آیا میدانید تیرآهن چیست؟ آیا این مقطع نقش مهمی در تحمل بار ساختمان ها ایفا میکند؟ یکی از مقاطع مهمی که در ساختمان‌سازی استفاده می‌شود تیرآهن‌ها هستند که عمده‌ترین وظیفه آن‌ها، تحمل بار اعمال شده به ساختمان‌ها و تحمل تنش‌های ایجاد شده توسط بارهای برشی است. تیر آهن‌ها از دو بخش بال و جان تشکیل می‌گردند که معمولا بر این اساس هم طبقه‌بندی می‌گردند. در این مقاله قصد داریم تا شما را با تیرآهن‌، انواع آن، کاربرد، ویژگی و سوالات متعددی که برایتان پیش می‌آید اعم از تیرآهن نرمال، نحوه تولید تیرآهن‌ها، وزن، قیمت و کارخانه‌های تولید کننده آن‌ها و موارد دیگر آشنا کنیم.

تیرآهن چیست؟

از مهمترین المان‌های مورد استفاده در ساختمان‌ها، تیرآهن‌ها یا به عبارتی Beam‌ها هستند که وظیفه آن‌ها تحمل و انتقال‌های بارهای اعمال شده به ساختمان است. در واقع می‌توان گفت بدون وجود تیرآهن‌ها، اسکلت‌سازی و ساخت ساختمان‌ها امکان پذیر نیست.

تیرآهن‌ها از دو جز اصلی جان(web) و بال(flange) تشکیل شده‌اند که جان شامل بخش اصلی و میانی و بال کناره‌ها و لبه‌های تیرآهن را در برمی‌گیرد. بال تیرآهن‌ها به شکل موازی قرار می‌گیرند و با استفاده از جان به یکدیگر متصل می‌گردند. تیرآهن‌ها در مواردی همچون طراحی خرپاها، ستون‌ها تیر آهن‌ها کاربرد فراوانی دارند. جنس تیرآهن نیز از فولاد ST37 است و عناصر اصل تشکیل‌دهنده آن‌ها آهن و کروم است.

انواع تیرآهن چیست؟

تیرآهن‌ها به شکل‌های مختلفی وجود دارند و بر اساس شکل ظاهری و خصوصیات مکانیکی به دسته‌های مختلفی تقسیم می‌گردند که هر کدام از آن‌ها کاربردهای مخصوص به خود را دارند. در ادامه به شرح هر یک از آن‌ها پرداخته خواهد شد.

به طور کلی تولید تیرآهن‌ها بر اساس استاندارد به صورت زیر است:

• استاندارد IPE: این نوع تیرآهن‌ها مطابق با استاندارد اروپا هستند و دارای ارتفاع ۸۰ تا ۶۰۰ میلی‌متر هستند.
• استاندارد INP: این نوع تیرآهن‌ها بر اساس استاندارد روسیه و چین هستند و مانند نوع قبل دارای ارتفاع ۸۰ تا ۶۰۰ میلی‌متر هستند.
• استاندارد IPB: به این نوع تیرآهن‌ها بال پهن گفته می‌شود و دارای ارتفاع ۱۰۰ تا ۱۰۰۰ میلی‌متر هستند.

تیرآهن IPE

شکل این تیرآهن‌ها به صورت I انگلیسی است ضخامت بال آن‌ها ثابت است. این نوع تیرآهن‌ها مطابق با استاندارد اروپا تولید می‌گردند. از رایج‌ترین ویژگی‌های این تیر آهن‌ها، یکسان بودن ضخامت بال‌ها است. بیشتر سازه‌هایی که در کشور ما طراحی و تولید می‌گردند طبق همین استانداردها هستند و بنابراین این نوع تیرآهن‌ها کاربردی فراوانی در ایران دارند. از مهم‌ترین کاربرد‌های تیرآهن‌های IPE در ساختمان‌های می‌توان استفاده از آن‌ها در مواردی همچون پوشش سقف‌ها، خرپا و نعل درگاه اشاره کرد.

تیرآهن INP

شکل این نوع تیرآهن‌ها نیز همانند تیرآهن‌های IPE به شکل I  است و مطابق با استانداردهای چین و روسیه تولید می‌گردند. تیرآهن‌های INP و IPE شباهت‌هایی با یکدیگر دارند، بنابراین هنگام خرید این دو نوع تیرآهن می‌بایست دقت شود تا با یکدیگر اشتباه نشوند. از مهم‌ترین تفاوت تیرآهن‌های IPE و INP  می‌توان به ضخامت بال‌ها آن‌ها اشاره کرد، به طوری که در تیرآهن‌های INP ضخامت بال با فاصله گرفتن از جان، کاهش می‌یابد. علاوه بر  این که تیرآهن‌‌های IPE و INP در کارخانه‌های داخلی کشور تولید می‌گردند، از کشورهای دیگر نیز واردات به داخل کشور انجام می‌شود.

تیرآهن بال پهن (IPB یا هاش)

این نوع تیرآهن برای نخستین بار در شرکت بثهلم تولید شدند. تیرآهن‌های هاش دارای طول بال بیشتری نسبت به تیرآهن‌های IPE هستند. این نوع تیرآهن‌ها در صنعت ساختمان‌سازی، سوله‌ها، مجتمعات بزرگی تجاری به فور مورد استفاده قرار می‌گیرند. تیرآهن‌های بال پهن با توجه به ضخامتشان به دو نوع مختلف  سبک و سنگین تقسیم‌بندی می‌گردند. قابل ذکر است تیرآهن‌های بال پهن سبک از ضخامت کمتری نسبت به تیرآهن‌های بال سنگین برخوردار هستند.

تیرآهن لانه زنبوری چیست؟

تیرآهن لانه زنبوری یا CPE نخستین بار توسط هورتن شناخته شد. علت نامگذاری این نوع تیرآهن‌ها به دلیل شکل ظاهری آن‌ها است، به طوری که در جان آن‌ها اشکالی پنج ضلعی مشاهده می‌گردد که بسیار شبیه به لانه‌های زنبور هستند. تیرآهن‌های لانه زنبوری قادر به تحمل لنگر خمشی بیشتری در مقایسه با تیرآهن‌های معمولی هستند. قابل ذکر است برش تیرآهن‌های لانه زنبوری با استفاده از روش‌های برنول و کوپال انجام می‌شود. کاربرد این نوع تیرآهن‌ها در مواردی همچون ستون سازه‌ها است.

تیرآهن‌های لانه زنبوری از مزایایی برخوردار هستند که از جمله آن‌های می‌توان موارد زیر را در نظر گرفت:

• به دلیل دارا بودن وزن سبک، از نظر اقتصادی مقرون به صرفه هستند.
• به دلیل وجود حفره‌های خالی در جان تیره آن‌ها، عبور دادن لوله‌های برق و تاسیسات از میان این حفره‌ها راحت است.
• قادر به تحمل بار بیشتری هستند.

معایب تیرآهن‌های لانه زنبوری نیز به شرح زیر است:

• در اثر عملیات جوشکاری مقاومت آن‌ها کاهش می‌یابد.
• در مقایسه با سایر مقاطع فولادی از ایمنی و ضریب اطمینان پایین‌تری برخوردار هستند.

کاربرد تیرآهن چیست؟

از اصلی‌ترین کاربرد تیرآهن‌ها استفاده از آن‌ها به عنوان ستون در اسکلت فلزی ساختمان‌ها است. سایز‌های ۱۸،۱۶،۱۴ بیشترین کاربرد را در بین سایر تیرآهن‌ها دارند. از کاربردهای دیگر تیر آهن‌ها می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• ساخت خرپاها و تراس‌ها
• نعل در کارگاه‌ها
• پل‌های لانه زنبوری
• بیم‌ها در پوشش سقف
• کفی ستون‌ها

مزایای تیرآهن‌ها کدام‌اند؟

تیرآهن‌های مزایای متعددی دارند که از جمله آن‌ها میتوان به موارد زیر اشاره کرد:

• از تیرآهن در ارتفاعات بالا می‌توان استفاده نمود.
• سهولت در اجرا و نصب
• با استفاده از تیرآهن‌ها می‌توان قطعات متعددی را به یکدیگر متصل کرد.

معایب استفاده از تیرآهن‌ها کدام‌اند؟

تیرآهن‌ها مانند سایر مقاطع فولادی علاوه بر مزایای ذکر شده، دارای معایبی به شرح ذیل هستند:

• اتصالات قطعات فلزی را توسط سه روش پیچ، جوش و پرچ انجام داد. در ایران بیشتر اتصالات با استفاده از روش جوشکاری صورت می‌گیرد که  در صورت عدم داشتن اطلاعات و مهارت کافی جوشکار پس از اتصال اسکلت‌فلزی، با خسارت‌های جبران ناپذیر روبرو خواهیم شد.
• یکی از معایب این قطعات فولادی تمایل آن‌ها به کمانش است که بیشتر هم در ستون‌های بلند مشاهده می‌گردد و جز نقطه ضعف و معایب این محصولات به شمار می‌رود.
• تیرآهن از جمله مقاطع فولادی هست که در برابر شرایط رطوبت، دچار خوردگی و زنگ‌زدگی می‌گردد که باعث کاهش ابعاد آن‌ها نیز می‌شود و در برخی موارد موجب خسارت‌های جانی و مالی می‌گردد.
• با افزایش دما مقاومت ساختمان‌ها کاهش می‌یابد و در صورتی که دمای اسکلت‌های فلزی به ۶۰۰ درجه سانتی‌گراد و یا بالاتر برسد، با به خطر افتادن تعادل ساختمان‌ها مواجه خواهیم شد.

تفاوت هاش و تیرآهن چیست؟

به طور کلی تفاوت اصلی تیرآهن و هاش در شکل ظاهری،کاربرد و نحوه تحمل بار آن‌ها است. تیرآهن‌های هاش سطح مقطعی شبیه به H انگلیسی و تیرآهن‌های معمولی سطحخ مقطعی شبیه به حرف I  دارند. تفاوت دیگر شکل ظاهری آن‌ها در نسبت اندازه بال و جان است، به طوری که در تیرآهن‌های معمولی نسبت عرض به جان کمتر از تیرآهن‌های هاش است. تفاوت دیگر این دو نوع تیرآهن در کاربرد آن‌ها است و از تیرآهن‌های هاش نسبت به تیرآهن‌های معمولی در صنعت بیشتر استفاده می‌گردد. همچنین حداکثر طول ساخت در تیرآهن‌های هاش ۱۰۰ متر و برای تیرآهن‌های معمولی ۳۰ متر است. با توجه به نوع هندسه تیرآهن‌های هاش، مقاومت آن‌ها در برابر نیروهای خمشی و برشی نسبت به تیرآهن‌های معمولی بیشتر است.

تیرآهن نرمال چیست؟

تیرآهن‌های معمولی در شاخه‌های ۱۲ متری هستند اما هنگامی شاخه‌ها زیر ۱۲ متر باشد، به آن‌ها تیرآهن‌های نرمال گویند. کارخانه‌های تولیدکننده تیرآهن نرمال شرکت ذوب آهن اصفهان،  شرکت جهان فولاد غرب واقع در کرمانشاه،  شرکت فولاد البرز ایرانیان یا فایکو، شرکت فولاد ناب تبریز، مجتمع فولاد صنعت بناب، شرکت نورد آریان فولاد، مجتمع کارخانجات فولاد البرز غرب، کارخانه صفا فولاد و پروفیل صنعت ماهان هستند که در این بین مرغوب‌ترین کیفیت تیرآهن نرمال مربوط به شرکت ذوب آهن اصفهان است.

نحوه تولید تیرآهن چیست؟

در این قسمت به نحوه تولید تیرآهن پرداخته می‌شود. همان طور که می‌دانید یکی از روش‌های رایج به منظور شکل‌دهی فلزات، روش نورد گرم است که انواع مقاطع فولاد آهنی و میلگردها با استفاده از این روش فرم‌دهی می‌گردند. تولید تیرآهن بدین صورت است که در اولین مرحله شمش فولادی موردنظر با مقطع و طول معین در داخل کوره‌های حرارتی نورد ریخته می‌شوند و پیشگرم می‌گردند.  پس از اینکه شمش پیش‌گرم شد و به درجه حرارت مورد نظر رسید، مرحله نورد صورت می‌گیرد و از میان غلتک‌های یا به ابتدایی عبور داده می‌شود که این کار منجر به کاهش سطح مقطع و افزایش طول قطعه  مورد نظر می‌گردد. سپس قطعه  با استاندار معین تولید می‌گردد. در نهایت قطعه به شکل تیرآهن در آمده و در ابعاد و اندازه‌های گوناگون برش داده شده و عملیات کنترل کیفی و پرداخت سطح انجام می‌گیرد.

وزن تیرآهن

وزن تیرآهن از جوانبی حائز اهمیت است به طوری که یکی از مواردی که در قیمت تیرآهن‌ها تاثیر گذار هست، وزن آن‌ها است. با استفاده از جداول وزنی که مطابق با استاندارد اشتال است، می‌توان وزن تیرآهن‌های مورد نظر را بدست آورد. شیوه استقاده از این جداول بدین شکل است که در صورت داشتن اطلاعات مشخصات هندسی  نظیر طول جان، بال، ارتفاع و عرض تیرآهن می‌توان وزن آن‌ها را محاسبه نمود. قابل ذکر است جداول اشتال یکی از بهترین منابع برای استخراج وزن تیرآهن‌ها هستند.

تیرآهن دست دوم

در برخی موارد می‌توان از تیرآهن‌هایی که قبلا استفاده شده‌اند، مجددا استفاده نمود. از کاربردهای تیرآهن دست دوم استفاده از آن‌ها در مواردی همچون اسکلت‌بندی داخل سازه و ساخت اماکنی همچون سوله‌ها هستند. البته اینکه استفاده از تیرآهن‌های دست دوم مطلوب است یا خیر می‌بایست با نظر کارشناس بررسی شود تا شاهد خسارت‌های جبران ناپذیر نباشیم. از مزایای تیرآهن‌های دست دوم قیمت پایین آن‌ها نسبت به تیرآهن‌های نو است و از معایب آن‌ها می‌توان خم‌شوندگی آن‌ها را در نظر گرفت.

قیمت و کارخانه‌های تولیدکننده تیرآهن

از مهم‌ترین عوامل تاثیر گذار بر تیرآهن، قیمت آهن است. به طور کلی قیمت تیرآهن به عواملی همچون قیمت جهانی سنگ آهن، نرخ دلار، کیفیت، وزن، قیمت شمش، تورم جهانی و انرژی بستگی دارد.

قابل ذکر است قیمت تیرآهن‌ها در بازار به صورت شاخه‌ای و قیمت هاش یا تیرآهن‌های بال پهن به صورت کیلویی اعلام می‌شود. در  کشور ما کارخانه‌‌های مختلفی مشغول به تولید تیرآهن هستند که از جمله آن‌ها می‌توان به جهان فولاد غرب کرمانشاه، آرین فولاد بویین زهرا، ماهکار مشهد، فایکو ساری، ظفر بناب، گروه ملی اهواز، ناب تبریز، فولاد احرامیان استان یزد اشاره کرد. کارخانه ذوب آهن اصفهان از معروف‌ترین تولیدکنندگان مقاطع فولادی و تیرآهن‌ها است. این کارخانه تولید کننده انواع تیرآهن به صورت تیرآهن بال نیم پهن موازی (IPE)، تیرآهن هاش بال پهن (IPB) و تیرآهن بال باریک شیبدار (IPN) است.

در ایران کارخانه‌های ذوب آهن اصفهان، تیرآهن یزد و تیرآهن آریان فولاد بالاترین قیمت تیرآهن را دارند.

سخن پایانی

در این مقاله به بررسی تیرآهن پرداخته شد و مشاهده شد که تیرآهن‌ها از اجزای اصلی ساختمان‌ها به شمار می‌روند و طبق استاندارد به دسته‌های مختلفی تقسیم‌بندی می‌شوند. هر کدام از تیرآهن‌ها دارای ویژگی‌های منحصر به فردی هستند که در موارد مختلف از آن‌ها استفاده می‌شود.