تیرآهن، پروفیلی است که وظیفه اصلی آن تحمل تنش‌های حاصل از نیروی برشی و لنگر خمشی است و عمده استفاده آن در صنعت ساختمان‌سازی است. در فرآیند تولید این محصول از نورد گرم استفاده می‌کنند و تنها برخی مراحل متفاوت در تولید معمولی و هاش آن وجود دارد.
این محصول فولادی که کاربرد زیادی در ساختمان‌ها دارد بر اساس نسبت بال و عرض‌ها در گروه‌های متنوعی قرار می‌گیرد، در این مطلب قصد داریم ابتدا به معرفی مختصری از این محصول پرداخته سپس انواع آن را بررسی کنیم.
تیرآهن به عنوان یک سازه فلزی پرکاربرد در صنعت ساختمان در انواع مختلف بسته به وظایف و نقشی که دارد استفاده می‌شود و انواع آن شامل تیرآهن IPE ،INP ،IPB و لانه زنبوری است.
تیرآهن را بیشتر بشناسید
تیرآهن یک پروفیل شناخته شده با سطح مقطعی به شکل I و H است که از آلیاژهای مختلف فولادی ساخته شده؛ از این محصول به طور گسترده در ساخت ساختمان استفاده می‌شود؛ به طوری که ساختمان‌های اسکلت فلزی بدون این پروفیل وجود خارجی نخواهند داشت. وظیفه اصلی این نوع از پروفیل در سازه‌ها، تحمل و انتقال بار وارده بر ساختمان است، همچنین از آن در طراحی ستون، خرپا و تیرها به عنوان بهترین گزینه استفاده می‌کنند. این پروفیل از دو بخش بال و جان تشکیل شده است، بخش اصلی و میانی تیرآهن را جان و به لبه‌ها و کناره‌های آن بال می‌گویند. حجم بالا استفاده از این محصول باعث شده، قیمت تیرآهن یکی از عوامل تعیین‌کننده در قیمت تمام شده ساختمان باشد.
مزایای استفاده از تیرآهن
- بعد از اتمام سازه امکان توسعه وجود دارد.
- اتصال چندین قطعه به یکدیگر را امکان‌پذیر می‌کند.
- قطعاتی می‌باشند که به صورت پیش‌ساخته در کارخانه‌ها هستند.
- اجرا و نصب آن سرعت بالایی دارد.
- در ارتفاع‌های زیاد کاربرد فراوانی دارند.
معایب استفاده از تیرآهن
- خوردگی فلزات در برابر عوامل خارجی: قطعات فلزی استفاده شده در ساختمان‌ها در برابر شرایط جوی از خود واکنش نشان می‌دهند؛ همین امر سبب کاهش ابعاد قطعات فلزی می‌شود. بنابراین با افزایش مخارج محافظت و نگهداری ساختمان روبه رو خواهیم شد.
- تمایل قطعات فلزی به کمانش: تمایل قطعات فلزی به کمانش به عنوان یک نقطه‌ضعف برای این محصولات به شمار می‌آید.
- اتصال نامناسب قطعات: اتصال قطعات فلزی به یکدیگر به طور معمول با پرچ و پیچ صورت می‌گیرد. اما در کشور ما اغلب اتصالات با جوش است، از سویی به دلیل عدم مهارت جوشکاران و عدم کنترل توسط مهندسین ناظر، بعدها با مشکلاتی روبه‌رو خواهد شد.
مروری بر فرآیند تولید تیرآهن
برای تولید تیرآهن لازم است تا در ابتدا به وسیله‌ی یک جک از نوع هیدرولیکی شمش‌ها را وارد کوره با دمای ۱۱۰۰ درجه سانتی‌گرادی کرد و در ردیف‌های مشخصی قرار داد. زمانی که شمش‌ها درون کوره پخته شدند باید آن‌ها را روی رول‌ها قرار داد تا به سمت مرحله رافینگ بروند. در این مرحله سه بار قطر شمش‌ها کاهش می‌یابد و طول آن افزایش پیدا می‌کند. مرحله‌ی بعد از رافینگ یا استندها نوبت به قفسه‌های نورد می‌رسد که در این مرحله ۱۰ الی ۱۸ استند وجود دارند که به واسطه‌ی کالیبر مشخص می‌باشند. در نهایت در قسمت نورد باید از قیچی متراژ جهت بریدن محصولات در طول‌های مختلف استفاده شود. در آخر باید گفت که محصولاتی که تولید می‌شوند در زیر گیوتین‌های بسته‌بندی که دارای طولی برابر ۱۲ سانتی متر هستند بریده می‌شوند
انواع تیرآهن
در ادامه قصد داریم به معرفی انواع تیرآهن بپردازیم. تنوع آن بیشتر بخاطر خصوصیات مکانیکی و شکل ظاهری آن است و هر یک کاربرد خاص خود را در صنایع مختلف دارند:
تیرآهن IPE
با تیرآهن معمولی شناخته می‌شود و از نظر شکل ظاهری شبیه I انگلیسی است. شیوه تولید آن مطابق با استانداردهای اروپا بوده؛ بال این نوع ضخامت ثابتی دارند، به‌عبارتی ضخامت بال‌های ابتدایی و انتهایی آن یکسان هستند. سازه‌هایی که در ایران ساخته می‌شوند و مهندسین ایرانی آن را طراحی کرده‌اند، معمولا بر اساس این استاندارد هستند، همین امر سبب گردیده تا این نوع بین مشتریان محبوبیت خاصی داشته باشد.
تیرآهنINP
این نوع نیز مانند IPE به شکل I است و طبق استانداردهای روسیه و چین تولید می‌شود. تفاوت این نوع با IPE تنها در ضخامت بال می‌باشد، در INP ضخامت بال با فاصله گرفتن از جان کاهش می‌یابد.
دو نوع گفته شده علاوه بر اینکه در داخل کشور تولید می‌شود، به صورت وارداتی نیز در بازار آهن وجود دارند.
تیرآهن‌های IPE و INP شباهت زیادی به یکدیگر دارند، موارد زیادی پیش آمده پس از آنکه تیرآهن را خریداری کرده‌اند، در محل تخلیه کالا یا حتی بعد از سپری شدن ساخت بخش عمده‌ای از ساختمان، متوجه شده‌اند تیرآهن مورد استفاده اشتباه بوده است، بنابراین توصیه می‌شود در تشخیص نوع به کار برده شده دقت کافی را داشته باشید.
تیرآهن بال پهن (هاش یا IPB)
تیرآهن بال پهن یا هاش، یکی از زیر شاخه‌های تیرآهن است، تیر هاش بصورت سبک، سنگین و فوق سنگین نشانه و علامت اختصاری این تیرآهن‌ها به صورت زیر است. اگر بال تیرآهن با جان آن برابر باشد به آن تیرآهن بال پهن (هاش) گفته می‌شود. آهن‌آنلاین، فروش و عرضه تیرآهن بال پهن سنگین را به صورت تخصصی انجام می‌دهد، به گونه‌ای که کارشناسان ما شما را در امر خرید راهنمایی خواهند کرد. هاش در سایزهای ۱۰۰۰-۱۰۰ تولید می‌شود. کارخانه تولیدی ذوب آهن با هدف ارائه هاش با سایزهای ۱۶۰، ۱۸۰ و ۲۰۰ خط تولیدی جدیدی را راه‌اندازی خواهد کرد.
- بال‌پهن سنگین HEB
- بال‌پهن سبک HEA
- سنگین TPB
تیرآهن بال پهن سنگین (HEB) نسبت به بال پهن سبک (HEA) ضخامت بیشتری دارد، بنابراین وزن تیرآهن بال پهن سبک و سنگین در سایزهای مختلف متفاوت است، تیرآهن در سایزهای ۱۰ تا ۱۰۰۰ موجود است. برای اینکه تفاوت وزن سبک و سنگین را متوجه شویم در دو سایز وزن آن‌ها را بررسی می‌کنیم؛ در سایز ۱۰، نوع سبک، وزن ۲۰۰ و در نوع سنگین وزن ۲۴۰ کیلوگرم را دارد، ولی در سایز ۹۰، نوع سبک وزن ۳ تن و ۲۰۰ کیلوگرم و در نوع سنگین وزن ۳ تن و ۵۵۰ کیلوگرم را دارد.
توجه: علامت اختصاری V در این حوزه به معنی تیر سنگین و علامت L نشان‌دهنده تیر سبک است. IPBV، یعنی تیرآهن عریض سنگین و IPBL تیرآهن عریض است.
تیرآهن لانه زنبوری (CPE) چیست؟
برای اینکه تیرآهن بتواند لنگر خمشی را به میزان بیشتری تحمل کند، جان آن را به شکل ذوزنقه برش می‌دهند و مانند شکل زیر آن‌ها را هم جوش می‌زنند که به آن لانه زنبوری گفته می‌شود. این نوع دارای حفره‌‌های تو خالی در طول جان است که این امر باعث گردیده، مشابه لانه زنبور جلوه دهد.
مزایای تیرآهن لانه زنبوری
- وزن سبک‌تری دارند، بنابراین از نظر اقتصادی به‌صرفه‌تر هستند.
- همان‌گونه که در قسمت بالا اشاره کردیم، تیرآهن لانه زنبوری حفره‌هایی خالی در جان تیر دارد که این خود نوعی مزیت به شمار می‌آید، زیرا این حفره‌ها فضای مناسبی برای عبور لوله‌های برق و تاسیسات هستند.
معایب تیرآهن لانه زنبوری
- به دلیل وجود حفره‌ها در جان آن مقاومت برشی در محل اتصال پل به ستون‌ها کاهش می‌یابد، برای پر کردن این حفره‌ها گاه از ورق‌های فلزی استفاده می‌کنند.
- برای یکپارچه‌سازی آن را سرتاسر جوشکاری می‌کنند.
کاربرد تیرآهن چیست؟
در ابتدای مقاله ذکر کردیم که تیرآهن یکی از مقاطع فولادی است و این را می‌دانیم که فولاد و موارد ساخته شده از آن در صنعت ساختمان سازی بسیار مهم و پرکاربرد هستند. تیر آهن‌ها وظیفه‌ی استحکام و مقاومت سازه را برعهده دارند و در مقابل فشارهای تنشی و خمشی استحکام ساختمان را تضمین می‌کنند. در این بخش از مقاله می‌خواهیم به چند مورد از کاربردهای آن اشاره کنیم:
استفاده در ستون‌ها: از تیرآهن‌هایی با بال پهن که مقطع آن‌ها مربع شکل است به صورت عمودی به عنوان ستون در ساخت و ساز استفاده می‌کنند.
استفاده در کفی ستون‌ها: تیر آهن‌ها دارای ضخامت‌های مختلفی هستند به همین دلیل می‌توان از آن‌ها در صفحات کفی ستونی و صفحات فولادی نیز استفاده کرد.
اسکلت سازه فولادی: می‌توان از انواع تیر آهن‌های ذکر شده برای مقاوم‌سازی ساختمان در قسمت اسکلت سازه بهره برد.
تیرهای اصلی: از تیر آهن به عنوان تیرهای اصلی یا شاه‌تیر نیز استفاده می‌شود که به شکل افقی در سازه قرار می‌گیرد. وظیفه‌ی تیرهای اصلی، انتقال بار اصلی از تیر فرعی به ستون‌ها می‌باشد.
تیرهای کلاف: تیر کلاف به شکل افقی قرار می‌گیرد و قرا گیری آن به این صورت است که دو تیر عرضی در قسمت سقف به خرپای سقف متصل می‌شود تا بار تیر اصلی از این راه به ستون‌ها انتقال یابد.
تیرک‌های میانی و فرعی: تیر آهن‌های کوچک را برای تیرها میانی به کار می‌روند. نوع استفاده از تیرآهن در تیرک‌های میانی نیز به صورت افقی می‌باشد و وظیفه دارد تا به صورت غیرمستقیم تیر اصلی را به ستون‌ها متصل کند تا بار به تیر اصلی منتقل شود.
تیرهای باریک کرومیت: از تیر آهن‌ها به عنوان تیر باریک کرومیت استفاده می‌شود. این نوع تیرها از تیرک‌ها باریک‌تر است اما طول بیشتری دارند.
ساخت خرپا: از دیگر کاربردهای تیر آهن می‌توان به استفاده در ساخت خر پا نیز اشاره کرد
تفاوت تیر و تیرچه چیست؟
در ساختار، تیرها بر اساس نوع بار و کاربردی که دارند، تقسیم‌بندی می‌شوند. به طور مثال تیرآهن در حالت شاه‌تیر (girder) که به صورت افقی قرار دارد، به عنوان تکیه‌گاه اصلی، بارهای وارده از جانب تیرچه‌ها را به ستون‌ها منتقل می‌کند. اما تیرچه (beam) که معمولا از مدل اصلی کوچک‌تر و سبک‌تر است، به شاه‌تیر وصل شده، بار وارده را به آن منتقل می‌کند و مستقیما با ستون‌ها ارتباط ندارد. هر دو تیر و تیرچه با وجود تفاوت‌ها، وظیفه اصلی یعنی مقاومت در برابر نیروی خمشی را بر عهده دارند.
جمع‌بندی
در این مقاله در مورد ماهیت تیرآهن فولادی و انواع آن یعنی تیرآهن IPE، INP، IPB و CPE صحبت کردیم که هر کدام از نظر مشخصات ظاهری و کاربرد متفاوت هستند. همچنین در مورد تفاوت تیر و تیرچه در کاربرد و وظایف مختلف گفته شد.یکی دیگر از مباحثی که سعی کردیم پوشش بدیم، کاربرد تیرآهن است. اگر در رابطه با ساختار و انواع تیری که در ساختمان استفاده می‌شود تجربیات خاصی دارید، با ما در میان بگذارید.
بدون دیدگاه