आई-बीम

एक आई-बीम, जिसे एच-बीम (सार्वभौमिक स्तंभ (कॉलम, यूसी के लिए), डब्ल्यू-बीम ("विस्तृत कोर" के लिए), सार्वभौमिक बीम (यूबी), बेल्लित इस्पातीय जोईस्ट (आरएसजे) या डबल-टी (विशेष रूप से पोलिश, बल्गेरियाई, स्पेनिश, इतालवी और जर्मन में) के रूप में भी जाना जाता है, और यह एक आई या एच-आकार का अनुप्रस्थ काट वाला बीम है। आई के क्षैतिज तत्व कोर हैं, और लंबवत तत्व "वेब" है। आई-बीम्स सामान्यतः संरचनात्मक इस्पात से बने होते हैं और निर्माण कार्य और सिविल इंजीनियरिंग में उपयोग किए जाते हैं।

वेब अपरूपण बलों का विरोध करता है, जबकि कोर बीम द्वारा अनुभव किए जाने वाले अधिकांश झुकने वाले क्षणों का विरोध करता हैं। यूलर-बर्नौली बीम समीकरण यह दिखाता है कि वेब के तल में झुकने और कतरनी भार दोनों को ले जाने के लिए आई-आकार का खंड एक बहुत ही कुशल रूप है। दूसरी ओर, अनुप्रस्थ दिशा में अनुप्रस्थ काट की क्षमता कम होती है, और आघूर्ण बल ले जाने में भी अक्षम है, जिसके लिए खोखले संरचनात्मक वर्गों को प्रायः पसंद किया जाता है।

इतिहास
पिटवाँ लोहे के एक टुकड़े से बेल्लित आई-बीम बनाने की विधि, को 1849 में फोर्जेस डे ला प्रोविडेंस कंपनी के अल्फोंस हल्बो द्वारा आविष्कार किया गया था।

बेथलहम इस्पात बीसवीं शताब्दी के मध्य के अमेरिकी पुल और गगनचुंबी इमारत के काम में विभिन्न अनुप्रस्थ काट के बेल्लित संरचनात्मक इस्पात का एक प्रमुख आपूर्तिकर्ता था। आज, निर्मित अनुप्रस्थ काट द्वारा इस तरह के काम में बेल्लित अनुप्रस्थ काट आंशिक रूप से विस्थापित हो गया है।

अवलोकन
दो मानक आई-बीम रूप इस प्रकार हैं,
 * बेल्लित आई-बीम, तप्त बेल्लन, अतप्त बेल्लन या बहिर्बेधन (सामग्री के आधार पर) द्वारा गठित होते है।
 * प्लेट गर्डर, वेल्डिंग (या कभी-कभी बोल्टिंग या रिवेटिंग) प्लेटों द्वारा गठित होते है।

आई-बीम्स सामान्यतः संरचनात्मक इस्पात से बने होते हैं लेकिन ये अल्युमीनियम या अन्य सामग्रियों से भी बनाए जा सकते हैं। आई-बीम का एक सामान्य प्रकार बेल्लित इस्पातीय जॉइस्ट (आरएसजे) है - जो कभी-कभी गलत तरीके से प्रबलित इस्पातीय जॉइस्ट के रूप में प्रस्तुत किया जाता है। ब्रिटिश और यूरोपीय मानक भी सार्वभौमिक बीम (यूबी) और सार्वभौमिक स्तंभ, (यूसी) निर्दिष्ट करते हैं। इन वर्गों में समानांतर कोर हैं, जोकि कि आरएसजे कोर की अलग-अलग मोटाई के विपरीत है जो अब शायद ही कभी यूके में बेल्लित किए जाते हैं। समानांतर कोर को संयोजित करना आसान होता है और क्योकि यह टैपिंग वाशर की आवश्यकता को दूर करता है। यूसी की चौड़ाई और गहराई लगभग समान होती है और बहुमंजिला निर्माण में स्तंभों जैसे अक्षीय भार को ले जाने के लिए लंबवत रूप से उन्मुख होने के लिए अधिक उपयुक्त होते हैं, जबकि यूबी व्यापक होने की तुलना में काफी गहरे हैं, और फर्श में बीम तत्वों जैसे झुकने वाले भार को ले जाने के लिए अधिक उपयुक्त हैं।

आई-जॉइस्ट-फाइबरबोर्ड या परतदार चमकदार लकड़ी के साथ लकड़ी से तैयार किए गए आई-बीम्स- निर्माण में भी तेजी से लोकप्रिय हो रहे हैं, विशेष रूप से आवासीय, क्योंकि वे ठोस लकड़ी के जोइस्ट की तुलना में हल्के और कम विकुंचन दोनों होते हैं। हालांकि, असुरक्षित होने पर आग में उनकी ताकत के तेजी से नुकसान के रूप में कुछ चिंता का विषय रहा है।

बनावट
आई-बीम्स का व्यापक रूप से निर्माण उद्योग में उपयोग किया जाता है जोकि विभिन्न मानक आकारों में उपलब्ध हैं। किसी दिए गए अनुप्रयुक्त लोड के लिए उपयुक्त इस्पात आई-बीम आकार के आसान चयन की अनुमति देने के लिए टेबल्स उपलब्ध हैं। आई-बीम का उपयोग बीम और स्तम्भ दोनों के रूप में किया जा सकता है।

आई-बीम का उपयोग स्वयं या किसी अन्य सामग्री, और सामान्यतः ठोस दोनों के साथ संयुक्त रूप से कार्य करने के लिए किया जा सकता है। रुपरेखा निम्नलिखित मानदंडों में से किसी के द्वारा नियंत्रित की जा सकती है,
 * विक्षेपण, विरूपण को कम करने के लिए आई-बीम की कठोरता को चुना जाएगा,
 * कंपन, अस्वीकार्य कंपन को रोकने के लिए कठोरता और द्रव्यमान को चुना जाता है, विशेष रूप से कंपन के प्रति संवेदनशील सेटिंग्स में, जैसे कार्यालय और पुस्तकालय में ,
 * प्रवाह द्वारा झुकने की विफलता, जहां अनुप्रस्थ काट में प्रतिबल प्रवाह प्रतिबल से अधिक हो जाता है
 * पार्श्व मरोड़ आकुंचन द्वारा झुकने की विफलता, जहां संपीड़न में एक कोर आकुंचन में झुक जाता है या पूरे अनुप्रस्थ काट में मरोड़ हो जाता है
 * स्थानीय आकुंचन द्वारा झुकने की विफलता, जहां कोर या वेब इतना पतला होता है कि स्थानीय रूप से आकुंचन हो जाता है
 * स्थानीय प्रवाह, केंद्रित भार के कारण, जैसे बीम के समर्थन बिंदु पर,
 * कतरनी विफलता, जहां वेब विफल रहता है। वहाँ पतले जाले आकुंचन से विफल हो जाते हैं, और एक घटना में तरंगित हो जाते हैं, जिसे तनाव क्षेत्र क्रिया कहा जाता है, लेकिन कतरनी की विफलता भी कोर की कठोरता का विरोध करती है।
 * घटकों का आकुंचन या प्रवाह, उदाहरण के लिए, आई-बीम के वेब को स्थिरता प्रदान करने के लिए उपयोग किए जाने वाले दृढ़क।

झुकने के लिए बनावट
झुकने के तहत एक बीम अक्षीय तंतुओं के साथ उच्च तनाव देखता है जो तटस्थ अक्ष से सबसे दूर हैं। विफलता को रोकने के लिए, बीम की अधिकांश सामग्री इन क्षेत्रों में स्थित होनी चाहिए। तटस्थ अक्ष के करीब के क्षेत्र में तुलनात्मक रूप से बहुत कम सामग्री की आवश्यकता होती है। यह अवलोकन आई-बीम अनुप्रस्थ काट का आधार है, तटस्थ अक्ष वेब के केंद्र के साथ चलती है जो अपेक्षाकृत पतली हो सकती है और अधिकांश सामग्री कोर में केंद्रित हो सकती है।

आदर्श बीम वह है जिसमें कम से कम अनुप्रस्थ काटीय क्षेत्र (और इसलिए कम से कम सामग्री की आवश्यकता होती है) किसी दिए गए अनुभाग मापांक को प्राप्त करने के लिए आवश्यक है। चूंकि खंड मापांक जड़ता के क्षण के मूल्य पर निर्भर करता है, इसलिय एक कुशल बीम में इसकी अधिकांश सामग्री तटस्थ अक्ष से यथासंभव दूर स्थित होनी चाहिए। सामग्री की दी गई मात्रा तटस्थ अक्ष से जितनी दूर होगी, उतना ही बड़ा खंड मापांक होगा और इसलिए एक बड़े झुकने वाले क्षण का विरोध किया जा सकता है।

झुकने के कारण तनाव का प्रतिरोध करने के लिए एक सममित आई-बीम बनाते समय सामान्य प्रारंभिक बिंदु आवश्यक अनुभाग मापांक होता है। यदि स्वीकार्य तनाव $σ_{max}$ है और अधिकतम अपेक्षित झुकने का क्षण $M_{max}$ है, तो आवश्यक खंड मापांक $$ S = \cfrac{M_{\mathrm{max}}}{\sigma_{\mathrm{max}}} = \frac{I}{c} $$ द्वारा दिया जाता है

जहां $I$ बीम अनुप्रस्थ काट की जड़ता का क्षण है और $c$ तटस्थ अक्ष से बीम के शीर्ष की दूरी है (अधिक विवरण के लिए बीम सिद्धांत देखें)।

अनुप्रस्थ काटीय क्षेत्र $a$ और ऊंचाई $h$ के बीम के लिए, आदर्श अनुप्रस्थ काट में अनुप्रस्थ काट के ऊपर $h⁄2$ की दूरी पर आधा क्षेत्र होगा और दूसरा आधा अनुप्रस्थ काट के नीचे $h⁄2$ दूरी पर होगा। इस अनुप्रस्थ काट के लिए

I = \frac{ah^2}{4} \,; \quad S = \frac12 a h $$ हालांकि, इन आदर्श स्थितियों को कभी हासिल नहीं किया जा सकता है क्योंकि भौतिक कारणों से वेब में सामग्री की आवश्यकता होती है, जिसमें आकुंचन का विरोध करना भी सम्मिलित है। विस्तृत-कोर बीम के लिए, खंड मापांक लगभग

S \approx 0.35 a h $$ है जो आयताकार बीम और वृत्ताकार बीम द्वारा प्राप्त किए गए से बेहतर है।

मुद्दे
हालांकि आई-बीम वेब के समानांतर एक समतल में एकदिशीय झुकने के लिए उत्कृष्ट हैं, लेकिन वे द्विदिश झुकने में उतना अच्छा प्रदर्शन नहीं करते हैं। ये बीम मुड़ने के लिए थोड़ा प्रतिरोध भी दिखाते हैं और मरोड़ वाले भार के तहत अनुभागीय विकुंचन से गुजरते हैं। मरोड़ वाली समस्याओं के लिए, आई-बीम के बजाय बॉक्स बीम और अन्य प्रकार के कठोर वर्गों का उपयोग किया जाता है।

आकार और सामग्री (यू.एस.)
संयुक्त राज्य अमेरिका में, सबसे अधिक उल्लिखित आई-बीम व्यापक-कोर (डब्ल्यू) आकार है। इन बीमों में कोर होते हैं जिनकी आंतरिक सतहें उनके अधिकांश क्षेत्र में समानांतर होती हैं। अन्य आई-बीम्स में अमेरिकी मानक (निर्दिष्ट एस) आकार शामिल हैं, जिसमें आंतरिक कोर सतह समानांतर नहीं है, और एच-स्तंभ (नामित एचपी), जो सामान्यतः स्तंभ नींव के रूप में उपयोग किया जाता है। श्रेणी एएसटीएम ए992 में विस्तृत कोर आकार उपलब्ध हैं, जो सामान्यतः पुराने एएसटीएम श्रेणी ए572 और ए36 को प्रतिस्थापित करते है। पराभव सामर्थ्य की सीमा, अधिकांश इस्पात उत्पादों की तरह, आई-बीम में प्रायः कुछ पुनर्नवीनीकरण सामग्री होती है।
 * ए36, 36000 psi
 * ए572, 42000 –, 50000 psi के साथ अत्यन्त साधारण
 * ए588, ए572 के समान
 * ए992, 50000 - 65000 psi

मानक
निम्नलिखित मानक आई-बीम इस्पात वर्गों के आकार और सहनशीलता को परिभाषित करते हैं,

यूरोपीय मानक

 * ईएन 10024, तप्त बेल्लित शुंडाकार कोर आई अनुभाग- आकार और आयामों पर सहनशीलता।
 * ईएन 10034, संरचनात्मक इस्पातीय आई और एच अनुभाग- आकार और आयामों पर सहनशीलता।
 * ईएन 10162, अतप्त बेल्लित इस्पातीय अनुभाग- तकनीकी वितरण की स्थिति - आयामी और अनुप्रस्थ काटीय सहनशीलता

एआईएससी नियमावली
अमेरिकन इस्पातीय निर्माण संस्थान (एआईएससी) विभिन्न आकृतियों की संरचनाओं को बनाने के लिए इस्पातीय निर्माण नियमावली प्रकाशित करता है। यह इस तरह के प्रारूप बनाने के लिए सामान्य दृष्टिकोण, स्वीकार्य शक्ति प्रारुप (एएसडी) और भार और प्रतिरोध कारक प्रारुप (एलआरएफडी), (13वें संस्करण से शुरू) का दस्तावेजीकरण करता है।

अन्य

 * डीआईएन 1025-5
 * एएसटीएम ए 6, अमेरिकन मानक बीम
 * बीएस 4-1
 * आईएस 808 -आयाम तप्त बेल्लित इस्पात बीम, स्तंभ, चैनल और कोण खंड
 * एएस/एनजेडएस 3679.1 - ऑस्ट्रेलिया और न्यूजीलैंड मानक

पदनाम और शब्दावली
*संयुक्त राज्य अमेरिका में, इस्पातीय आई-बीम्स को सामान्यतः बीम की गहराई और वजन का उपयोग करके निर्दिष्ट किया जाता है। उदाहरण के लिए, एक "डब्ल्यू10x22" बीम की गहराई (एक कोर के बाहरी फलक से दूसरे कोर के बाहरी फलक तक आई-बीम की नाममात्र ऊंचाई) लगभग 10 in होती है और इसका वजन 22 lb/ft होता है। विस्तृत कोर अनुभाग बीम प्रायः उनकी नाममात्र गहराई से भिन्न होता है। डब्ल्यू14 श्रृंखला के मामले में, वे 22.84 in जितने ही गहरे हो सकते हैं।
 * कनाडा में, इस्पातीय आई-बीम अब आम तौर पर मापीय शर्तों में बीम की गहराई और वजन का उपयोग करके निर्दिष्ट किया जाता है। उदाहरण के लिए, एक "डब्ल्यू250x33" बीम की गहराई लगभग 250 mm होती है (एक कोर के बाहरी फलक से दूसरे कोर के बाहरी फलक तक आई-बीम की ऊंचाई) और इसका लगभग वजन 33 kg/m है। कई कनाडाई निर्माताओं के पास आई-बीम अभी भी यू.एस. आकार में उपलब्ध हैं।
 * मेक्सिको में, इस्पातीय आई-बीम्स को आईआर कहा जाता है और सामान्यतः मापीय शर्तों में बीम की गहराई और वजन का उपयोग करके निर्दिष्ट किया जाता है। उदाहरण के लिए, एक "आईआर250x33" बीम की गहराई लगभग 250 mm (एक कोर के बाहरी फलक से दूसरे कोर के बाहरी फलक तक आई-बीम की ऊंचाई) होती है और इसका लगभग वजन 33 kg/m है।
 * भारत में आई-बीम्स को आईएसएमबी, आईएसजेबी, आईएसएलबी, आईएसडब्ल्यूबी के रूप में नामित किया गया है। आईएसएमबी, भारतीय मानक मध्यम वजन बीम, आईएसजेबी, भारतीय मानक जूनियर बीम, आईएसएलबी, भारतीय मानक हल्के वजन बीम, और आईएसडब्ल्यूबी, भारतीय मानक विस्तृत कोर बीम। बीम्स को संबंधित संक्षिप्त संदर्भ के अनुसार अनुभाग की गहराई के अनुसार नामित किया गया है, जैसे उदाहरण के लिए आईएसएमबी450, जहां 450 मिलीमीटर (मिमी) में खंड की गहराई है। इन बीमों के आयामों को आईएस,808 (भारतीय मानक ब्यूरो के अनुसार) के अनुसार वर्गीकृत किया गया है।
 * यूनाइटेड किंगडम में, इन इस्पातीय वर्गों को सामान्यतः एक कोड के साथ निर्दिष्ट किया जाता है जिसमें प्रमुख आयाम (सामान्यतः गहराई) -x-मामूली आयाम-x-द्रव्यमान प्रति मीटर-अनुभाग प्रकार के साथ समाप्त होता है, और सभी माप मापीय होते हैं। इसलिए, एक 152x152x23युसी लगभग 152 mm गहरा152 मिमी चौड़ा और 23 kg/m लंबाई का एक स्तंभ खंड (युसी= सार्वभौमिक स्तंभ,) होगा।
 * ऑस्ट्रेलिया में, इन इस्पातीय वर्गों को सामान्यतः सार्वभौमिक बीम्स (यूबी) या स्तंभ (यूसी) के रूप में जाना जाता है। प्रत्येक के लिए पदनाम बीम की अनुमानित ऊंचाई, प्रकार (बीम या स्तंभ) और फिर इकाई मीटर दर (उदाहरण के लिए, एक 460युबी67.1 लगभग 460 mm गहरा सार्वभौमिक बीम है जिसका वजन 67.1 kg/m है) के रूप में दिया गया है।

सेलुलर बीम
सेलुलर बीम पारंपरिक "कैस्टेलेटेड बीम" का आधुनिक संस्करण है, जिसके परिणामस्वरूप बीम अपने मूल खंड से लगभग 40-60% गहरा होता है। सटीक समाप्त गहराई, सेल व्यास और सेल रिक्ति लचीली हैं। एक सेलुलर बीम अपने मूल खंड की तुलना में 1.5 गुना अधिक मजबूत होता है और इसलिए इसका उपयोग कुशल बड़े स्पैन निर्माण के लिए किया जाता है।

यह भी देखें

 * कनाडाई इस्पातीय निर्माण संस्थान
 * सी-बीम, जिसे एक संरचनात्मक चैनल या समानांतर कोर चैनल (पीएफसी) के रूप में भी जाना जाता है
 * डीआईएन 1025 - एक डीआईएन मानक जो आई-बीम्स के एक सेट के आयाम आयाम, द्रव्यमान और अनुभागीय गुणों को परिभाषित करता है
 * वेब इस्पातीय जॉइस्ट खोलें
 * प्रबलित कंक्रीट
 * इस्पातीय प्रारूप
 * संरचनात्मक कोण
 * टी बीम
 * वेल्ड ऐक्सेस होल

आगे की पढाई

 * See chapter 8, sections 8.4 ("Floor joists: wood or steel?") and 8.5 ("Increasing the stiffness of the steel sheet").

बाहरी कड़ियाँ

 * Canadian Institute of Steel Construction website
 * American Institute of Steel Construction website
 * Mexican Institute of Steel Construction website
 * Wood I-joists
 * British Constructional Steelwork Association website