بررسی انواع تیرآهن و نگاهی دقیق به آن

تیرآهن‌ها یکی از اصلی‌ترین پیش‌نیازهای ساختمان سازی هستند که بار و وزن عناصر سازه را تحمل کرده و آن را به سایر قسمت‌ها منتقل می‌کنند. از این محصولات فولادی به طور گسترده‌ای در پروژه‌های ساخت و ساز، مهندسی و معماری استفاده می‌شود. در مقاله‌ی تیرآهن چیست بیشتر در مورد ویژگی‌های آن‌ها صحبت‌ کرده‌ایم. انواع مختلفی از این مقاطع فولادی وجود دارد که هر یک دارای مشخصات، ویژگی‌ها، مزایا، معایب و کاربردهای خاص خود هستند. در این مقاله، ۴ مورد از پرکاربردترین و محبوب‌ترین تیرآهن‌های مورد استفاده در کشور ایران، یعنی مدل‌های IPE، IPB، INP و لانه زنبوری (CPE) را به شکل کامل معرفی و بررسی خواهیم کرد.

تیرآهن IPE

مدل IPE یا همان تیر معمولی، نوعی از مقاطع فولادی با شکل حرف ‘I’ انگلیسی هستند. آنها همچنین به عنوان مقاطع I اروپایی یا تیرهای با لبه‌های موازی شناخته می شوند. مشخصه اصلی این تیرآهن‌ها، وجود زاویه ۹۰ درجه بین بال و جان تیرآهن و یکنواخت بودن ضخامت بال‌های آن است. این مدل در میان تولیدکنندگان ایرانی و اروپایی محبوبیت بیشتری دارد و برای ساخت آن هم از استاندارد اروپایی (IPE (I Profile European استفاده می‌شود.

به همین خاطر، تقریباً اکثر تیرآهن‌های وارداتی ایران از نوع IPE هستند. این مدل عموماً از کشورهای لهستان، کره‌جنوبی و اسپانیا وارد می‌شود. البته، برخی از نمونه‌ها بر اساس استانداردهای بومی ایران ساخته می‌شود. تیرهای IPE، به دلیل استحکام تحمل وزن خوب و مقاومت در برابر خم شدن و پیچش، در کاربردهای ساختمانی، مهندسی و صنعتی بسیار مورد استفاده قرار می گیرند. در بخش‌های بعدی بیشتر در این مورد صحبت خواهیم کرد.

مزایا استفاده از تیرآهن IPE

• این محصول دارای نسبت مقاومت به وزن بالایی است؛ به این معنی که می‌تواند بارهایی بسیار سنگین‌تر از وزن خود را تحمل کند.
• آنها دارای مقطع عرضی (بال) یکنواخت و با زاویه ۹۰ درجه هستند که فرایند طراحی و ساخت را ساده می کند.
• کالا مورد بحث دارای لبه‌های موازی هستند که اتصال با سایر عناصر مانند پیچ‌ها، صفحات یا زاویه‌ها را تسهیل می‌کنند. این برخلاف مدل‌هایی مثل IPN است.
• آنها دارای سطحی صاف هستند که خطر خوردگی را کاهش داده و زیبایی ظاهری این محصولات فولادی را بهبود می‌بخشد.

 معایب و نقاط ضعف تیرآهن IPE

• این مدل مقاومت پیچشی نسبتاً پایینی در مقایسه با سایر مدل‌های مشابه دارد؛ به این معنی که در برابر تاب خوردن در اثر بارهای جانبی یا بارگذاری‌های نامتوازن مستعد آسیب هستند.
• از لحاظ تنوع در سایز و گریدهای بالا با محدودیت‌هایی روبرو هستند.
• هزینه‌ی آن‌ها نسبت به برخی دیگر محصولات فولادی جایگزین نسبتاً بالاتر است؛ که البته به‌عنوان یک ضعف در این مقطع فلزی به‌حساب می‌آید و تنها مربوط به این مدلِ خاص نیست.

کاربردهای تیرهای IPE

تیرهای IPE کاربردهای گسترده‌ای در پروژه‌های ساختمان‌سازی، مهندسی و صنعتی دارند که برخی از رایج‌ترین آنها عبارتند از:

1. سازه‌های ساختمانی مانند تیرهای کف و خرپا، دیوارهای برشی
2. پل‌های جاده‌ای و راه آهن
3. تجهیزات صنعتی مانند جرثقیل‌ها و ماشین‌آلات سنگین
4. سازه‌های کشتی 

تیرآهن IPB

مدل IPB، که در کشورهای اروپایی بیشتر با نام HEB شناخته می‌شوند، نوعی تیر فولادی نورد گرم هستند که براساس استانداردهای اروپایی تولید می‌شوند. در ایران، آن‌ها را بیشتر با نام مقاطع بال پهن یا هاش (H) می‌شناسیم؛ دلیل این نام‌گذاری هم شکل این محصول است که نحوه قرارگیری جان و بال آن‌ها شبیه به حرف H انگلیسی می‌شود. برجسته‌ترین ویژگی‌ آن‌ها نیز همین بزرگ‌تر بودن طول بال‌های این نوع تیرآهن نسبت به سایر مدل‌ها است. در واقع، طول بال و جان این محصولات یکسان است و مقطعی مربع شکل پیدا می‌کنند. حروف IPB نشان دهنده ابعاد تیر است. I برای عمق، P برای عرض و B برای ضخامت لبه. ابعاد تیرهای IPB از 100 میلی‌متر تا 1000 میلی‌متر در عمق (طول بال‌ها)، 100 میلی‌متر تا 300 میلی‌متر در عرض و 6 میلی‌متر تا 36 میلی‌متر در ضخامت لبه متغیر است.

معرفی انواع تیرآهن IPB

تیرآهن IPB در مدل‌های مختلفی تولید می‌شود. در یک نوع دسته‌بندی، آن‌ها را می‌توان به مدل‌های سبک‌ وزن و سنگین وزن تقسیم کرد. مدل‌های سبک با علامت L و نمونه‌های سنگین با علامت V نمایش داده می‌شوند. بنابراین، منظور از IPBV مدل‌های سنگین و IPBL نیز نمونه‌های سبک است. دسته‌بندی دیگر این نوع از فولاد بر اساس گرید و جنس آن‌ها انجام شده و از این حیث عموماً به ۳ دسته‌ی st37، st44 (جهت دیدن قیمت ورق st37 کلیک کنید) و st52 تقسیم می‌شوند. عدد پس از St معرف استحکام کششی نهایی فولاد بر حسب Kg/mm2 است.

برای مثال St37 معرف فولادی است که استحکام کششی نهایی آن برابر با ۳۷ در واحد Kg/mm2 است. در این بین، لازم به توضیح است که استفاده گرید st44 در کشور ایران متداول‌تر از باقی محصولات است. بنابراین، هر چه درجه بالاتر باشد، عملکرد و استحکام محصول نهایی بیشتر است. همچنین، لازم به ذکر است که این نام‌گذاری بر اساس استاندارد DIN 17006 انجام گرفته. این استاندارد اکنون منسوخ شده و استاندارد DIN EN 10027-1 جایگزین آن شده که از سیستم‌های نام‌گذاری جدیدتری استفاده می‌کند. با این حال، در کشور ایران همچنان استفاده از همان روش نام‌گذاری قدیمی مرسوم است!

مزایا و نقاط قوت تیرآهن IPB

مزیت اول: ظرفیت باربری بالایی دارند و می‌توانند بارهای سنگین و تنش‌های زیادی را تحمل کنند.

مزیت دوم: مقاومت بالایی در برابر خم شدن، پیچش، برش و تراکم دارند.

مزیت سوم: یک مقطع عرضی یکنواخت و سطح صاف دارند که ساخت و نصب را تسهیل می‌کند.

مزیت چهارم: دارای عمر مفید طولانی هستند و به کمترین میزان نگهداری نیاز دارند.

مزیت پنجم: قابل بازیافت بوده و آسیب ناچیزی به محیط زیست می‌رسانند.

مزیت ششم: علیرغم وزن بالا، قابلیت نصب و اتصال سریعی دارند.

مزیت هفتم: در مقایسه با سایر مدل‌ها، جوشکاری آن‌ها سریع‌تر و بهتر است.

مزیت هشتم: وجود بال‌های پهن این تیرآهن باعث می‌شود قابلیت بسیار خوبی برای پیچ، پرچ یا جوش داده شدن داشته باشد.

کاربردها و موارد استفاده از تیرآهن IPB

تیرآهن‌های IPB به دلیل مقاومت، دوام و انعطاف‌پذیری بالای خود در کاربردهای ساختمانی، مهندسی و صنعتی بسیار مورد استفاده قرار می‌گیرند. برخی از آن‌ها عبارتند از:

1. استفاده به عنوان ستون‌، فریم‌ و پایه‌ در ساختمان‌‌ها، پل‌ها، استادیوم‌ها، انبارها، کارخانه‌ها و سایر سازه‌ها
2. استفاده در ساخت، تولید یا نصب انواع ریل‌ها، مسیرها، ریل‌ها و راه‌های جرثقیل در سیستم‌های حمل و نقل و بالابر.
3. به‌کارگیری به‌عنوان شمع‌ها، ورق‌های شمع، سدهای کاسه‌ای و دیوارهای نگهبان در مهندسی پایه و دریایی.
4. کاربرد برای دکل‌ها، برج‌ها، تیرها و آنتن‌ها در سیستم‌های ارتباطی و انتقال برق.

تیرآهن‌ هاش (برای دیدن قیمت تیرآهن هاش کلیک کنید) یکی از محبوب‌ترین و پرکاربردترین مدل‌ها در بازار هستند. آنها ترکیبی از قدرت، پایداری، استحکام، کارآمدی و مقرون به صرفه بودن را به همراه دارند که باعث می‌شود انتخابی مناسب برای کاربردهای مختلف باشند. اگر به دنبال خرید تیرآهن IPB با کیفیت بالا برای پروژه خود هستید، همین حالا می‌توانید با کارشناسان فروش پیوان تماس بگیرید. با عضویت در کانال قیمت لحظه‌ای آهن آلات نیز می‌توانید جدیدترین به‌روزرسانی‌های قیمتی آنها را در تلفن همراه خود دریافت کنید.

تیرآهن لانه زنبوری (CPE)

مدل CPE نوعی تیرآهن فولادی پرکاربرد در کشور ایران هستند که بخش جانِ آن‌ها دارای شبکه‌ای با سوراخ‌های شش ضلعی و شبیه به یک لانه زنبور است. به همین خاطر، به نام تیرآهن لانه زنبوری هم معروف شده‌اند. در برخی منابع ممکن است از نام تیرهای فولادی مشبک یا سلولی هم برای آن‌ها استفاده کنند. این سلول‌ها ممکن است به شکل ۶ ضلعی (لانه زنبوری)، مربع یا دایره‌ای باشند.

ایجاد این سوراخ‌ها در طول تیرآهن با چند هدف اصلی انجام می‌شود. اول اینکه، سوراخ‌ها فضای لازم برای عبور خدمات مختلف مانند کانال‌ها،‌ کابل‌ها، لوله‌ها و … را بدون به خطر انداختن عملکرد سازه‌ای کالا مد نظر فراهم می‌کنند. از سوی دیگر، آن‌ها در به حداقل رساندن مقدار مواد مورد استفاده برای رسیدن به وزن و هزینه مواد حداقلی نیز کمک خواهند کرد. به عبارت دیگر، این کار باعث کاهش وزن محصول نهایی خواهد شد که در بسیاری از مواقع مهندسان سازه به چنین چیزی برای کاهش وزن و صرفه‌جویی در منابع احتیاج دارند.

تیرآهن لانه زنبوری (CPE) چطور تولید می‌شود؟

اولین مرحله تولید مقطع فلزی لانه زنبوری، برش جان تیرآهن است. این کار با استفاده از دستگاه های برش پانچ یا شعله آتش انجام می شود. در روش برش پانچ، جان تیرآهن با استفاده از دستگاه‌های برش پانچ به صورت زیگزاگ بریده می‌شود. این روش نسبت به روش شعله آتش سریعتر و دقیق تر است. در روش برش شعله آتش، از گازهای اکسیژن و متان برای ایجاد حرارت و ذوب فلز و ایجاد برش‌هایی به شکل زیگزاگ استفاده می‌شود. این روش نسبت به روش پانچ ارزان تر است، اما دقت کمتری دارد.

پس از برش جان محصول مورد نظر، دو نیمه بریده شده در محل برش با هم جابجا می شوند. در این مرحله، نیمه‌های بریده شده به اندازه نیم برش روی یکدیگر قرار می گیرند و در مرحله‌ی آخر، دو نیمه بریده شده در محل جابجایی به هم جوش داده می‌شوند. این کار با استفاده از ماشین‌های جوش رباتیک انجام می‌شود، که قطعات برش داده شده را با کیفیت و کارایی بالا جوش می دهند.

 مزایای تیرآهن لانه زنبوری (CPE) چیست؟

تیرهای فولادی CPE مزایای بسیاری نسبت به نمونه‌های دیگر دارند. برخی از آن‌ها را در این بخش مرور می‌کنیم:

• نسبت مقاومت به وزن بالاتر: مدل لانه زنبوری دارای وزن کمتر و مقاومت خمشی بالاتری نسبت به سایر مدل‌های دیگری مثل IPE یا IPB است، ولی همان عمق و کاربرد را دارند که باعث طویل‌تر شدن آن‌ها می‌شود. این بدان معناست که آنها می توانند دهانه‌های طولانی تر را تحمل کنند و بارهای بیشتری را با مواد کمتری حمل کنند.

• ادغام بهتر تاسیسات: مقاطع فولادی مشبک اجازه عبور خدمات و تاسیسات ساختمانی مختلف را از بین خود داده و از بروز اختلال در عملکرد سازه‌ای جلوگیری می‌کنند. این کار شاید ساده‌ به نظر برسد، ولی اهمیت و تاثیر زیادی در ساخت سازه خواهد داشت. علاوه‌ بر این، زیبایی ظاهری ساختمان را هم بهبود خواهد بخشید.

• مقاومت بهتر در برابر آتش سوزی: مدل CPE نسبت سطح به حجم بالاتری در مقایسه با سایر مدل‌ها دارند. به این معنی که آنها در شرایط آتش‌سوزی عملکرد بهتری دارند و کمتر داغ می‌شوند. آنها همچنین می‌توانند با بتن یا سایر مواد مقاوم در برابر آتش پر شوند تا مقاومت بیشتری در برابر آتش ارائه کنند.

• مقرون به صرفه بودن: اضافه هزینه ساخت مدل CPE (هزینه برش، مونتاژ و جوشکاری) کمتر از ارزش فولاد صرفه جویی شده در اثر استفاده از تیرهای لانه زنبوری است و بنابراین قیمت تیرآهن CPE اقتصادی‌تر از سایر انواع تیرهای فولادی است.

• صرفه جویی در وزن و فضای مصرفی با بالا بردن مقاومت خمشی

بررسی چالش‌ها و معایب تیرآهن CPE

علیرغم نقاط قوت و مزایای یاد شده، این نوع تیرهای فولادی با برخی چالش‌ها نیز همراه هستند که آن‌ها را باید در زمان طراحی و مهندسی سازه در نظر داشت:

• مقاومت برشی کمتر: تیرآهن‌های مشبک به دلیل وجود سوراخ‌هایی در طول جانِ خود، دارای سطح مقطع کمتری بوده که مقاومت برشی آنها را کاهش می دهد. این بدان معناست که ممکن است در مکان‌هایی که نیروهای برشی زیادی وجود دارد، قادر به ارائه استحکام و پشتیبانی کافی نبوده و نیاز به استحکامات جانبی داشته باشند.

• حساسیت بیشتر به خمش جانبی: محصول نهایی استاندارد CPE دارای سختی پیچشی کمتری نسبت به مدل‌های معمولی یا هاش است که این باعث افزایش حساسیت آنها به خمش جانبی می شود. این بدان معناست که ممکن است به مهارهای جانبی یا مهار اضافی نیاز پیدا کنند.

• پیچیدگی فرآیند تولید: همان‌طور که گفتیم، فرآیند تولید مدل CPE پیچیده‌تر از سایر انواع مقاطع فولادی است. این یعنی تولید آن‌ها نیاز به کنترل کیفیت و بازرسی بیشتری خواهد داشت تا اطمینان حاصل شود که از نظر ابعاد دقیق و ساختاری سالم هستند و اینکه جوش‌ها به‌خوبی انجام شده و از استحکام کافی برخوردار هستند.

تیرآهن INP

مدل INP که گاهی اوقات به آن IPN یا تیرآهن بال باریک شیب‌دار هم گفته می‌شود، نوعی مقطع فولادی است که بر اساس استاندارد آمریکا تولید می‌شود با این حال، استفاده از این محصول در کشورهای روسیه و چین نیز بسیار متداول است. در اروپا و آمریکا، این کالا بیشتر به نام S Beam یا S Shape شناخته می‌شود و دلیل آن هم شباهت بال‌های آن به حرف S انگلیسی است. به صورت کلی، این نوع مقطع فلزی تفاوت چندان زیادی با تیرهای معمولی IPE ندارد و فرق عمده‌ی آن در شکل بال‌ها است و باله‌‌ آن در ابتدا نازک و به‌ تدریج ضخیم می‌‌شود. به این محصول اگر با دقت نگاه کنید، متوجه شیب ملایم در ضخامت بال‌ ها خواهید شد. به عبارت دیگر، ضخامت بال با دور شدن از بخش جانِ تیرآهن به آرامش کاهش پیدا می‌کند. البته، همین موضوع باعث تغییر در برخی ویژگی‌های تیرهای INP نیز شده است. 

مزایای استفاده از تیرآهن بال باریک شیب‌دار (INP)

مزایای تیرهای فولادی INP را می‌توان به ۲ دسته تقسیم کرد. برخی از آن‌ها مزایای کلی این محصولات هستند، و برخی نیز مزایای آن‌ها در مقایسه با تیرآهن های معمولی IPE هستند. به عنوان مزایای کلی، می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

1. سازگاری خوب برای اتصال به سایر اعضای اصلی یا ثانویه ساختمان
2. کاهش هزینه‌های عملیاتی
3. مقاومت و استحکام بالا
4. نصب آسان
5. امکان توسعه مجدد بعد از پایان پروژه
6. اشغال فضای کمتر نسبت به سازه بتنی

دسته دیگر مزایای آن‌ها در مقایسه با تیرهای IPE یا هاش مشخص می‌شود؛ مانند:

مقاومت خمشی بالاتر: تیرآهن INP دارای مقاومت خمشی بالاتری نسبت به تیرآهن‌های IPE یا هاش با همان عمق و وزن مشابه است. این به این دلیل است که ناودانی‌های شیب‌دار گشتاور اینرسی را افزایش می‌دهند و تمرکز تنش را در ریشه ورق کاهش می‌دهند.

جوشکاری آسان‌تر در شرایط خاص: تیرآهن INP می‌تواند جوشکاری آسان‌تری نسبت به یک تیرآهن IPE داشته باشد، زیرا انحراف و انقباض کمتری به دلیل اثرات حرارتی وجود دارد. در مکان‌هایی که فضای کافی برای نصب تیرآهن و جوشکاری وجود ندارد نیز جوشکاری تیرهای INP آسان‌تر خواهد بود؛ ولی به صورت کلی و در حالت عادی، قابلیت جوشکاری تیرهای معمولی بهتر از تیرهای بال باریک شیبدار است.

مقاومت در برابر خم شدن در نقاط بحرانی: مزایای اصلی تیرآهن INP، شکل بال آن است. هنگامی که بال‌ها ضخامت یکسان نداشته باشند (به اصطلاح، مخروطی شکل باشند) باعث می‌شود این محصول در نقاط بحرانی سازه در برابر خم شدن، بهتر مقاومت کند.

نقاط ضعف و معایب تیرآهن INP

• ظرفیت باربری کمتر: مدل INP به داشتن بالِ نازک‌تر، نسبت به سایر مدل‌ها مانند IPE یا HEB، ظرفیت باربری کمتری دارد. این بدان معناست که ممکن است به تیرآهن‌های بیشتر یا مقاطع بزرگتری برای تحمل همان بار نیاز باشد، که این موضوع می‌تواند هزینه و پیچیدگی طراحی را افزایش دهد.

• تمایل بیشتر به کمانش: محصول نهایی تولید شده تحت استاندارد INP به دلیل شکل کشیده و انعطاف‌پذیری کم در برابر پیچش، نسبت به سایر مدل‌ها، تمایل بیشتری به کمانش تحت بارهای فشاری یا خمشی دارد. این امر می‌تواند پایداری و مقاومت آن‌ها را در برابر نیروهای جانبی مانند باد یا زلزله کاهش دهد. برای جلوگیری از کمانش، ممکن است نیاز به مهاربندی یا تقویت اضافی تیرآهن INP باشد که می‌تواند هزینه و پیچیدگی طراحی را نیز افزایش دهد.

• مقاومت کمتر در برابر خوردگی: مدل INP به دلیل سطح مقطع در معرض دید و عدم وجود پوشش محافظ، ممکن است مقاومت و طول عمر کمتری داشته باشد. این امر می‌تواند بر دوام و عمر مفید آن، به ویژه در محیط‌های مرطوب یا خورنده، تأثیر بگذارد. برای جلوگیری از خوردگی، ممکن است نیاز به نگهداری یا رنگ‌آمیزی منظم تیر فولادی INP باشد، که می‌تواند هزینه و پیچیدگی طراحی را نیز افزایش دهد.

• ضعف در جوشکاری: در صورتی که برای اتصالات مقطع فلزی مورد بحث از عملیات جوشکاری استفاده شود، ممکن است مقاومت کافی را نداشته باشند و جوش از بین برود. به همین جهت، بهتر است برای اتصال میان قطعات از پیچ و پرچ استفاده شود.

جمع بندی

تیرآهن‌ها انواع مختلفی دارند و این دسته‌بندی‌ها ممکن است بر اساس شکل ظاهری،‌ کاربرد یا استانداردهای ساخت آنها انجام شود. دسته‌بندی بر اساس استاندارد ساخت یکی از متداول‌ترین روش‌ها برای شناخت انواع آن است که در ایران نیز کاربرد بسیاری دارد. در همین راستا، در این مقاله ۴ مورد از انواع این مقاطع فولادی، یعنی تیرهای IPE، IPB، INP و CPE را بررسی کردیم. هرکدام از این کالاهای فولادی ویژگی‌ها و مزایای خاصی داشته و بنابراین برای موارد استفاده خاصی مناسب هستند.

با آشنایی و شناخت انواع آن‌ها، شما قادر خواهید بود بهترین انتخاب را برای نیاز و اهداف ساخت و ساز خودتان داشته باشید و بیشترین استحکام را به سازه خودتان ببخشید. از سوی دیگر، انتخاب به‌جا و مناسب مانع از صرف هزینه‌های اضافی نیز خواهد شد. در صورتی که هرگونه سوال در مورد خرید مقاطع آهنی، قیمت آن یا مشخصات این محصولات دارید، همین حالا می‌توانید با کارشناسان فروش پیوان تماس بگیرید.

• انواع سایز تیرآهن کدام اند؟

  تیرآهن‌ها در صنعت ساختمان در سایزها و استاندارهای گوناگون تولید خواهند شد و بر اساس اندازه و سایز مشخص‌شده {10،12، 14، 16، 18،20 } البته سایز میلگردها بستگی به نوع پروژه و نوع کاربردی در تولید مورداستفاده قرار خواهد گرفت. بیشترین کاربرد در تیرآهن‌ها در قسمت‌های گوناگون اسکلت‌بندی ساختمان قرار خواهد گرفت، به‌طور مثال در ساخت پل از میلگرد استفاده می‌شود و سازه‌های صنعتی و فلزی هم میلگرد مورداستفاده قرار خواهد گرفت. میلگردها که به‌منظور جابه‌جا کردن نیروهای خمشی وبرشی استفاده خواهد شد.

• حداکثر طول تیرآهن در سقف چه تعداد خواهد بود؟

  حداقل و حداکثر تیرآهن که در سقف مورداستفاده قرار خواهد گرفت، در تیرآهن‌های لانه‌زنبوری بین {12 تا 18 متر} استفاده می‌شود و ارتفاع آن‌ها {80 تا 300 }میلی‌متر تشکیل خواهد شد.

• فاصله تیرآهن تا سقف چقدر باید باشد؟

  فاصله تیرآهن سقف طاق ضربی معمولاً فاصله تیرآهن سقف طاق ضربی، بین 90{ تا 110 }سانتی‌متر خواهد بود.