تیرآهن چیست و چه کاربردی دارد

در پاسخ به این سوال که «تیر آهن چیست» می‌توان این طور توضیح داد که تیر آهن (Structural Beam) یک پروفیل اساسی ساختمانی است و در ایجاد سازه‌ها و اسکلت ساختمانی فلزی نقش بسیار مهمی را ایفا می‌کند. پروفیل به مقاطع فولادی تو خالی گفته می‌شود که به دو دسته پروفیل‌های ساختمانی و پروفیل‌های صنعتی تقسیم می‌شود. پروفیل‌ها در ساختمان سازی بسیار پر کاربرد هستند.

کاربری کلی تیر آهن

اساس ساخت اسکلت فلزی ساختمان، همین تیرآهن‌هایی است که بدنه‌ی سازه‌های ساختمانی را تشکیل می‌دهد. این قطعات فلزی، هنگامی که به صورت افقی به کار می‌رود تیر و در استفاده به شکل عمودی ستون نامیده ‌می‌شود. وظیفه اصلی این پروفیل‌ها تحمل بار وارده بر ساختمان و تنش‌های به وجود آمده در اثر نیروی برشی و همچنین لنگرهای خمشی است.

سطح مقطع تیر آهن که از دو بخش تشکیل می‌شود به صورت I و H است. قسمت اصلی تیر هن که بخش اصلی آن محسوب می‌شود را «جان» و به لبه‌های اطراف جان «بال» می‌گویند. تفاوت اندازه و نسبت جان و بال تیر آهن، انواع تیرآهن‌ها را به وجود می‌آورد که هر کدام متناسب با شکل خاص خود کاربردهای متفاوتی دارند.

انواع تیر آهن

بعد از پاسخ به سوال تیر آهن چیست می‌توانیم به بررسی انواع تیرآهن‌های موجود بپردازیم. تیرآهن‌ها را می‌توان مطابق با استاندارد تولید، نوع تکیه‌گاه و همین طور شکل هندسی آن طبقه بندی کرد.

بر اساس استانداردهای تولید

• تیر آهن IPE، مطابق با استاندارد اروپا و ایران تولید می‌شوند و ابعاد آن 80 در 600 میلیمتر است. این نوع تیر آهن ضخامت یکسانی در قسمت بال‌ها دارد. در حقیقت تمامی سطح بال از ابتدا تا انتها یکنواخت است. در ایران طراحی سازه‌ها معمولاً بر اساس این نوع تیر آهن انجام می‌گیرد و به همین علت تولید این نوع تیر آهن و همین طور واردات آن بیشتر است.
• تیر آهن INP بر اساس استاندارد چین و روسیه تولید می‌شوند و ابعاد آن 80 در 600 میلیمتر است. در این نوع تیر آهن، ضخامت سطح بال‌ها یکسان نیست و قطر بال از سمت جان به بیرون کاهش پیدا می‌کند.
• تیر آهن IPB که بال‌های پهنی دارد و ابعاد آن 100 در 1000 میلیمتر است. این تیرآهن‌ها بال‌های بزرگتری نسب به دو نوع تیر آهن دیگر دارند و اچ شکل (H) هستند. و به همین علت به تیر آهن هاش نیز معروفند. طول بال‌های تیر آهن هاش از دیگر تیرآهن‌ها بیشتر است. این تیر آهن در ساختمان‌های بزرگ تجاری، سوله‌ها و … استفاده می‌شود و از نظر وزن با یکدیگر متفاوت هستند. تیر آهن با بال پهنِ سنگین، ضخیم‌تر و تیر آهن با بال پهنِ سبک، ضخامت کمتری دارد. برای نشان دادن میزان سنگینی تیر آهن از وی (V) و برای نشان دادن سبکی تیر آهن از علامت (L) استفاده می‌کنند.

 

مزایای نوع اچ شکل تیر آهن چیست؟

از دیرباز تیرآهن‌های مدل I شکل محبوبیت زیادی در ساختمان سازی داشتند. اما با افزایش ارتفاع ساختمان‌ها و به دنبال آن افزایش فشار و وزنی که به تیرآهن‌ها وارد می‌شد لازم بود تیر آهن مستحکم‌تر و سخت‌تری مورد استفاده قرار بگیرد. در ابتدا با متصل کردن تیرآهن‌های IPE و تقویت آن با ورق‌های فولادی، تیرآهن‌هایی با مقطع کاملاً مستحکم و مقاوم به وجود آمد اما این محصول یک نقطه ضعف داشت. تیرآهن‌های IPE تنها از یک زاویه کشش مقاومت داشت. به این ترتیب تیرآهن‌های جدیدی پا به عرصه ساختمان سازی گذاشت که H شکل بودند و می توانستند از دو زاویه، کشش را تحمل کنند. علاوه بر این تیرآهن‌های H شکل مزایای دیگری هم داشتند.

این تیرآهن‌ها ضریب خطا را کاهش می‌دهند و باعث می‌شوند سازه به صورت یکنواخت شکل بگیرد. به دلیل این که راحت‌تر از تیرآهن‌های دیگر نصب می‌شوند استفاده از آن‌ها سرعت پیشرفت پروژه را نیز افزایش می‌دهد. به این ترتیب در هزینه‌های میدانی و عملیاتی پروژه نیز صرفه جویی خواهد شد. در کنار مزایای گفته شده می‌توان به کاهش میزان مصرف آهن و به دنبال آن کاهش هزینه‌های مربوط به مصالح ساختمانی نیز اشاره کرد. در نهایت نیز استفاده از این تیرآهن‌ها در استحکام و بالا رفتن میزان مقاومت ساختمان مؤثر است.

بر اساس نوع تکیه‌گاه

• تیر آهن ثابت که توانایی چرخش ندارد و از بخش انتهایی پشتیبانی شده‌اند.
• تیر آهن پشتیبان ساده که امکان چرخش در آن‌ها وجود دارد و از بخش انتهایی پشتیبانی می‌شوند.
• تیر آهن یک سو آزاد
• تیر آهن دوسو آزاد
• تیر آهن پیوسته تکیه گاهی است که از دو یا چند تیر پشتیبانی می‌کند.
• تیر آهن کنسول که به سمت بیرون قرار می‌گیرد و یک سوی آن ثابت است.
• تیر آهن خرپا

بر اساس شکل هندسی

• تیرآهن‌های مستقیم
• تیرآهن‌های مخروطی
• تیرآهن‌های منحنی

ویژگی‌های تیر آهن IPE چیست؟

همان طور که گفته شد تیر آهن IPE بر اساس استاندارد اروپا تولید می‌شود و نام آن به طور کامل IProfile Eroeenne است. این تیر آهن حالت I شکل دارد و ضخامت بال‌ها و جان در آن یکسان است. از این تیر آهن به عنوان ستون یا خرپا، پل لانه زنبوری و تیرهای افقی سقف استفاده می‌شود. این تیر آهن در سازه‌هایی که ارتفاع زیادی دارند کاربرد بسیار زیادی دارد. از مزایای آن این است که نسبت به بتن فضای کمتری را اشغال می‌کند. اما در دمای بالا مقاومت آن کم است. در شرایط جوی نامناسب دچار فرسودگی و خوردگی می‌شود و گاهی در محل اتصال جوش آن مشکلاتی وجود دارد.

تیر آهن IPE انواع مختلفی دارد مانند St 37، St 44 و St 52. برای تعیین و انتخاب تیرآهن‌ها بر اساس مشخصات فنی بهتر است از جدول اشتال تیر آهن استفاده کرد تا ابعاد مختلف تیر آهن و مساحت، ضخامت، ارتفاع و وزن تیر آهن را بتوان با هم مقایسه کرد.

نوعِ لانه زنبوریِ تیر آهن چیست؟

علت نامگذاری این نوع تیر آهن به خاطر شکل ظاهری آن و وجود بخش‌های توخالی در قسمت جان تیرآهن‌هاست که به خاطر شباهت ظاهری آن به لانه‌های زنبور به لانه زنبوری معروف شده است. وجود این حفره‌ها در سرتاسر این نوع تیر آهن باعث می‌شود قدرت تحمل و مقاومت آن بالا برود. چرا که نقش مهم آن‌ها تحمل نیروی لنگر خمشی در سازه فلزی است.

ویژگی تیرآهن‌های لانه زنبوری سبکی وزن، تحمل نیروی لنگر خمشی و وجود حفره‌هایی است که برای قرار دادن لوله‌های برق و تأسیسات ساختمانی کاربرد دارد. استفاده از این تیر آهن از نظر اقتصادی نیز مقرون به صرفه است. تیر آهن لانه زنبوری ارتفاع بیشتری نسبت به تیر اصلی دارد و از آن مقاوم‌تر و استوارتر نیز هست.

مزایای تیر آهن زنبوری

• یکی از مهم‌ترین مزایای تیر آهن لانه زنبوری مربوط به سطح مقطع غیر فشرده آن است که باعث می‌شود مقاومت این نوع تیر به دلیل فاصله بال‌ها و افزایش ارتفاع تیر از سایر تیرآهن‌ها با سطح مقطع فشرده و استاندارد بیشتر شود. به این ترتیب هم مقاومت خمشی و هم میزان سختی آن افزایش می‌یابد.
• هنگامی که یک تیر آهن به نوع لانه زنبوری تبدیل می‌شود می‌توان یک تیر بلندتر، مستحکم‌تر و در عین حال هم وزن تیر استاندارد اصلی را در اختیار داشت. علاوه بر این، به دلیل وجود حفره‌ها در سرتاسر تیر وزن سازه به مقدار چشمگیری کاهش پیدا می‌کند. با کم شدن وزن سازه، عوامل مؤثر در فشارهای وارده بر سازه در هنگام زلزله نیز کاهش خواهد یافت. به این ترتیب سازه انعطاف پذیرتر و همین طور ایمن‌تر خواهد بود.
• از آن جا که تیر آهن لانه زنبوری وزن کمتری نسبت به تیرآهن‌های معمولی دارد استفاده از آن، وزن مرده ساختمان را کاهش خواهد داد که از این طریق فشار کمتری بر روی سازه و همین طور ستون‌ها وارد می‌شود.
• علاوه بر این با استفاده از تیرآهن‌های لانه زنبوری می‌توان به اندازه زیادی ارتفاع سقف را کاهش داد. در هنگامی که به دلیل طراحی ساختمان محدودیت‌هایی در ناحیه سقف وجود دارد و نمی‌توان ضخامت سقف را افزایش داد. در این موارد استفاده از تیرهای لانه زنبوری بهتر از سایر تیرآهن‌هاست. این تیرها می‌توانند نقش انتقال دهنده بار به سایر بخش‌های سازه را ایفا کنند.
• همین طور تا حدودی صرفه جویی بیشتری در مصرف فولاد و آهن انجام می‌شود. راهکار عبور دادن تأسیسات از داخل حفره‌های موجود در این تیرآهن‌ها نیز یک ویژگی منحصر به فرد است که کمک بسیار زیادی به طراحی و ساخت ساختمان می‌کند.

معایب تیر آهن لانه زنبوری

حال که دانستیم مزایای این نوع تیر اهن چیست بهتر است یا معایبش هم آشنا شویم. اگر چه وجود حفره‌های تیر آهن لانه زنبوری مزایای خاص خودش را دارد اما از معایب آن هم می‌توان به کاهش مقاومت برشی در جایی که پل به ستون متصل می‌شود و همین طور نیاز به جوش دادن سرتاسر تیرآهن‌ها اشاره کرد. تیر آهن لانه زنبوری را تنها می‌توان به صورت پل در یک دهانه و همین طور به صورت پل ممتد در سازه مورد استفاده قرار داد.

• حفره‌هایی در تیر آهن لانه زنبوری وجود دارد باعث می‌شود تنش‌های برشی در تکیه گاه پل را به ستون و تنش‌های برشی محل اتصال تیر آهن فرعی را به پل لانه زنبوری منتقل کند. به همین خاطر لازم است بعضی از حفره‌ را با ورق فلزی جوش بدهند تا اتصالات درست انجام بشود و این عیب رفع شود.
• در سازه‌های فلزی، تیر آهن لانه زنبوری را به صورت پل تنها می‌توان با یک دهانه و یا به صورت یک پل ممتد مورد استفاده قرار داد.
• در یک سازه اتصالات نقش بسیار مهمی در انتقال بار از یک بخش به بخش دیگر دارند. اگر اشکالی در این نقاط اتصال وجود داشته باشد از کارکرد آن در زمینه تحمل بار و مقاومت سازه کاسته می‌شود. به همین علت باید عملیات جوشکاری و فرآیند ایجاد اتصالات را دقت و مهارت بیشتری به سرانجام رساند.
• یکی از نقاط ضعفی که در این تیرها وجود دارد این است که به دلیل وجود حفره در قسمت جان تیر آهن و کاهش سطح این قسمت، در این ناحیه دچار ضعف است.
• موضوع دیگری که وجود دارد مشکل لهیدگی در بخش جان و در محل متصل شدن مقاطعی است که برش خورده‌اند. در قسمت‌هایی که فشار بار وجود دارد و همین طور در نزدیکی نقاط تکیه گاه، که این بخش‌ها دچار ضعف هستند باید به این مسئله توجه بیشتری کرد. برای رفع این مشکل می توان با استفاده از ورق‌های فلزی این بخش‌ها را تقویت کرد. علاوه بر این می‌توان در بعضی موارد از تیرآهن‌های لانه زنبوری دوبل نیز استفاده کرد.

• ساختار ظاهری تیرهای لانه زنبوری به گونه‌ای است که تحت تأثیر تغییرات لنگر خمشی دچار تغییر شکل می‌شوند و اگر نیروهای جانبی همانند آن چه که در زلزله اتفاق می‌افتد بر آن وارد شود از لحاظ مقاومت چندان قابل اعتماد نیست. به طور کلی تیرآهن‌های لانه زنبوری به دلیل سطح مقطع کمتر ضریب ایمنی کمتری دارند اما به دلیل مزایایی که دارند پرطرفدارند.
• بالا رفتن سطح تنش و افزایش حوزه تنشی درگوشه‌ی حفره‌های تیر آهن لانه زنبوری در هنگام وقوع زلزله هم یکی از دیگر نقاط ضعف این تیرها به شمار می‌رود. همین طور انواع مختلفی از گسیختگی در تیرهای لانه زنبوری به وجود می‌آید.

کاربرد اصلی تیر آهن چیست؟

یک ساختمان برای استحکام و مقاومت در وهله اول نیاز به تیر آهن دارد. تیرآهن‌ها در بخش‌های مختلف بنا متناسب با نوع و ویژگی‌ها و همین طور نیازهای یک سازه مورد استفاده قرار می‌گیرند.

• مهم‌ترین کاربردی که تیر آهن در ساختمان‌ سازی دارد استفاده از آن به عنوان ستون در اسکلت فلزی یک بناست. تیر آهن هاش که بال‌های پهنی دارد برای استفاده به عنوان ستون، مناسب‌تر از سایر تیرآهن‌هاست.
• یکی از کاربردهای مهم تیر آهن استفاده از آن به عنوان کفی ستون است. این کفی‌ها به دلیل این که می‌توان آن‌ها را جوشکاری کرد و یا برای پیچ کاری مورد استفاده قرار داد برای اتصال نبشی مورد استفاده زیادی دارند. کفی ستون این قابلیت را دارد که محافظ خوبی برای نبشی‌ها و و ستون‌ها باشد.
• از تیر آهن به عنوان شاه‌ تیر نیز استفاده می‌شود. شاه تیر ستونی است که دیگر ستون‌ها به آن وصل می‌شود و تیرک‌های میانی طبقات را نگه می‌دارد.
• تیرک‌ها در اطراف تیرآهن‌ها قرار می‌گیرند و تحمل بخشی از بار ساختمان را بر عهده دارند اما اهمیت و جایگاه آن‌ها از ستون‌ها و شاه‌ تیر کمتر است.
• در سقف انبارها و سوله‌ها برای ساخت خرپا از تیر آهن استفاده می‌شود. تیرهای باریک کرومیت طول بیشتری دارند اما باریک‌ تر هستند. این نوع تیرها دارای یک بخش نشیمن‌گاهی هستند تا بتوانند بر روی تیر اصلی قرار بگیرند.

مزایای استفاده از تیر آهن چیست؟

تیرآهن‌ها قطعات آماده‌ای هستند که درکارخانه تولید می‌شوند و بسته به نیاز مشتری و طراحی صورت گرفته در ساختمان در حال احداث، می‌توان موارد متعدد و متفاوتی از آن را سفارش داد. چون این قطعات به صورت صنعتی تولید می‌شوند احتمال بروز خطا یا مشکل در تولید آن‌ها نیز به کمترین حد خود می‌رسد.

به دلیل آماده بودن این مصالح و قطعات، استفاده از آن هم به آسانی صورت می‌گیرد که باعث می‌شود سرعت کار نیز بالاتر برود. هر چه سازه مورد نظر و ساختمان در حال ساخت بلندتر باشد استفاده از تیرآهن‌ها نیز به مراتب راحت‌تر خواهد بود. اگرچه لازم است برای بهبود روند کار و افزایش سطح بهره‌وری و همین طور کاهش خطا از متخصصان با تجربه برای این کار استفاده شود.

از مسائل مهمی که در رابطه با استفاده از تیرآهن‌ها و سازه‌های فلزی وجود دارد این است که پس از اتمام ساخت و ساز کار نیز می‌توان باز هم کار را توسعه داد و از این نظر مانعی وجود نخواهد داشت.

از دیگر مزایای استفاده از تیر آهن و سازه‌های فلزی این است که به نسبت سازه‌های بتنی حجم کمتری می‌گیرد و در نهایت با صرفه جویی در هزینه‌ها استفاده از آن بسیار مقرون به صرفه خواهد بود.

معایب استفاده از تیر آهن

فلزات در یک نگاه کلی همیشه در برابر شرایط جوی و همین طور محرک‌های محیطی دچار تغییراتی می‌شوند. واکنشی که فلزات در شرایط محیطی مختلف نشان می‌دهند یک عامل آسیب‌زا برای اسکلت ساختمان به شمار ‌می‌رود که در برابر آن باید تمهیداتی اندیشید.

دمای زیاد یکی از همین عوامل است. هنگامی که دما از یک آستانه مشخص بالاتر می‌رود مقاومت سازه‌های فلزی کاهش پیدا می‌کند و حفظ تعادل آن به خطر می‌افتد. برای جلوگیری از این اتفاق در مکان‌هایی که احتمال بالا رفتن دما وجود دارد می توان از پوشش‌های مخصوصی برای حفظ و نگهداری سازه استفاده کرد.

از دیگر عوامل مشکل‌ساز برای سازه‌های فلزی رطوبت بالاست. فلزات هنگامی که در معرض رطوبت قرار می‌گیرند دچار خوردگی می‌شوند و این مسئله آسیب جدی به بدنه سازه فلزی وارد می‌کند. برای جلوگیری از این آسیب، به خصوص در مناطقی که رطوبت هوا زیاد است باید تیرآهن‌های به کار رفته در اسکلت فلزی را با پوشش‌های مناسب محافظت کرد.

از دیگر عوامل مشکل‌ساز در رابطه با اسکلت فلزی مسئله کمانش است که این مورد هم به ماهیت درونی فلزات باز می‌گردد و باید مورد توجه قرار گیرد.

آخرین موضوعی که باید درباره مقاله «تیر آهن چیست» مورد توجه قرار داد توجه به جوشکاری و اتصالات تیرآهن‌هاست. بهترین راه برای متصل کردن تیرآهن‌ها استفاده از پیچ و مهره است. این روش بسیار اقتصادی و فنی‌تر از جوشکاری است. با این حال در بیشتر موارد از جوشکاری برای این کار استفاده می‌شود. چرا که انجام جوشکاری نیاز به مهارت فنی بالا و همین طور تجهیزات با کیفیت دارد. برای اطمینان از کیفیت جوشکاری انجام شده نیاز به تست جوش است تا بتوان از سلامت محل جوشکاری شده اطمینان کامل حاصل کرد که این کار نیاز به صرف وقت و هزینه بیشتری دارد.با ما تماس بگیرید.

مقالات پیشنهادی : گریتینگ چیست و چه کاربردی دارد

پیج اینستاگرام ما: navard.mohammad@