تیرآهن هاش چیست و چه کاربردی دارد؟
برای اینکه بگوییم تیرآهن هاش چیست؟ در ابتدا لازم بگوییم که تیرآهنهای فولادی سازهای، اجزای ضروری در ساختوساز هستند و مسئولیت تحمل وزن سنگین ساختمانها، پلها و پروژههای مختلف زیرساختی را بر عهده دارند در میان این تیرآهنها، تیرآهن IPB که در ایران با نام «تیرآهن هاش» شناخته میشود، به دلیل طراحی منحصر به فرد و توانایی فوقالعادهای که در تحمل بار دارند، مورد توجه ویژهای قرار گرفتهاند. در این مقاله، با تمرکز بر بازار محصولات فولادی در ایران، به پیچیدگیهای تیرآهن هاش، انواع آن، کاربردها، فرآیندهای تولید و بسیاری از موارد دیگر پیرامون این تیرهای فولادی میپردازیم.
فهرست
تیرآهن چیست؟
برای شروع، بیایید به این سوال اصلی بپردازیم که تیرآهن چیست ؟ تیرآهن یکی از اجزاء حوزه ساختوساز است که با هدف مقاومت و تحمل بارهای جانبی طراحی شده و وظیفه اصلی آن، تحمل خمش است. البته، علاوه بر خمش، میتوان به مقاومت تیرآهن در برابر نیروهای کششی، فشاری و برشی نیز اشاره کرد که حاکی از اهمیت بالای این محصول فولادی است. تیرآهنها با توجه به شکل مقطع، طول و جنسی که دارند، دستهبندی شده و نقش حیاتی در پایداری و حمایت از سازهها، پروژههای ساختمانی و زیرساختی ایفا میکنند.
معرفی انواع تیرآهن
هر تیرآهن از دو جزء اصلی تشکیل میشود: جان و بال؛ جان که همان قسمت عمودی و میانی تیرآهن است و بارهای وارده را تحمل میکند و بالها که قسمتهای افقی و کناری بوده و به جان متصل شدهاند و برای افزایش مقاومت خمشی تیرآهن به کار میروند. در تیرهای I، ارتفاع بخش I بیشتر از عرض بالها است، ولی در تیرآهن H یا همان هاش، ارتفاع جان و عرض بالها تقریباً نزدیک به یکدیگر است.
تیرآهنها در بازار با مقاطع I و H و استانداردهای مختلفی مانند IPE، INP، IPB و HEA تولید میشوند. از میان اینها، تیرآهنهای IPE و IPB (یا هاش) به دلیل کاربرد گسترده در پروژههای ساختمانی، محبوبیت بیشتری دارند. بیایید مرور کوتاهی بر انواع استانداردهای موجود داشته باشیم:
1. تیرآهن اروپایی (INP)
تیرآهن INP مطابق با استانداردهای آمریکا ساخته میشود، ولی استانداردهای چین و روسیه در ایران بیشتر متداول هستند. این تیرها بالهایی با عرض کمتر نسبت به جان دارند همچنین ضخامت بال در آن یکسان نیست و شیب حدودی ۱۷ درجه دارند. این تیرآهن در استاندارد ملی ایران با نام تیرآهن گرم نوردیده بال باریک شیبدار (I-1) شناخته میشود. آنها کاربردهای سازهای مختلفی که نیازمند الزامات ابعادی خاصی هستند، استفاده میشود.
2. تیرآهن نیم پهن (IPE)
تیرآهنهای IPE که به شکل حرف انگلیسی I هستند، در ایران و کشورهای اروپایی بر اساس استانداردهای مشخص تولید میشوند. ویژگی بارز این نوع تیرآهن، ضخامت ثابت بالهای آن در طول تمام مقطع است. تیرآهن IPE یا تیرآهن اروپایی با بالهای موازی که در ایران به شکل رسمی به عنوان تیرآهن گرم نوردیده بال نیم پهن موازی (I-2) شناخته میشود، دارای مقطعی با بالهایی به شکل لبهدار دارد. این نوع تیرآهن در هر دو بخش ساختوساز مسکونی و تجاری کاربرد دارد.
3. تیرآهن هاش (IPB)
تیرآهن هاش (H)، که با نام IPB هم شناخته میشود، دارای بالهایی پهنتر است که تقریباً به اندازه جان آن عمق دارند و ظرفیت تحمل بار و نیروهای خمشی و پایداری بالاتری را ارائه میکنند.
4. تیرآهن لانه زنبوری (CNP)
تیرآهن لانه زنبوری یا تیرآهن مشبک، با حفرههای شش ضلعی در طول جان آن مشخص میشود. این تیرآهنها سبک هستند و در عین حال که استحکام سازهای را حفظ میکنند، عبور آسان تأسیسات را امکانپذیر میسازند.
حال که چشمانداز کلی و بهتری نسبت به انواع تیرآهنها پیدا کردیم، در این مقاله بیایید بهطور خاص روی تیرآهنهای هاش تمرکز کنیم.
تیرآهن هاش چیست؟
تیرآهن هاش یا همان (IPB) نوعی تیر فولادی ساختمانی با مقطع عرضی به شکل حرف H است و در استاندارد ملی ایران با نام «تیرآهن گرم نوردیده بال پهن موازی» شناخته میشود. طراحی تیرآهن هاش به گونهای است که بالهای آن نسبت به تیرآهنهای I شکل پهنتر بوده و در نتیجه استحکام و مقاومت بیشتری در برابر بارها دارد. در واقع، اندازهی بالها و جان در این نوع تیرآهن تقریباً یکسان است و به همین خاطر به عنوان H شناخته میشود. بالهای موازی این تیرآهن باعث توزیع یکنواخت وزن و مقاومت بیشتر در برابر خم شدن میشوند.
تفاوت اصلی بین تیرآهن هاش و تیرآهن I شکل در عرض بال است. تیرآهن هاش به دلیل پهنتر بودن بالها، توزیع بار بهتری داشته و پایداری ساختاری بیشتری نسبت به تیرآهنهای I شکل ارائه میدهد. این ویژگی باعث میشود تیرآهنهای هاش برای کاربردهای ساختمانی سنگین که به حداکثر استحکام نیاز دارند، مناسب باشند.
انواع تیرآهن هاش
در بخش قبل با ماهیت کلی تیرآهن هاش آشنایی پیدا کردیم و گفتیم که آنها در انواع مختلفی تولید میشوند. در این بخش، بیایید با انواع تیرآهن هاش آشنایی پیدا کنیم.
تیرآهن هاش سبک (HEA)
تیرآهن هاش سبک (IPBL یا HEA) به خاطر بالهای نازکتر نسبت به سایر تیرآهنهای هاش شناخته میشود. این طراحی باعث کاهش وزن آن شده و زمانی که به کم کردن وزن کلی سازه بدون افت قابل توجه استحکام اهمیت نیاز داشته باشیم، بسیار مناسب هستند. تیرآهنهای هاش سبک معمولا در ساختمانهای مسکونی، سازههای تجاری و پروژههای صنعتی نسبتاً سبک وزن به کار میروند. بنابراین، اصلی ترین مزیت این نوع هاش، توانایی آنها در تأمین پشتیبانی کافی در عین کم کردن وزن است. ارتفاع این تیرها بین ۹۶ تا ۹۹۰ میلیمتر متغیر است و ضخامت بالها نیز معمولاً بین ۱۰۰ تا ۳۰۰ میلیمتر است.
ترکیب مواد تشکیلدهندهی تیرآهن هاش سبک اغلب شامل آلیاژهای فولاد کمکربن است که قابلیت جوشپذیری و شکلدهی آن را بالا میبرد. این آلیاژها به ایجاد تنوع در کاربری این تیرآهن کمک میکنند. همچنین، از آلیاژهایی مختلف دیگری مانند منگنز و سیلیسین هم ممکن است استفاده شود که آنها میتواند استحکام کششی و مقاومت به ساییدگی تیرآهن را بهبود بخشیده و در نتیجه دوام و طول عمر بیشتر آنها را تضمین کنند. با توجه به پایینتر بودن وزن، قیمت تیرآهن هاش سبک پایینتر از باقی انواع آن است.
تیرآهن هاش سنگین (HEB)
تیرآهن هاش سنگین (HEB یا IPB) یا همان «تیرآهن گرم نوردیده بال پهن موازی با وزن متوسط (I-5)» را شاید بتوانیم برادر سنگینتر تیرآهن هاش سبک بدانیم که بالها و جان ضخیمتری دارد. بنابراین، مواد اولیه بیشتر و ضخیمتر بهمعنای افزایش ظرفیت تحمل بار خواهد بود که این محصول را برای کاربردهای سنگین مناسب میکند. ارتفاع این تیرها بین ۱۰۰ تا ۱۰۰۰ میلیمتر متغیر است و ضخامت بالها نیز معمولاً بین ۱۰۰ تا ۳۰۰ میلیمتر است. تیرآهنهای هاش سنگین معمولا در ساختمانهای بلند، برجها، تأسیسات صنعتی بزرگ، پلها و دیگر پروژههای زیرساختی که به پشتیبانی سازهای قابل توجهی نیاز دارند، به کار میروند.
مواد تشکیلدهندهی تیرآهن هاش سنگین معمولا شامل فولادهای آلیاژ پایین با استحکام بالا میشود که خواص مکانیکی عالیای ارائه میدهند. عناصری مانند کروم، مولیبدن و وانادیم ممکن است برای بهبود مقاومت تیرآهن در برابر خوردگی، گرما و فشارهای مکانیکی به آن اضافه شوند. به صورت کلی، تیرهای هاش سبک و سنگین از لحاظ مواد تشکیل دهنده لزوما با یکدیگر تفاوتی ندارند. از لحاظ قیمتی، قیمت تیرآهن هاش سنگین مشخصاً بیشتر از نمونههای سبکوزن است.
تیرآهن هاش فوق سنگین (HEM)
تیرآهن هاش فوق سنگین (IPBV یا HEM)، قویترین نوع تیرآهن هاش است که برای سختترین کاربردهای سازهای طراحی شدهاند. این نوع تیرآهن بالها و جان را دارد که حداکثر استحکام و پایداری را فراهم میکنند. از تیرهای هاش فوق سنگین در کارهای بسیار تحت فشار، مانند برجسازی، پروژههای زیرساختی عظیم و تاسیسات صنعتی بزرگ استفاده میشود.
از لحاظ ساختاری و جنس مواد اولیه، این تیرها تفاوت چندانی با دو نوع قبلی ندارند. با این حال، آلیاژهای پایه آن ممکن است شامل عناصری مانند نیکل و کبالت باشند که مقاومت تیرآهن در برابر خستگی و تغییر شکل تحت بارهای سنگین را افزایش میدهند. «قیمت تیرآهن هاش فوق سنگین» نشاندهنده کیفیت بالا و فرآیندهای ساخت پیشرفتهای است که برای تولید این تیرآهنها به کار میرود. عملکرد برتر تیرآهنهای HEM تضمین میکند که آنها میتوانند وزنهای قابل توجهی را تحمل کرده و در برابر شرایط سخت دوام بیاورند و این ویژگی آنها را در پروژههای زیرساختی حیاتی، ضروری میسازد.
در بخشهای قبل در اینباره بحث کردیم که تیرهای هاش در سه نوع سبک، سنگین و فوق سنگین تقسیم میشوند. در این میان، یکی از مهمترین سوالات مطرح شده، تفاوت بین هاش سبک و سنگین است که تیم پیوان در مقاله ای جداگانه به طور کامل درباره این سوال مهم برایتان شرح داده ایم.
استانداردها برای تیرآهن هاش
تیرآهنهای هاش مطابق با استانداردهای بینالمللی مانند DIN، EN و ASTM تولید میشوند. همچنین، از اشتال برای تعیین و ارائه مشخصات دقیق ابعاد، وزن و خواص مکانیکی آنها استفاده میشود. این جدولها ابزار مناسبی برای مهندسان محسوب میشوند تا بر اساس آن اقدام بهبرنامهریزی و نقشهکشی کنند.
نوع تیرآهن |
ارتفاع |
عرض بال |
ضخامت جان |
ضخامت بال |
هاش سبک |
۹۶ تا ۹۹۰ |
۱۰۰ تا ۳۰۰ |
۵ تا ۱۶.۵ |
۸ تا ۳۱ |
هاش سنگین |
۱۰۰ تا ۱۰۰۰ |
۱۰۰ تا ۳۰۰ |
۶ تا ۱۹ |
۱۰ تا ۳۶ |
هاش فوق سنگین |
۱۲۰ تا ۱۰۰۸ |
۱۰۶ تا ۳۰۲ |
۱۲ تا ۲۱ |
۲۰ تا ۴۰ |
تیرآهنهای هاش با ابعاد و اندازههای مختلف برای سازگاری با نیازهای گوناگون سازهای تولید میشوند. مشخصات کلیدی آنها شامل پهنای بال، ضخامت جان و ارتفاع کلی است. استفاده و پایبندی به ابعاد استاندارد، باعث سهولت استفاده و هماهنگی در پروژههای ساختمانی با یکدیگر میشود. در جدول زیر خلاصهای از کلیدیترین ویژگیهای این تیرآهنها را مرور میکنیم:
در مقایسه با سایر تیرآهنها، هاش استحکام و مقاومت بیشتری در برابر خم شدن و پیچش دارد. وجود بالهای پهنتر و جان ضخیمتر در این تیرآهنها، باعث توزیع بهتر بار و پایداری سازهای شده و آنها را برای کاربردهای سنگین ایدهآل کرده است.
مزایای استفاده از تیرآهن هاش
استحکام بالا و مقاومت در برابر نیروهای افقی و عمودی
تیرآهنهای H استحکام فوقالعادهای دارند و در برابر نیروهای افقی و عمودی مقاومت بالایی از خود نشان میدهند. این ویژگی باعث میشود آنها برای تحمل بارهای سنگین و مقاومت در برابر فشارهای جانبی بسیار مناسب باشند؛ ویژگیهایی که برای ساخت ساختمانها و زیرساختها کاملاً مهم و حیاتی محسوب میشوند.
دوام و طول عمر زیاد
تیر هاش با توجه به ساختار محکم و مقاومت بالایی که در برابر عوامل محیطی مانند خوردگی و سایش دارد، از طول عمر و دوام بالایی بره میبرد. این ویژگیها برای یک سازه ضروری هستند و باعث افزایش طول عمر و قابل اعتماد بودن آنها هم میشوند.
کاربری متنوع و چند منظوره
یکی از مزایای تیرهای هاش، تنوع بالا در کاربری و موارد استفاده از آنها است. بنابراین، از این تیرهای آهنی میتوان برای طیف گستردهای از کاربردها از ساختمانهای مسکونی تا تاسیسات صنعتی و پروژههای زیرساختی استفاده کرد. بنابراین، تیر هاش را میتوانیم از لحاظ کاربری، انعطافپذیر بدانیم که یکی از بزرگترین مزایای آنها است.
معایب استفاده از تیرآهن هاش
محدودیتهای ساختاری
در حالی که تیرآهن هاش مزایای زیادی دارد، برای همه کاربردها مناسب نیست. ابعاد و وزن بیشتر آنها میتواند استفادهشان را در پروژههایی با محدودیتهای فضایی و وزنی کم کند.
هزینهها و مسائل اقتصادی
به دلیل هزینه بالاتر مواد و تولید، تیرآهن هاش عموماً گرانتر از سایر تیرآهنها است. این مسئله، مخصوصاً در صورت استفاده گسترده، میتواند بر کل بودجه پروژههای ساختمانی تأثیر بگذارد.
موانع در حمل و نقل و نصب
حمل و نقل و نصب تیرآهن هاش به دلیل ابعاد و وزن بیشتر، میتواند چالشبرانگیز باشد. برای جابجایی و نصب ایمن و کارآمد این تیرآهنها ممکن است به تجهیزات ویژه و برنامهریزی دقیقی نیاز داشته باشیم.
کاربرد تیرآهن هاش
کاربرد در ساختمانهای ضدزلزله: با توجه استحکام و انعطافپذیری بالای این تیرآهنها، از هاش برای ساخت ساختمانهای مقاوم در برابر زلزله استفاده میشود. قابلیت جذب و دفع انرژی لرزهای توسط انواع هاش، به حفظ استحکام سازهای ساختمان در هنگام زلزله کمک میکند.
برجسازی: ظرفیت تحمل بار بالا در تیرهای هاش، آنها را تبدیل به انتخابی محبوب برای ساخت برجهای بلند و آسمانخراشها کرده است. این تیرآهنها میتوانند بهخوبی از پس تحمل بارهای عمودی و افقی برآیند.
ساخت پلها: تیرآهن هاش به دلیل توانایی تحمل بارهای سنگین و مقاومت در برابر عوامل محیطی، در ساخت پلها بهطور گسترده استفاده میشود. در واقع، آنها را باید یکی از اصلیترین اجزاء در جادهسازی و پل سازی بدانیم. استحکام آنها طول عمر و ایمنی پلها را تضمین میکند.
سازههای صنعتی و پالایشگاهها: در حوزه سازههای صنعتی و مصارف کاربردی داخل پالایشگاهها، تیرآهن هاش تکیهگاه لازم برای ماشینآلات و تجهیزات سنگین را فراهم میکند. این تیرها دوام و مقاومت بالایی در برابر خوردگی دارند که باعث میشود گزینه مناسبی برای محیطهای سخت صنعتی باشند.
خرپاها و سازههای زیرزمینی: از تیرآهن هاش همچنین در ساخت خرپاها و سازههای زیرزمینی به استفاده میشود تا به استحکام و پایداری لازم برای این سازههای پیچیده دست پیدا کنیم.
نحوه تولید تیرآهن هاش
فرآیند تولید تیرآهن هاش یک روش پیچیده بوده و شامل چندین مرحله میشود. برای دستیابی به محصول نهایی با کیفیت بالا، باید تمامی مراحل با دقت انجام شده و بهخوبی به آنها نظارت انجام شود. بیایید نگاه مختصری به مراحل تولید تیر هاش داشته باشیم.
مرحله اول: ذوب آهن
تولید تیرآهن هاش با ذوب کردن آهن خام آغاز میشود. این فرآیند معمولا در کوره بلند یا از طریق کوره قوس الکتریکی انجام میشود. مواد اولیهای شامل سنگ آهن، کک و … وارد کوره شده و در دمای بسیار بالا حرارت میبینند. در صورت استفاده از کوره قوس الکتریکی، ضایعات آهن نیز قابل ذوب شدن و استفاده مجدد هستند. فولاد مذاب از کوره خارج شده و برای مراحل بعدی منتقل میشود.
مرحله دوم: تصفیه و آلیاژسازی
در این مرحله، فولادِ ذوب شده تحت فرآیندی برای حذف ناخالصیهایی مانند گوگرد، فسفر و کربن اضافی قرار میگیرد. این کار با دمیدن اکسیژن به فولاد مذاب انجام میشود که به اکسید شدن و حذف این عناصر ناخواسته کمک میکند. در طی این مرحله، ممکن است عناصر آلیاژی مختلفی مانند منگنز، کروم و وانادیم به فولاد مذاب اضافه شوند تا خواص و ویژگیهای خاصی به فولاد اضافه شده و استحکام، شکلپذیری و مقاومت آن در برابر سایش و خوردگی بهتری پیدا کنند.
مرحله سوم: ریختهگری به صورت شمش
پس از تصفیه، فولاد مذاب به شکلهای جامدی به نام شمش ریخته میشود. این کار معمولا با استفاده از یک ماشین ریختهگری پیوسته انجام میشود. طی این فرایند، فولادِ مذاب به قالبی ریخته شده و به سرعت خنک میشود. محصول نهایی، شمشهای جامد فولادی هستند. این شمشها قطعات بلند و مستطیل شکل از جنس فولاد هستند که نقش ماده اولیه را برای تولید تیرآهن هاش و بسیاری از محصولات فولادی ایفا میکنند.
مرحله چهارم: گرم کردن و نورد گرم
شمشها سپس در کورهای تا دمایی مناسب دوباره گرم شده تا برای نورد گرم آماده شوند. این فرآیند گرمایش باعث می شود که فولاد به اندازهای نرم شود که بتوان به آن شکل داد. شمشهای داغ از میان مجموعههایی از غلتکهای نورد عبور میکنند و به تدریج به شکل تیرآهن هاش دلخواه شکل داده میشوند. فرآیند نورد منجر به کاهش سطح مقطع شمشها و تشکیل بالها و جان تیر هاش میشود. در این مرحله، غلتکهای نورد باید به دقت کنترل شود تا تیرآهنها با مشخصات دقیق ابعادی مطابقت داشته باشند.
مرحله پنجم: برش و خنکسازی
پس از اینکه تیرآهن هاش به شکل و اندازه صحیح نورد شدند، به طولهای مورد نظر برش داده میشوند. این کار از طریق سیستمهای برش خودکار انجام میشود. این سیستمها از تیغهها یا مشعلهای با دقت بالا برای اطمینان از برشهای تمیز و دقیق استفاده میکنند. پس از برش، تیرآهن در محیطی کنترلشده به آرامی خنک میشود. خنک سازی باعث میشود تنشهای داخلی فولاد کاهش پیدا کند و به حفظ یکپارچگی و پایداری ابعادی تیرآهنها کمک میکند.
مرحله ششم: پرداخت نهایی و کنترل کیفیت
آخرین مرحله تولید تیرآهن هاش شامل پرداخت نهایی و کنترل کیفیت میشود. در این مرحله، تیرآهن هاش از نظر دقت ابعادی، عیوب سطحی و کیفیت کلی مورد بازرسی و بررسی قرار میگیرد. روشهای آزمایش غیر مخرب، مانند تست فراصوت و بازرسی ذرات مغناطیسی، اغلب برای تشخیص هرگونه نقص داخلی استفاده میشوند. تیرآهنها همچنین ممکن است تحت عملیات سطحی مانند رنگآمیزی قرار بگیرند تا مقاومت آنها در برابر خوردگی بهتر شده و ظاهر زیباتری هم پیدا کنند.
کلام پایانی
تیرآهنها انواع مختلفی داشته و با ویژگیهای متنوعی تولید میشوند. در این میان، تیرهای هاش یکی از این انواع بوده که وجه تمایز آنها، ابعاد نسبتا یکسان بالها و جان تیرآهن است. تیرهای هاش مزایای بسیاری از جمله استحکام بالا، دوام و تطبیقپذیری را ارائه میدهند. با این حال، آنها همچنین دارای برخی معایب مانند هزینههای بالاتر و چالشهای حمل و نقل هستند. هرکدام از سه نوع سبک، سنگین و فوق سنگین تیر هاش کاربری خاصی داشته و برای موارد خاصی مورد استفاده قرار میگیرد. بنابراین، آشنایی و درک جنبههای مختلف این تیرهای هاش، از انواع و ویژگیهای آنها تا کاربردها و فرآیندهای تولیدشان، برای تصمیمگیری آگاهانه در پروژههای ساختمانی و زیرساختی میتواند بسیار مفید و حتی ضروری است. در همین راستا، در این مقاله سعی شد همه چیز در مورد تیر هاش، تنوع آنها، مزایا و معایب، استانداردها، روشهای تولید و … را مورد بررسی قرار دهیم.
نظر شما