تیر (Beam): ستون فقرات سازه‌ها در برابر خمش
تیر چیست و چگونه کار می‌کند؟
یک تیر، مانند یک پل کوچک در داخل ساختمان عمل می‌کند. وقتی شما روی یک تخته چوبی که بین دو بلوک قرار داده‌اید قدم می‌گذارید، آن تخته چوبی یک تیر ساده است. این تیر تحت تأثیر وزن شما خم می‌شود. قسمت پایینی تیر کشیده می‌شود و قسمت بالایی آن فشرده می‌شود. این پدیده دقیقاً همان خمش۲ است که تیر برای تحمل آن طراحی شده است.
مقاومت یک تیر به عوامل مختلفی بستگی دارد:
| عامل | تأثیر | مثال ساده |
|---|---|---|
| جنس ماده | فولاد بسیار قوی‌تر از چوب است. | شکستن یک چوب کبریت در مقابل خم کردن یک میله فولادی |
| شکل مقطع | تیرهای I شکل بسیار بهینه‌تر از تیرهای مربعی هستند. | خم کردن یک خط‌کش پهن به جای لبه آن بسیار سخت‌تر است. |
| طول تیر | تیرهای بلندتر آسان‌تر خم می‌شوند. | یک تیر چوبی 2 متری در مقابل یک تیر 1 متری |
انواع تیر از نظر شکل مقطع
تیرها را بر اساس شکل برش آن‌ها (مقطع) دسته‌بندی می‌کنند. هر شکل برای کاربرد خاصی مناسب است.
| نوع تیر | شکل | مزایا و کاربردها |
|---|---|---|
| تیر مستطیلی | یک چهارضلعی ساده | ساده و ارزان؛ معمولاً در تیرهای چوبی سقف‌ها و قاب‌های در |
| تیر I شکل | شبیه حرف I انگلیسی | بسیار مقرون‌به‌صرفه و سبک؛ پرکاربردترین تیر فولادی در ساختمان‌های بلند و پل‌ها |
| تیر T شکل | شبیه حرف T انگلیسی | اغلب به عنوان تیر کناری در سقف‌ها و دال‌های بتنی استفاده می‌شود. |
| تیر لوله‌ای | مقطع دایره‌ای یا مربعی توخالی | مقاومت عالی در برابر پیچش؛ ایده‌آل برای داربست‌ها و سازه‌های فضایی |
تیرها در زندگی روزمره: از خانه تا پل
شما هر روز بدون آن که بدانید از روی ده‌ها تیر عبور می‌کنید یا در زیر آن‌ها زندگی می‌کنید. در خانه‌ی شما، تیرهای چوبی یا فولادی، سقف و کف طبقات را نگه می‌دارند. وقتی از پل عابرپیاده عبور می‌کنید، عرشه‌ی پل بر روی تیرهای بلند فولادی یا بتنی قرار گرفته است. حتی قاب پنجره‌ی فلزی اتاق شما نیز یک تیر کوچک است که وزن شیشه را تحمل می‌کند.
یک مثال جالب، تیرهای I شکل هستند. اگر از یک ساختمان در حال ساخت دیدن کنید، انبوهی از این تیرهای فولادی را خواهید دید که مانند اسکلت یک غول آهنی به نظر می‌رسند. این تیرها به دلیل شکل خاص خود، با کمترین مقدار۳ ماده، بیشترین مقاومت را در برابر خمش ایجاد می‌کنند که باعث صرفه‌جویی در هزینه و وزن می‌شود.
اشتباهات رایج و پرسش‌های مهم
خیر. اگر عضو افقی اصلی‌ترین عاملی که تحمل می‌کند کشش یا فشار باشد (مانند یک کابل)، به آن تیر گفته نمی‌شود. مفهوم تیر مختص به عضوهایی است که خمش، عامل اصلی باربری آن‌هاست.
به دلیل توزیع هوشمندانه‌ی ماده. در تیر I شکل، بیشتر مواد در بالاترین و پایین‌ترین نقطه‌ی مقطع (بال‌ها) قرار گرفته‌اند، جایی که بیشترین تنش‌های کششی و فشاری ناشی از خمش به وجود می‌آید. بخش میانی (جان تیر) فقط برای اتصال دو بال به هم و مقاومت در برابر برش نگه داشته می‌شود. این کار باعث می‌شود وزن تیر کاهش یابد در حالی که مقاومت آن حفظ شده یا حتی افزایش می‌یابد.
اصلاً اینطور نیست! تیرها در بسیاری از وسایل اطراف ما وجود دارند. بازوی یک جرثقیل، شاسی یک کامیون، تخته‌ی شیرجه و حتی میله‌ی بلند یک ترازو همگی نمونه‌هایی از تیر هستند که در حال تحمل بار خمشی می‌باشند.
تیرها اعضای سازه‌ای اساسی هستند که بارهای عمودی را از طریق پدیده‌ی خمش به تکیه‌گاه‌ها منتقل می‌کنند. آن‌ها در شکل‌های مختلفی مانند مستطیلی، I شکل و لوله‌ای ساخته می‌شوند که هر کدام مزایای خاص خود را دارند. درک اصول اولیه‌ی عملکرد تیرها نه تنها برای مهندسان، بلکه برای همه‌ی کسانی که کنجکاو هستند بدانند دنیای اطراف ما چگونه سرپا ایستاده است، جذاب و مفید می‌باشد.
پاورقی
۱ تیر (Beam): عضو سازه‌ای افقی که بارهای عمودی را عمدتاً از طریق مقاومت در برابر خمش تحمل می‌کند.
۲ خمش (Bending): تغییر شکل یک عضو تحت تأثیر گشتاورهای خارجی که باعث کشیده شدن یک سمت و فشرده شدن سمت دیگر آن می‌شود.
۳ amount (مقدار): در این متن به معنای "مقدار ماده" به کار رفته است.
