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.

دیگر کاربردهای تیرآهن عبارت‌اند از:

اسکلت سازه فولادی: در ساخت اسکلت یک ساختمان، وجود تیرآهن ضروری است.

کفی ستون: کاربرد این قسمت، اتصال نبشی به ستون‌ها در ساختمان است.

تیرآهن کرومیت: این تیرآهن یک سطح نشیمنگاه دارد که روی تیر اصلی جا گرفته و محکم می‌شود.

ستون: درصورتیکه که تیرآهن‌ها هاش و با مقطع تقریبا مربعی باشند، می‌توان از آنها به عنوان ستون استفاده کرد.

شاه تیر: قسمت‌های افقی در هر سازه فولادی، تیر آن سازه نام دارد.

تیرک میانی: به نام تیرآهن کوچک نیز شناخته می‌شود و که از شاه تیر و ستون‌ها از لحاظ ابعادی کوچک‌تر است.

خرپا: از تیرآهن برای ساخت خرپا نیز استفاده می‌شود.

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 فرآیند تولید تیرآهن 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

همه تیرآهن‌های موجود در بازار که در اختیار کاربران و صنعتگران قرار گرفته است، بر اساس استاندارد‌های مشخص‌شده و نحوه تولید به 4 شکل مختلف تقسیم می‌شوند. تمام این چند نوع تیرآهن که می‌توان هریک از آن‌ها را برای اهدافی خاص در اسکلت‌بندی ساختمان مورد استفاده قرار داد، به شرح زیر هستند:

• تیرآهن IPE
• تیرآهن INP
• تیرآهن IPB یا تیرآهن اروپایی: از این تیرآهن در بازار به اسم تیرآهن معمولی هم عنوان می‌شود. (تیرآهن هاش)
• تیرآهن زنبوری (نوع CNP)

تیرآهن IPE

معرفی و بررسی تیرآهن IPE

تیرآهن اروپایی: از این تیرآهن در بازار به اسم تیرآهن معمولی هم عنوان می‌شود. این نوع تیرآهن که یکی از پرمصرف‌ترین تیرآهن‌ها که در بازار محسوب می‌شود، ساختاری شبیه به حرف I انگلیسی دارد. دارای بال‌هایی یکسان در 2 بخش ابتدایی و انتهایی است و ضخامت آن هم به صورت ثابت طراحی می‌شود.

این تیرآهن بر اساس استانداردهای اروپایی ساخته می‌شود و ابعاد آن در بازه 8 تا 60 سانتی‌متر شکل می‌گیرد و یا به اصطلاح برش می‌خورد. از جمله عواملی که باعث می‌شود تا از این تیر به عنوان یکی از پرمصرف ترین تیرآهن‌ها یاد شود، کاربرد آن در شکل‌گیری خرپا و همچنین پل لانه‌زنبوری در سقف ساختمان 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.

ویژگی‌های تیرآهن INP چیست؟

این تیرآهن دارای ابعادی برابر با 8 تا 60 سانتی‌متر است و مانند تیرآهن IPE از ساختاری شبیه به حرف انگلیسی I ساخته شده است. این تیرآهن که بر اساس استانداردهای مشترک روسیه و چین تولید می‌شود، معمولاً برای ساخت و بالا بردن اسکلت‌بندی برج، ساختمان‌های بلند و مرتفع، پل و سدهای بزرگ مورد استفاده قرار می‌گیرد.

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. 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.

کاربرد تیرآهن IPB

مهم‌ترین کاربرد این تیرآهن که با عنوان IPB هم شناخته می‌شود، استفاده ویژه از آن برای ساختن انواع ستون در ساختمان است. ابعاد این تیرآهن از 2 تیرآهن قبلی که معرفی شدند، بیشتر است و با برخورداری از اندازه‌ای 10 تا 100 سانتی‌متری، در فضای ساختمانی مورد نظر استفاده می‌شود.

ساختار این تیرآهن به شکل حرف انگلیسی H شکل می‌گیرد و بسیاری از صنعتگران ساختمانی از آن با عنوان تیرآهن هاش یاد می‌کنند.  هاش، از 3 نوع مختلف هاش فوق سنگین، سنگین و سبک تشکیل می‌شود و قابلیت‌های بسیاری از جمله موارد زیر را در اختیار صنعتگران قرار می‌دهد:

• مقاومت و استحکام بسیار قابل توجهی دارد
• یکی از پرمصرف ترین تیرآهن‌ها برای کنترل نیروهای برشی و لنگر خمشی محسوب می‌شود
• در برابر رانش زمین مقاوم است
• پس از نصب، فضای کمی را اشغال خواهد کرد
• دارای سهولت در نصب است و به راحتی متصل می‌شود

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 سلانه زنبوریبک‌تری 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.

از انواع تیرآهن‌ها در چه جاهایی استفاده می‌شود؟

پرمصرف ترین تیرآهن‌ها، همان‌هایی هستند که برای افزایش استحکام اسکلت‌های فلزی ساختمان‌ها بیشتر به کار گرفته می‌شوند. به طور کلی، اسکلت‌بندی ساختمان‌ها بدون حضور تیرآهن‌ها ناممکن است و باید برای انتقال بار سازه فولادی یا بتنی به زمین از آن‌ها استفاده کرد. البته همان‌طور که گفته بودیم، ساختار خرپا، تیر و سازه‌های فلزی یا یتنی هم بدون وجود تیرآهن‌ها عملاً ممکن نخواهد بود.

علت کاربرد، مصرف و استفاده بیشتر از تیرآهن‌ها در مقام مقایسه با سایر مقاطع فولادی، دلایل زیر هستند:

• پروسه نصب و اتصال تیرآهن‌ها آسان است
• دارای سرعت اجرای بالاتری نسبت به دیگر مقاطع فولادی هستند
• قابلیت اتصال تیرآهن‌ها به یکدیگر وجود دارد
• اسکلت‌بندی ساختمان‌های مرتفع با استفاده از آن‌ها به راحتی ممکن خواهد بود.

انتخاب پرمصرف ترین تیرآهن ها

با توجه به ویژگی‌ها و قابلیت‌های تعبیه‌شده در هرکدام از تیرآهن‌هایی که معرفی شد، حالا وقت آن است تا 3 تیرآهن پرکاربرد در صنعت ساختمان‌سازی را به شما معرفی کنیم. این 3 تیرآهن، از پرمصرف‌ترین‌های دنیای ساختمان‌سازی هستند:

• تیرآهن IPE
• تیرآهن هاش
• تیرآهن لانه‌زنبوری

همه این 3 تیرآهن که به عنوان پرمصرف ترین تیرآهن‌ها شناخته می‌شوند، در برابر نیروهای برشی و لنگر خمشی مقاومت بالایی دارند و می‌توان برای افزایش استحکام اسکلت‌بندی ساختمان از آن‌ها استفاده کرد. کاربرد هرکدام از این تیرآهن‌ها در صنایع مختلفی مورد توجه قرار می‌گیرند و می‌توان از آن‌ها در صنایعی مثل ساختمان‌سازی، کشتی‌سازی، سدسازی، پل‌سازی، لوله‌های تاسیساتی و غیره استفاده کرد.

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.