بیش از ابعاد کلی باشد که در معمولا در پلان جان اندازه گیری می‌شود که به بزرگترین عضو متصل است. خروج از مرکزیتی هر عضو جان به معنای فاصله عمودی محور مرکزی عضو جان تا نقطه‌ای بر روی محور مرکزی عضو قطری است که به طور عمودی در بالای یا پایین محل تقاطع محور مرکزی اعضای قطری تشکیل دهنده مفصل است.
بهره‌گیری از مشخصات تیرچه‌ها
مشخصات SJI برای تیرچه‌های سری LH، سری‌های DLH و تیرچه‌های شاهتیری نشان می‌دهد که خروج از مرکزیت در هر دو طرف محور خنثی اعضای قطری ممکن است قابل اغماض باشد، در حالی که از فاصله بین محور خنثی و پشت عضو قطری بیشتر نباشد. مشخصات SJI برای تیرچه‌های سری K این امکان را می‌دهد که بتوانید از لنگرهای خمشی در اعضای قطری بالا صرف نظر کنید، در صورتی که فاصله بین نقاط پانل بیش از 24 اینچ نباشد.
این تحلیل‌ها و فرضیات طراحی توسط صدها آزمایش انجام شده به طور سالیانه توسط تولید کنندگان به عنوان روشی محافظه کارانه شناخته شده‌اند. نویسنده پیشنهاد می‌کند که هنگام تجزیه و تحلیل تیرچه‌ها (یک تجزیه و تحلیل خطی درجه یک کافی است) با اعضای تقویت کننده، باید معیارهای زیر در مدل مورد استفاده قرار بگیرد:
- وقتی که خروج از مرکزیت بیشتر از مقادیر مجاز ذکر شده در SJI باشد، باید در نظر گرفته شود
- لنگرهای اعضای قطری بالا را در طراحی در نظر بگیرید، حتی زمانی که فاصله نقاط پانل کمتر از 24 اینچ باشد.
- از اتصالات مفصلی در انتهای اعضای جان استفاده شود که در طراحی تیرچه‌ها روشی استاندارد به حساب می‌آید.
بند 2 به این دلیل پیشنهاد می‌شود که تیرهای تقویت شده از نظر تست برای ارزیابی فرضیات طراحی و تحلیل استفاده نمی‌شوند.
قبل از تصمیم گیری در مورد روش تقویت مناسب، طراح باید به اندازه کافی اطلاعات در مورد سیستم تیرچه‌ها و تقویت آنها کسب کند.