دلایل ممنوعیت استفاده از تیرآهن لانه زنبوری

آئین‌نامه‌ها و مقررات جدید، در برخی موارد، استفاده از تیرآهن لانه زنبوری را غیرمجاز اعلام کرده‌اند. این ممنوعیت تیرآهن لانه زنبوری به‌ویژه در قاب‌های خمشی و تیرهایی که در دهانه‌های مهاربندی‌شده قرار دارند، اعمال شده است. دلایل این ممنوعیت به وجود حفره در جان تیر، جوشکاری در طول جان و کاهش مساحت جان بازمی‌گردد که در فرآیند ساخت تیرآهن ایجاد می‌شود. با این حال، تمامی این مشکلات قابل رفع است. برای آگاهی از روش‌های رفع این مشکلات و شناخت دقیق موارد مجاز و ممنوع برای استفاده از تیرآهن لانه زنبوری، شما را به ادامه مقاله دعوت می‌کنیم.

تیرآهن لانه زنبوری چیست؟

تیرآهن‌های لانه زنبوری، که به نام CPE نیز شناخته می‌شوند، دسته‌ای از تیرآهن‌ها هستند که در جان خود حفره‌هایی به شکل شش‌ضلعی دارند. این حفره‌ها که شباهت زیادی به لانه‌ی زنبور دارند، سبب نام‌گذاری این تیرها به این نام شده است.

فرآیند ساخت این تیرها به این صورت است که ابتدا جان تیرآهن به شکل زیگزاگ بریده می‌شود، سپس بخش‌های برش‌خورده به‌گونه‌ای جابجا می‌شوند که برآمدگی‌ها روی هم قرار گیرند. این جابه‌جایی باعث ایجاد حفره‌ای در جان تیر می‌شود و در نهایت، دو بخش با جوشکاری به یکدیگر متصل می‌شوند.

تیرآهن‌های لانه زنبوری به‌دلیل توانایی بالاتر در تحمل ممان خمشی، با خیز کمتر و وزن سبک‌تر در مقایسه با سایر تیرها، استفاده گسترده‌ای در صنعت ساختمان‌سازی دارند. پشنهاد ما در ادامه خواندن مقاله پیوان درباره این محصول است.

چرا استفاده از تیرآهن لانه زنبوری ممنوع است؟

تیرآهن لانه زنبوری، همان تیرآهن I است که با برش و جابه‌جایی جان خود، حفره‌هایی در طول جان ایجاد می‌کند. هرچند این حفره‌ها مزیتی برای عبور لوله‌ها و تجهیزات خدماتی به شمار می‌آیند، اما در عین حال باعث بروز محدودیت‌هایی می‌شوند که در برخی موارد، استفاده از این نوع تیرآهن را ممنوع می‌سازد.

مشکل اصلی حفره‌ها در تیرآهن لانه زنبوری این است که توزیع تنش در تیر را تغییر داده و در ناحیه تکیه‌گاه، تنش‌های زیادی ایجاد می‌کند. این امر باعث کاهش ظرفیت برشی و لنگر خمشی تیر می‌شود. همچنین، در فرآیند ساخت تیرآهن لانه زنبوری، احتمال بروز خطا و کاهش کیفیت جوشکاری در کارگاه‌ها افزایش می‌یابد.

تمامی این مسائل سبب وضع محدودیت‌ها و قوانین سختگیرانه برای استفاده از تیرآهن لانه زنبوری شده است. در ادامه، به بررسی بیشتر این ممنوعیت‌ها و مقررات خواهیم پرداخت.

دلایل ممنوعیت استفاده از تیرآهن لانه زنبوری و روش‌های رفع مشکلات آن

تیرآهن لانه زنبوری با وجود مزایای خاص خود، به دلیل بروز مشکلات فنی و ساختاری در برخی شرایط، با محدودیت‌هایی مواجه شده است. چهار مشکل اصلی که باعث ممنوعیت استفاده از این نوع تیرآهن در بعضی موارد می‌شود و روش‌های رفع هر یک از آن‌ها به شرح زیر است:

کاهش مقاومت برشی:

وجود حفره‌ها در جان تیرآهن لانه زنبوری، به ویژه در نواحی تکیه‌گاه، باعث کاهش مقاومت برشی آن می‌شود. این مسئله به وضوح در مقررات ملی ساختمان مبحث دهم نیز بیان شده است.
روش رفع مشکل: برای جبران این کاهش، ورق‌های تقویتی جوش داده می‌شوند یا ترکیب بتن و فولاد به کار گرفته می‌شود تا حفره‌ها در محل‌های بحرانی پر شوند.

کاهش مقاومت خمشی:

تیرآهن لانه زنبوری به دلیل نحوه ساخت خاص خود در معرض تنش‌های خمشی مختلف قرار می‌گیرد. تنش‌های خمشی اصلی در محل حفره‌ها و خمشی ثانویه در اثر برش‌های مقطع این تیر، از مشکلات عمده آن به شمار می‌روند.
روش رفع مشکل: حفره‌ها با ورق جوش داده می‌شوند و ورق‌های میانی بین قطعات بریده‌شده نصب می‌شود تا ممان اینرسی و مدول مقطع افزایش یابد.

کاهش خواص فولاد در محل جوش:

جوشکاری برای اتصال دو نیمه تیرآهن لانه زنبوری می‌تواند باعث تغییر در خواص فولاد و کاهش مقاومت در محل جوش شود، به ویژه اگر جوشکاری به‌درستی انجام نشود.
روش رفع مشکل: برای پیشگیری از این ضعف، باید از تیرآهن‌های لانه زنبوری تولید شده در کارگاه‌های مجهز با رعایت استانداردهای جوشکاری استفاده کرد. همچنین نصب ورق تقویتی در نواحی جوشکاری‌شده می‌تواند به افزایش مقاومت کمک کند.

امکان له شدگی تیرآهن:

در نواحی تکیه‌گاه و محل اتصال تیر به سایر بخش‌ها، به دلیل وجود جوش و عدم یکپارچگی جان تیرآهن، امکان خم شدن و لهیدگی تیر در محل تمرکز بار وجود دارد.
روش رفع مشکل: استفاده از ورق یا بتن برای تقویت تیر و پرکردن حفره‌ها در محل‌های بحرانی، می‌تواند مقاومت تیرآهن را به طور قابل‌ملاحظه‌ای افزایش دهد.

موارد مجاز استفاده از تیرآهن لانه زنبوری

در شرایطی خاص که مشکلات فنی و ساختاری پیش‌آمده در تیرآهن لانه زنبوری رفع شده باشد، استفاده از این تیرآهن‌ها در بسیاری از موارد همچنان مجاز و عملی است. به ویژه در مواردی همچون:

• سیستم‌های مهاربندی:در دهانه‌های غیر مهاربندی‌شده، استفاده از تیرآهن لانه زنبوری بدون اشکال است و می‌تواند به‌خوبی کارکرد خود را در این بخش‌ها ایفا کند.

• تیرهای فرعی با دو سر مفصلی:در تیرهای فرعی که دو سر آن‌ها مفصلی است، تیرآهن لانه زنبوری قابل استفاده است. با این حال، باید توجه داشت که در تیرهای پل که دو سر مفصلی دارند، به دلیل تنش‌های برشی زیاد، استفاده از این نوع تیر توصیه نمی‌شود.

• سقف‌های کامپوزیت:در این نوع سقف‌ها، تیرهای فرعی به راحتی می‌توانند از تیرآهن لانه زنبوری بهره‌مند شوند؛ اما باید توجه داشت که در تیرهای اصلی این سقف‌ها استفاده از تیر لانه زنبوری همچنان مجاز نیست.

• سقف‌های عرشه فولادی:در تیرهای فرعی سقف‌های عرشه فولادی که با توجه به فاصله بین تیرها طراحی شده‌اند، نیز استفاده از تیرآهن لانه زنبوری بلامانع است و می‌تواند کاربرد مطلوبی داشته باشد.

استفاده از تیرآهن لانه زنبوری چه مواقعی مجاز نیست؟

با وجود مزایای فراوان تیرآهن لانه زنبوری، در برخی موارد خاص به دلیل مشکلات ساختاری و تنش‌های فنی، استفاده از آن توصیه نمی‌شود. این موارد شامل:

• بادبندها: استفاده از تیرآهن لانه زنبوری به هیچ عنوان در بادبندها مجاز نمی‌باشد، چرا که ساختار خاص این تیرها نمی‌تواند تنش‌های ناشی از نیروهای کششی و فشاری در این سیستم‌ها را به درستی تحمل کند
• قاب‌های خمشی: در تمامی انواع قاب‌های خمشی (معمولی، متوسط و ویژه)، استفاده از تیرآهن لانه زنبوری به عنوان اعضای باربر جانبی مجاز نیست، زیرا در این ساختارها، تیرهای لانه زنبوری نمی‌توانند به‌خوبی نیروهای پیچشی و خمشی را منتقل کنند.
• دهانه‌های مهاربندی‌شده: در هیچ‌یک از سیستم‌های مهاربندی، چه همگرا و چه واگرا، استفاده از تیرآهن لانه زنبوری در دهانه‌های مهاربندی‌شده مجاز نمی‌باشد.
• مقاطع فشرده: تیرآهن لانه زنبوری نباید به عنوان مقطع فشرده در پروژه‌ها استفاده شود، چرا که توانایی تحمل بار فشاری بالاتر را ندارد و ممکن است دچار تغییر شکل شود.
• تیرهای با برش زیاد: اگر تیرهای فرعی در مناطقی قرار گیرند که برش زیادی بر جان تیر وارد می‌شود (مانند تیرهای پل دو سر مفصل)، استفاده از تیرآهن لانه زنبوری در آن محل مناسب نیست.

توجه به ستون دوبل فلزی:در صورت استفاده از تیر لانه زنبوری در ستون‌های دوبل فلزی، باید مراقب باشید که حفره‌های تیرآهن‌ها مقابل یکدیگر قرار نگیرند، چرا که این امر می‌تواند به کاهش ظرفیت باربری ستون منجر شود.

راه‌حل نهایی برای رفع ممنوعیت تیرآهن لانه زنبوری چیست؟

جز در مواردی که آیین‌نامه به وضوح استفاده از تیرآهن لانه زنبوری را منع کرده است، بهترین رویکرد برای رفع محدودیت‌های آن، اصلاح و بهبود ویژگی‌های ساختاری این تیر است. برای نمونه، با بهره‌گیری از ترکیب بتن، فولاد و ورق در نقاط ضعف تیرآهن، می‌توان به طور قابل توجهی مشکلاتی چون کاهش مقاومت برشی، خمش‌های ثانویه، ناپایداری پیچشی جانبی، کمانش‌های موضعی بال و جان، و اثرات تغییر شکل‌های ثانویه را کاهش داد.

علاوه بر این، توصیه می‌شود که پیش از خرید تیرآهن لانه زنبوری، از کیفیت و استانداردهای ساخت کارگاه تولیدکننده اطمینان حاصل کنید. چرا که در ایران، کارخانه‌ها به طور مستقیم تیرآهن لانه زنبوری تولید نمی‌کنند و این محصولات معمولاً در کارگاه‌ها و اغلب با استفاده از تیرآهن IPE ذوب‌آهن ساخته می‌شوند.

جمع بندی

• راه حل رفع ممنوعیت تیرآهن لانه زنبوری چیست؟

  راه‌حل رفع ممنوعیت تیرآهن لانه زنبوری، تقویت تیر با جوش‌دادن ورق‌های تقویتی، استفاده از بتن و فولاد برای پر کردن حفره‌ها، و رعایت استانداردهای جوشکاری در کارگاه‌های مجهز است.

• چرا نمیتوانیم به راحتی از تیرآهن لانه زنبوری استفاده کنیم؟

  محدودیت استفاده از تیرآهن لانه زنبوری به دلیل کاهش مقاومت برشی، خمشی و احتمال ضعف در محل جوشکاری به‌واسطه حفره‌های موجود در جان تیر است.