تیرآهن

تیرآهن یکی از عناصر اصلی مورد استفاده در بخش های مختلف ساختمان است. در واقع وظیفه اصلی تیرآهن ها تحمل تنش های ناشی از نیروهای وارد بر آن است. تیرآهن معمولا در معماری و مهندسی سازه به عنوان عضوی بلند، مستقیم و منشوری تعریف می شود که برای تحمل بارهای مختلف در طول سازه طراحی شده است. البته در اسکلت ساختمان ها اغلب عنوان تیرآهن فقط به اعضای افقی اطلاق می شود و اعضای عمودی را ستون می نامند.

تیرآهن چیست؟

تیرآهن مهمترین و اساسی ترین نوع پروفیل ساختمان است که وظیفه اصلی آن تحمل تنش های ناشی از نیروی برشی و لنگر خمشی ناشی از بارگذاری در سازه می باشد. این محصول یکی از پرمصرف ترین انواع آهن است که بیشترین کاربرد را در ساختمان سازی دارد و بر این اساس، خرید آن از اهمیت بالایی برخوردار است. تیر آهن IPE یا تیر آهن I شکل به عنوان مصالح اساسی و رایج در ساختمان ها استفاده می شود. شرکت Bethehem یک شرکت آمریکایی بود که برای اولین بار این نوع تیرآهن را تولید کرد و توانست نقش بسیار مهمی در ساخت سازه ها مانند پل سازی، ساخت آسمان خراش و … داشته باشد. تیرآهن ها نیز مانند سایر مصالح دارای انواع مختلفی هستند و در ساخت و طراحی آنها استانداردهای متفاوتی رعایت می شود. ابتدا لازم است دو اصطلاح مهم در مورد سازه تیرآهن به اختصار توضیح داده شود:

• جان تیرآهن: قسمت اصلی و میانی تیرآهن جان تیرآهن نام دارد.
• بال های تیرآهن: طرفین و لبه های تیرآهن را بال تیر می نامند.

فرآیند تولید تیرآهن

تیرآهن یک محصول فولادی است که با فرآیند نورد گرم تولید می شود و دارای سطح مقطع مشخصی است. تیرآهن همچنین مهمترین پروفیل ساختمانی است که در سازه ها استفاده می شود. مراحل تولید تیرآهن به شرح زیر است: ابتدا کوره هایی برای عملیات با دمای ۱۱۰۰ درجه سانتیگراد در نظر گرفته می شود. در مرحله بعد شمش ها توسط جک هیدرولیک در ردیف های تعیین شده در داخل کوره ها قرار می گیرند. سپس عملیات نورد توسط جریان گردابی آماده می شود. حال وقتی شمش ها به دمای مورد نظر رسید به خط تولید فرستاده می شود سپس شمش های پخته شده به مرحله رافینگ فرستاده می شوند.

در مرحله رافینگ قطر شمش ها کاهش و طول آنها افزایش می یابد. در پایان از قیچی برای برش محصولات تولید شده استفاده می کنند. محصولات تولیدی بر اساس استانداردهای موجود برش داده شده و سپس در بسته‌هایی با وزن‌های معین بسته‌بندی می‌شوند. لازم به ذکر است نبشی، ناودانی و میلگرد نیز به روش نورد گرم تولید می شوند.

انواع تیرآهن

تیرآهن ها به اشکال مختلف وجود دارند و بر اساس ظاهر و خواص به دسته های مختلفی تقسیم می شوند که هر کدام کاربردهای مخصوص خود را دارند. به طور کلی تولید تیرآهن بر اساس استاندارد به شرح زیر است:

استاندارد IPE: این نوع تیرآهن ها مطابق با استاندارد اروپا بوده و دارای ارتفاع 80 تا 600 میلی متر می باشند.

استاندارد INP: این نوع تیرآهن ها بر اساس استانداردهای روسیه و چین بوده و مانند نوع قبلی دارای ارتفاع 80 تا 600 میلی متر می باشند.

استاندارد IPB: این نوع تیرها را بال پهن می نامند و دارای ارتفاع 100 تا 1000 میلی متر می باشند.

تیرآهن IPE

شکل این تیرآهن ها به شکل حروف انگلیسی I است که ضخامت بالهای آن ثابت است. این نوع تیرآهن ها بر اساس استانداردهای اروپایی تولید می شوند. یکی از رایج ترین ویژگی های این تیرآهن ها ضخامت یکسان بال ها می باشد. اکثر سازه هایی که در کشور ما طراحی و تولید می شوند مطابق با استانداردهای مشابه هستند و از این رو این نوع تیرآهن ها در ایران کاربرد فراوانی دارند. یکی از مهمترین کاربردهای تیرآهن IPE در ساختمان ها، استفاده از آن ها در مواردی مانند پوشش سقف، خرپا و درگاه است.

تیرآهن INP

شکل این نوع تیرآهن ها همانند تیرآهن IPE شکل I است و طبق استانداردهای چین و روسیه تولید می شوند. تیرآهن های INP و IPE شباهت هایی با یکدیگر دارند بنابراین در خرید این دو نوع تیرآهن باید دقت کرد که آنها با یکدیگر اشتباه گرفته نشوند. مهمترین تفاوت تیرهای IPE و INP در ضخامت بالهای آنهاست به طوری که در تیرهای INP با فاصله گرفتن از تیر ضخامت بال کاهش می یابد. تیرآهن های IPE و INP علاوه بر اینکه در کارخانه های داخلی تولید می شوند از کشورهای دیگر نیز وارد می شوند.

تیرآهن بال پهن IPB

این نوع تیرآهن برای اولین بار در شرکت Bethelm تولید شد. تیرآهن های هاش طول بال بیشتری نسبت به تیرآهن های IPE دارند. این نوع تیرآهن ها در صنعت ساختمان، سوله، مجتمع های تجاری بزرگ کاربرد فراوانی دارند. تیرآهن های بال پهن با توجه به ضخامتشان به دو نوع سبک و سنگین تقسیم می شوند. لازم به ذکر است تیرآهن های بال پهن سبک ضخامت کمتری نسبت به تیرآهن های بال سنگین دارند.

تیرآهن لانه زنبوری چیست؟

تیرآهن لانه زنبوری یا CPE اولین بار توسط هورتون کشف شد. علت نامگذاری این نوع تیرآهن ها به دلیل شکل ظاهری آنهاست به طوری که اشکال پنج ضلعی در آنها دیده می شود که شباهت زیادی به لانه زنبور عسل دارد. تیرآهن های لانه زنبوری در مقایسه با تیرآهن های معمولی قادر به تحمل گشتاورهای خمشی بیشتری هستند. شایان ذکر است برش تیرآهن های لانه زنبوری به روش برنول و کوپال انجام می شود. کاربرد این نوع تیرها در مواردی مانند ستون سازه ها می باشد.

تیرآهن های لانه زنبوری دارای مزایایی هستند، از جمله:

• به علت وزن سبکی که دارند مقرون به صرفه هستند.
• به دلیل وجود سوراخ های خالی در پوست تیره آنها به راحتی می توان لوله ها و تاسیسات برق را از این سوراخ ها عبور داد.
• قادر به تحمل بار بیشتر می باشند.

معایب تیرآهن های لانه زنبوری عبارتند از:

• در نتیجه جوشکاری، مقاومت آنها کاهش می یابد.
• در مقایسه با سایر مقاطع فولادی، ضریب ایمنی و قابلیت اطمینان کمتری دارند.

معاملات مشترک و رایج تیرآهن

با توجه به استفاده از تیرآهن در صنعت ساختمان و راهسازی، معاملات این محصول بین فروشندگان و بازاریان، پیمانکاران ساختمانی و سایر مصرف کنندگان انجام می شود. در حال حاضر هر دو نوع استاندارد در بازار ایران موجود است. تیرآهن های IPE وارداتی بیشتر مربوط به کشورهای اسپانیا، لهستان، آلمان و همچنین کشور کره می باشد. البته تیرآهن IPE چین و روسیه در بازار موجود است اما از آنجایی که این دو کشور هر دو نوع تیرآهن استاندارد را تولید کرده اند لذا مصرف کنندگان محترم گاهی اوقات در تشخیص IPE یا INP بودن محصول این دو کشور دچار مشکل می شوند.

انواع تیرآهن ها بر اساس شکل هندسی

تیرآهن مستقیم: همانطور که از نامش پیداست این نوع تیرآهن شکل صافی دارد و در حالت مستقیم قرار گرفته است.

تیرآهن منحنی: این تیرآهن به شکل منحنی است و از ابتدا تا انتها دارای خمیدگی هایی به شکل منحنی دارد.

تیرآهن مخروطی: این تیرآهن دارای مقطع مخروطی می باشد.

چرا تیرآهن I شکل است؟

تیرآهن ها از دو صفحه بالایی و پایینی به نام بال یا (فلنج) طراحی می شوند که توسط یک جزء عمودی به نام جان یا (وب) به هم متصل می شوند.

کل بدنه این سازه از نوع I یا H است. تیرآهن های ساخته شده از فولادهای کم آلیاژ برای مصارف مختلفی مانند: پل ها، اسکلت فولادی ساختمان ها و … ساخته می شوند. تیرآهن های I در ابعاد، ضخامت، عرض و مشخصات مختلف برای کاربردهای متفاوت تولید می شوند. مشتریان I Beam این نوع تیرآهن ها را بر اساس نوع مواد و اندازه آنها طبقه بندی می کنند.

انواع تیرآهن ها بر اساس عملکرد

تیرآهن اصلی: این نوع تیرآهن ها به ستون ها متصل می شوند. نقش اصلی این نوع تیرآهن ها انتقال بار از تیرآهن های فرعی به ستون ها می باشد.

تیرآهن ثانویه: این نوع تیرآهن افقی است که به تیرآهن های اصلی متصل می شود. وظیفه این تیرآهن ها انتقال بار به تیرآهن اصلی است. البته باید توجه داشت که این نوع تیرآهن ها مستقیماً به ستون ها متصل نباشند.

تیرآهن کلاف: این نوع تیرآهن به دو تیرآهن عرضی که در سقف و خرپا ستون ها قرار می گیرند متصل می شود. وظیفه تیرآهن کلاف انتقال بار تیرآهن عرضی به ستون ها می باشد. این نوع تیرآهن به طور کلی در خرپا سقف استفاده نمی شود.

تاریخچه تیر آهن

تیرآهن جز اصلی و مهم هر پروژه ساختمانی است که از ترکیب فلزات مختلفی با عناصر چوبی ایجاد می شود. در سال ۱۸۱۲، حدود ۲۰۰ سال پیش، تیرهای آهن و فولاد معنای خاصی نداشتند. در سال های ۱۷۳۰ تا ۱۸۳۰ اختراعات زیادی در زمینه آهن انجام شد. پس از آن انواع فلزات از جمله آهن، فولاد و چدن ساخته شد که کاربردهای گوناگونی داشت. در همان اوایل اختراع این محصول فولادی، از آن به عنوان درب منازل مسکونی، حصار و مواردی از این دست استفاده می شد.

روش های برش تیرآهن

همانطور که گفته شد برای برش محصولات از قیچی برش استفاده می کنند که برای برش تیر آهن از دو روش زیر استفاده می شود:

برش به روش کوپال: این روش توسط دستگاه برش سنگین مجهز به برش گیوتین به گونه ای انجام می شود که محصول را در امتداد خط شکست برش می دهد.

برش به روش برنول: برش با استفاده از لوله برنول انجام می شود که شعله بنفش گاز استیلن و اکسیژن تولید شده را ساطع می کند.

مزایای استفاده از تیرآهن

• پس از اتمام سازه، امکان گسترش وجود دارد.
• اتصال چندین قسمت به یکدیگر را امکان پذیر می کند.
• قطعاتی هستند که در کارخانه ها پیش ساخته می شوند.
• اجرا و نصب آن بسیار سریع است.
• آنها به طور گسترده در ارتفاعات استفاده می شوند.

معایب استفاده از تیرآهن

• خوردگی فلزات در برابر عوامل خارجی: قطعات فلزی مورد استفاده در ساختمان ها در برابر شرایط جوی واکنش نشان می دهند. این امر باعث کاهش ابعاد قطعات فلزی می شود. بنابراین با افزایش هزینه های حفاظت و نگهداری ساختمان مواجه خواهیم بود.
• تمایل قطعات فلزی به کمانش: تمایل قطعات فلزی به کمانش به عنوان نقطه ضعف این محصولات محسوب می شود.
• اتصال نامناسب قطعات: اتصال قطعات فلزی به یکدیگر معمولا با پرچ و پیچ انجام می شود. اما در کشور ما بیشتر اتصالات از طریق جوش انجام می شود، از یک طرف به دلیل عدم مهارت جوشکارها و عدم کنترل مهندسان ناظر بعداً با مشکل مواجه خواهند شد.

تفاوت تیرآهن هاش با تیر آهن معمولی چیست؟

به طور کلی تفاوت اصلی تیرآهن معمولی و هاش در ظاهر، کاربرد و نحوه تحمل بار آنهاست. تیرآهن هاش دارای سطح مقطعی مشابه H انگلیسی و تیرآهن های معمولی دارای مقطعی مشابه حرف I هستند که تفاوت دیگر در ظاهر آن ها در نسبت بال و اندازه تیرآهن ها است به طوری که نسبت عرض به جان تیرآهن های معمولی کمتر از تیرآهن های هاش است. تفاوت دیگر این دو نوع تیرآهن در کاربرد آنهاست و تیرآهن هاش به علت مقاومت زیاد، بیشتر از تیرآهن های معمولی در صنعت استفاده می شود. همچنین حداکثر طول ساخت برای تیرآهن های هاش 100 متر و برای تیرهای معمولی 30 متر می باشد. با توجه به نوع هندسه تیرآهن های هاش، مقاومت آنها در برابر نیروهای خمشی و برشی بیشتر از تیرهای معمولی است.

کاربرد انواع تیرآهن چیست؟

کاربرد اصلی این محصول در ساختمان هایی با اسکلت فلزی است که به صورت ستونی قرار می گیرد و بدین ترتیب از تیرآهن در زمینه های مختلف استفاده می شود.

• از این مقطع فولادی می توان در پایه ستون ها و ورق های فولادی با ضخامت های مختلف استفاده کرد. این زیره ها با توجه به قابلیت برش، جوش و پیچ برای اتصال گوشه به ستون ها مفید هستند. علاوه بر این، اگر ساختمان بیش از یک طبقه باشد، می توان از تیرآهن به عنوان ستون یکپارچه استفاده کرد.
• یکی دیگر از کاربردهای مهم آن استفاده از آن به عنوان شاه تیر است. تیرآهن به عنوان شاه تیر می تواند به ستون ها متصل شود و پایه های میانی هر طبقه را نگه دارد.
• در ساخت خرپا از تیرآهن نیز استفاده می شود و تیرآهن های تراس در کنار هم قرار می گیرند تا بتوانند از آن در ساخت سوله، سقف و انبار استفاده کنند.

قیمت تیرآهن

لازم به ذکر است در شرایط کنونی بازار آهن و فولاد و تغییرات ناگهانی نرخ ارز، قیمت تیرآهن به واردات زیر بستگی دارد.

• کاهش دما و کاهش سرعت ساخت و ساز از جمله عوامل کاهش قیمت تیرآهن فولادی در بازار است.
• تغییر قیمت ارز یکی از مهمترین و تاثیرگذارترین سیگنال های روزانه قیمت آهن است.
• سیاست دولت در تولید و قیمت گذاری موثر می باشد.
• صادرات فولاد یا سنگ آهن در صورت عدم وجود سنگ آهن یا بلوم در نحوه ی قیمت گذاری بسیار مهم است.

قیمت جهانی آهن یکی از عوامل موثر بر قیمت تیرآهن است که خود به شرایط زیر بستگی دارد.

• صادرات فولاد چین
• قیمت حمل و نقل فولاد و جابجایی آن
• قیمت جهانی سنگ آهن
• کارخانه های تولید فعال در چین
• بلایای طبیعی از جمله کرونا، سیل، طوفان و …
• جنگ و ساخت و ساز
• عرضه و تقاضای جهانی

عوامل موثر بر قیمت تیرآهن

عوامل زیادی بر قیمت تیرآهن تاثیر می گذارد. به عنوان مثال تغییرات قیمت نفت، ضایعات آهن، سنگ آهن، مواد اولیه، شمش آهن اسفنجی، حامل های انرژی و حمل و نقل، نرخ ارز و دلار، عرضه و تقاضا و وزن و کیفیت تیرآهن از جمله عوامل موثر بر قیمت این محصول هستند.

وزن تیرآهن

وزن تیرآهن از جهات مختلفی مهم است. با استفاده از جدول وزنی مطابق با استاندارد استال می توان وزن تیرآهن های مورد نظر را بدست آورد. روش استفاده از این جدول به این صورت است که در صورت داشتن اطلاعات هندسی مانند طول، بال، ارتفاع و عرض تیرآهن می توانید وزن آنها را محاسبه کنید. لازم به ذکر است جدول استال یکی از بهترین منابع برای استخراج وزن تیرآهن ها می باشد.

جمع بندی

در این مقاله انواع تیرآهن ها مورد بررسی قرار گرفت و مشاهده شد که تیرآهن ها جز اصلی در ساختن سازه ها محسوب می شوند و به عنوان یکی از مقاطع مهم فولاد به شمار می روند. تیرآهن ها بر اساس استاندارد به دسته های مختلفی تقسیم می شوند هر کدام از تیرآهن ها دارای ویژگی های منحصر به فردی هستند که در موارد مختلف مورد استفاده قرار می گیرند. از انواع تیرآهن می توان به IPE ،INP ،IPB و CPE اشاره کرد. هر کدام از این تیرآهن ها طبق استاندارد ساخته شده و کاربردهای متفاوتی دارند. علاوه بر این، تیرآهن ها را می توان به دو صورت سرد و گرم برش داد. کاربرد اصلی تیر آهن در ساختمان های دارای اسکلت فلزی است و به عنوان ستون و بخش های مختلف ساختمان استفاده می شود.