نگاهی دقیق به کاربردهای تیرآهن
در دنیای ساخت و ساز، تیرآهن‌های فولادی نقشی شبیه به ستون فقرات بدن انسان را دارند. در واقع، آنها هستند که وزن و بار سازههای عظیم را تحمل می‌کنند؛ از آسمان‌خراش‌های سر به فلک کشیده تا پل‌های مستحکم، ساخت هیچ‌کدام از آنها بدون استفاده از این مصالح فولادی امکان پذیر نخواهد بود. مزایای متعدد آنها باعث شده نقشی ضروری را در معماری مدرن پیدا کرده و موارد استفاده بسیار زیاد و متنوعی داشته باشند. در این مقاله قصد داریم برخی از کاربردها و موارد استفاده از تیرآهن را مرور کرده و تاثیر عمیقی که این محصولات فولادی روی شکل‌دهی مناظر شهری ما دارند را بررسی کنیم.
استفاده از تیرآهن در سازه های بتنی
تیرآهن نقشی حیاتی را در سازههای بتنی ایفا می‌کند، تا جایی که ساخت هیچ سازه بتنی را بدون استفاده از آنها نمی‌توان متصور بود. آنها هم می‌توانند در بخش ساخت و تقویت فونداسیون و هم برای سایر بخش‌های ساختمان مورد استفاده قرار بگیرند.
- تقویت کننده در فونداسیون‌ها: فونداسیون‌های بتنی را می‌توانیم پایه و اساس اکثر سازه‌ها بدانیم. آنها باید به اندازه کافی محکم باشند تا وزن و نیروهای وارده بر آنها را تحمل کنند. با این حال، بتن به تنهایی مقاومت چندانی در برابر کشش ندارد، یعنی ممکن است تحت فشار ترک بخورد یا بشکند. به همین دلیل است که تیرهای فولادی به فونداسیون‌های بتنی اضافه می‌شوند تا مقاومت کششی ایجاد کنند و از ترک خوردن جلوگیری کنند. مقاطع فلزی مورد بحث در داخل بتن قرار می‌گیرند و یک ماده مرکب ایجاد می‌کنند که بسیار قوی‌تر از هر یک از اجزا به تنهایی است.
بنابراین، استفاده از تیرآهن برای افزایش ظرفیت باربری فونداسیون‌های بتنی ضروری است. این موضوع برای سازه‌هایی که دارای بارهای سنگین یا دینامیکی هستند، مانند پل‌ها، سدها یا آسمان‌خراش‌ها، اهمیت بسیار بیشتری پیدا می‌کند. این محصولات همچنین به توزیع یکنواخت بار در سراسر فونداسیون کمک می‌کنند و خطر نشست یا تغییر شکل سازه را کاهش میدهند. این محصولات فولادی به مهندسان کمک می‌کنند تا فونداسیون‌های کارآمدتر و بادوام‌تری را برای انواع سازه‌ها طراحی کنند. این مقاطع در بسیاری از بخش‌ها و عناصر سازههای بتنی که نیاز به تقویت دارند، استفاده می‌شوند.
برای مثال می‌توان به شمع‌ها، فونداسیون‌های صفحه‌ای، ستون‌ها، دیوارها و دال‌ها اشاره کرد. شمع‌ها در واقع مقاطع فولادی عمودی و بلندی هستند که برای تأمین تکیه‌گاه برای سازه‌هایی که روی خاک نرم یا ناپایدار ساخته می‌شوند، به زمین کوبیده می‌شوند. در ساخت فونداسیون نیز تیرآهنها به شکل افقی در پایین ستون‌ها یا دیوارها قرار می‌گیرند تا وزن سازه را به خاک منتقل کنند. برای ساخت ستون‌ها و دیوارها، این تیرها به شکل عمودی در بتن قرار می‌گیرند تا پایداری و استحکام را افزایش دهند.
- تحمل وزن و بار در سایر بخش‌های ساختمان: تیرهای فلزی به طور بسیار گسترده‌ای به عنوان تکیه‌گاه اصلی سازه‌ای در ساختمان‌سازی مورد استفاده قرار می‌گیرند، زیرا مزایای زیادی نسبت به سایر مصالح دارند. آنها مقاوم، انعطاف‌پذیر و بسیار پرکاربرد هستند. این مقاطع فولادی می‌توانند بدون نیاز به وجود تکیه‌گاه‌های میانی، استحکام بخش و دهانه‌ی بزرگی را تامین کرده و امکان ایجاد طراحی و پیاده سازی نقشه‌های باز و جادار را فراهم کنند. به بیان ساده‌تر، استحکام بالا آنها باعث میشود تا بدون نیاز به وجود ستون‌های میانجی، استحکام چندین متر را به‌تنهایی تامین کنند. همچنین، امکان شکل‌دهی و اتصال آنها به روش‌های مختلف، به مهندسان و معماران این اجازه را می‌دهد تا سازههای پیچیده و نوآورانه‌ای بسازند.
محصولات مورد بحث همچنین گزینه‌ای مناسب برای به حداقل رساندن لرزش در سازه‌ها هستند و به‌خوبی می‌توانند در برابر نیروهای جانبی مانند باد یا زلزله مقاومت کرده و شکل و تراز خود را حفظ کنند. آنها همچنین دارای قابلیت ارتجاعی بالایی هستند، یعنی می‌توانند بدون شکستن خم شوند و پس از تغییر شکل به حالت اولیه خود بازگردند. علاوه بر این، آنها شکل‌پذیری بالایی دارند. به این معنی که می‌توانند انرژی را جذب کرده و بدون فروپاشی آن را دفع کنند. تمام این ویژگی‌ها باعث شده تا در مقاله‌ی تیرآهن چیست به‌صورت کامل‌تر به بررسی ویژگی‌های این مقطع فولادی پرداخته‌ایم.
تیرآهن در سازههای فولادی
کالاهای مدنظر علاوه بر اینکه به استحکام، پایداری و انعطافپذیری اسکلت سازه کمک می‌کنند، استفاده‌ی موثر از فضا و مصالح را هم ممکن می‌سازند. در این بخش، به بررسی برخی از کاربردها و موارد استفاده از این مقاطع فولادی در سازههای مختلف، به خصوص در سوله‌های صنعتی و ساختمان‌های تجاری را می‌پردازیم.
- استفاده از تیرآهن برای ساخت اسکلت سازههای صنعتی: سوله‌های صنعتی اغلب به فضاهای باز و بزرگی نیاز دارند تا در آنها ماشین‌آلات سنگین و تجهیزات جای بگیرند. تیرآهنها جزء اصلی اسکلت این سازه‌هایِ مورد نیاز در صنایع مختلف هستند. آنها می‌توانند بدون نیاز به ستون‌های میانی، دهانه‌های بزرگی را پوشش دهند و فضاهای بدون ستون ایجاد کنند که به انعطافپذیری و کارایی بیشتر در چیدمان و عملکرد تاسیسات صنعتی کمک می‌کند. علاوه بر این، مقاطع فلزی مدنظر در برابر بارهای سنگین و فشارهای ناشی از وزن و حرکت ماشین‌آلات و تجهیزات مقاوم هستند و ایمنی و دوام سوله‌های صنعتی را تضمین می‌کنند.
ساخت سوله با اسکلت فلزی یکی از روش‌های رایج برای ساخت سازههای صنعتی و تجاری است. یک سوله فلزی از ستون‌های عمودی به تیرآهن‌های افقی متصل شده است که اتصالات ثابتی را با ظرفیت مقاومت خمشی ایجاد می‌کنند. وجود چنین مقطع فلزی برای ساخت این سوله‌ها کاملاً ضروری است، زیرا تکیه‌گاه عمودی، افقی و اتصال بین ستون‌ها را فراهم می‌کنند. استفاده از این تیرها برای ساخت سوله می‌تواند مزایای مختلفی داشته باشد:
- نسبت استحکام به وزن بالا: : مقاطع آهنی می‌توانند وزن بسیار بیشتری را نسبت به وزن خودشان تحمل کنند که باعث کاهش هزینه‌های مصالح میشود. برای محاسبه دقیق این هزینه‌ها می‌توانید همین حالا در کانال آهن آلات تلگرام عضو شده و آخرین به‌روزسانی‌های قیمتی را در تلفن همراه خود دریافت کنید.
- ساخت و نصب آسان: گاهی اوقات می‌توان به صورت پیش‌ساخته در خارج از محل سازه آماده کرد و سپس بخش باقی‌ماند اتصالات را در محل انجام داد. این کار باعث سرعت بخشیدن به فرآیند ساخت و صرفه‌جویی در هزینه‌های نیروی کار میشود.
- انعطافپذیری در طراحی: تیرآهن‌های فولادی را می‌توان گزینه‌ای بسیار متناسب با نیازهای مختلف معماری و عملکردی یک سوله دانست که امکان خلاقیت و تنوع بیشتر را در ساختمان‌های اسکلت فلزی فراهم می‌کنند.
- ساخت طبقههای میانی: منظور از طبقههای میانی در واقع محوطه‌ای است که برای ایجاد فضای اضافی بین طبقات اصلی یک ساختمان ساخته می‌شوند. طبقههای میانی اغلب در ساختمان‌های تجاری و صنعتی برای افزایش مساحت قابل استفاده، ظرفیت ذخیره‌سازی یا کارایی فضا مورد استفاده میشود. شاید بتوان گفت کمتر مصالحی به‌اندازه تیرآهن فولادی در ساخت این طبقههای میانی کاربرد داشته باشد. این مقاطع فلزی به دلیل توانایی بالایی که در تحمل بار و وزن دارند، می‌توانند ایمنی و پایداری لازم برای سازههای طبقههای میانی را فراهم کنند. محصولات فولادی مد نظر علاوه بر تحمل وزن خودِ طبقه و وسایل روی آن، به انعطافپذیری بیشتر در طراحی و نصب طبقههای میانی هم کمک می‌کنند، چرا که با اندازه‌ها، اشکال و ارتفاع‌های مختلف سازگار هستند.
استفاده از تیرآهن برای طراحی سازههای مقاوم در برابر زلزله
طراحی مقاوم در برابر زلزله، فرآیندی است که در آن، سازه‌ها طوری طراحی می‌شوند که بتوانند در برابر نیروهای ناشی از زلزله یا سایر حرکات زمین مقاومت کنند. به‌طور کلی، سازههای فولادی به دلیل انعطافپذیری بالا، استحکام و ظرفیت جذب انرژی خوبی که دارند، مقاوم در برابر زلزله محسوب می‌شوند و بخش زیادی از آن را مدیون تیرهای آهنی هستند. تیرآهن رابطه‌ای غیرخطی بین تنش و کرنش از خود نشان میدهند، به این معنی که می‌توانند بدون از دست دادن استحکام یا سختی، دچار تغییر شکل‌های زیادی شوند. این ویژگی به آنها اجازه می‌دهد تا انرژی زلزله را از طریق تغییر شکل پلاستیک دفع کنند و فشار لرزه‌ای را بر سایر اجزای سازه‌ای کاهش دهند.
نقش تیرآهن در ساخت پل‌ها
یکی از مهم‌ترین چالش‌های ساخت پل، توزیع موثر بارها بین اجزای مختلف آن است. بارها نیروهایی هستند که به پل وارد می‌شوند، مانند وزن خود پل، ترافیک، باد و زلزله. برای اطمینان از اینکه پل می‌تواند بدون خراب شدن یا تغییر شکل در مقابل این بارها مقاومت کند، مهندسان سازه باید ظرفیت تحمل بار هر عنصر را محاسبه کرده و بارها را به درستی توزیع کنند. تیرهای فولادی برای این منظور ایده‌آل هستند، زیرا نسبت استحکام به وزن بالایی دارند و می‌توانند در برابر خمش، برش و پیچش مقاومت کنند. همچنین، آنها را می‌توان در شکل‌ها و اندازه‌های مختلفی تولید کرد تا با هندسه و پیکربندی‌های مختلف پل سازگار باشند. همان‌طور که گفتیم، محصولات فلزی نقشی حیاتی را در توزیع موثر بار در سازههای پل ایفا می‌کنند، زیرا می‌توانند بارها را از یک عنصر به عنصر دیگر یا از یک دهانه به دهانه دیگر منتقل کنند.
به عنوان مثال، در یک پل ساده که از یک تیر افقی با تکیه‌گاه بر دو ستون عمودی در هر انتها تشکیل شده است، تیرهای فولادی می‌توانند بارها را از عرشه به ستون‌ها منتقل کنند. به همین ترتیب و در پل‌های بزرگتر، این محصولات می‌توانند مسافت‌های طولانی‌تری را طی کرده و بارهای سنگین‌تری را نسبت به یک تیر واحد تحمل کنند. برای مثال می‌توانیم به پل گلدن گیت در سانفرانسیسکو، ایالات متحده آمریکا اشاره کنیم. این یک پل معلق است که به طول ۱.۳ کیلومتر از خلیج سانفرانسیسکو عبور می‌کند. کابل‌های اصلی که عرشه را نگه می‌دارند به دو برج فولادی عظیم که بیش از ۲۰۰ متر بالاتر از سطح آب قرار دارند، متصل شده‌اند. برج‌ها از چهار ستون فولادی عمودی تشکیل شده‌اند که توسط تیرهای فولادی افقی در ارتفاعات مختلف به هم متصل شده‌اند. تیرآهن‌های فولادی به توزیع بارها از کابل‌ها به ستون‌ها کمک می‌کنند و ثبات بیشتری را برای برج‌ها فراهم می‌کنند.
مزایای استفاده از تیرآهن برای پلسازی
- تحمل دهانه‌های بزرگتر و بارهای سنگینتر: تیرهای فولادی نسبت مقاومت به وزن بالایی دارند و در برابر خمش، برش و پیچش مقاوم هستند. همچنین، امکان ساخت آنها در اشکال و اندازه‌های مختلف، آنها را برای سازگاری با هندسه‌ها و پیکربندی‌های متنوع پل‌ها ایده‌آل می‌سازد.
- زیبایی‌شناسی و بیان معماری: تیرهای فولادی را می‌توان رنگ‌آمیزی و روکش کرد یا صیقل داد تا رنگ‌ها، بافت‌ها و یا سطوح مختلفی را ایجاد کرد. همچنین، قابلیت شکل‌دهی یا خم شدن آنها امکان خلق فرم‌های زیبا یا باشکوه را فراهم می‌کند.
- ایجاد سازههای مرکب: تیرهای فولادی می‌توانند با مصالح سبک‌تر مانند بتن ترکیب شوند و سازههای مرکبی را تشکیل دهند. به عنوان مثال، تیر فولادی، مقاومت کششی و بتن، مقاومت فشاری را تأمین می‌کند و به این ترتیب سازه‌ای محکم‌تر و سبک‌تر از زمانی خواهیم داشت که هر یک از این مصالح به تنهایی ایجاد می‌کردند.
- استحکام و دوام: تیرآهنها محکم و بادوام هستند. آنها می‌توانند بدون شکستن یا خم شدن در برابر نیروهای فشاری و کششی بالا مقاومت کنند. همچنین مقاومت خستگی خوبی دارند و می‌توانند بدون از دست دادن استحکام، چرخه‌های بارگذاری و باربرداری مکرر را تحمل کنند.
- انعطافپذیری و سازگاری: تیرهای فولادی را می‌توان در اشکال و اندازه‌های مختلف برای سازگاری با طرح‌ها و الزامات مختلف پل ساخت. همچنین می‌توان آنها را جوش داد، پیچاند یا پرچ کرد تا سازه‌هایی با اتصالات پیچیده‌ای تشکیل دهند.
- اقتصادی و کارآمد بودن: پلسازی فرآیندی بسیار پرهزینه است و با توجه به قیمت تیرآهن، هزینه آن شاید تنها بخش کوچکی از هزینه‌های پلسازی را شامل باشد. از سوی دیگر، آنها نسبت استحکام به وزن بالایی دارند، به این معنی که برای دستیابی به همان ظرفیت تحمل بار با استفاده از سایر مواد، به هزینه و مواد اولیه کمتری نیاز داریم. این محصولات همچنین هزینه نگهداری پایین و عمر مفید بالایی دارند، که نیاز به تعمیرات یا تعویض‌های مکرر را کاهش می‌دهد.
سایر کاربردها و موارد استفاده از تیرآهن
در بخش‌های قبلی چند مورد از اصلی‌ترین موارد استفاده از این مقاطع فولادی را به‌طور کامل و تخصصی بررسی کردیم. با این حال، از آنجایی که کاربرد آنها گسترده و وسیع می‌باشد، بیاید برخی دیگر از آنها را به‌شکلی بسیار خلاصه مرور کنیم.
- ساخت ساختمان‌های کشاورزی: آنها در ساخت‌وساز اصطبل‌ها، انبارها و سازههای کشاورزی مورد استفاده قرار می‌گیرند، زیرا استحکام و دوام لازم را فراهم می‌کنند.
- انبارها هواپیمایی: تیرآهنها نقشی حیاتی در ساخت آشیانه‌های هواپیما دارند و چارچوب لازم را برای ساخت این سازههای بزرگ فراهم می‌کنند.
- ورزشگاه‌ها و استادیوم‌های ورزشی: از این مقاطع فولادی در ساخت استادیوم‌های ورزشی نیز استفاده میشود و پشتیبانی ساختاری لازم برای ایجاد فضاهای گسترده و سکوها را ارائه می‌کنند.
- سکوهای دریایی: تیرآهنها را باید جزء جدانشدنی ساخت سکوهای دریایی بدانیم، چراکه از استحکام کافی برای تحمل محیط‌های خشن دریایی برخوردار هستند.
- زیرساخت‌های راه‌آهن و مترو: تیرهای فولادی عموماً در ساخت پل‌های راه‌آهن، تونل‌ها و سازههای پشتیبان راه‌آهن و مترو نیز مورد استفاده قرار می‌گیرند.
- تالارهای تئاتر و کنسرت: این محصولات فولادی امکان طراحی‌های انعطاف‌پذیر و ایجاد فضاهای باز و بدون ستون را برای تالارهای بزرگ تئاتر و کنسرت فراهم می‌کنند.
- بازسازی ساختمان‌های تاریخی: تیرآهنها اغلب در بازسازی و تقویت ساختمان‌های تاریخی نیز استفاده می‌شوند تا استحکام ساختاری آنها را حفظ کرده و عمر آنها را طولانی‌تر کنند.
جمع‌بندی
استحکام و مقاومت بسیار بالا تیرآهنها باعث شده از آنها در بسیاری از زمینه‌ها و صنایع استفاده کنند. در همین راستا، در این مقاله سعی کردیم مروری بر برخی از مهم‌ترین کاربردهای این محصولات فولادی داشته باشیم و نقش آنها در ساخت سازههای بتنی، سازههای فولادی و پل‌ها بررسی کنیم. البته، موارد استفاده از آنها را نباید تنها محدود به کاربردهای مذکور بدانیم. این تیرها همچنین در صنایع مختلفی مانند نفت و گاز، حمل و نقل، کشتی‌سازی و غیره نیز مورد استفاده قرار می‌گیرند.
میلگرد
ورق فولادی
تیرآهن و هاش
پروفیل
نبشی
ناودانی
لوله و اتصالات
صنایع مفتولی
تخته و چوب
