تیرآهن و مراحل تولید و نقشه راه انتخاب، استاندارد

---

تیرآهن ستون فقرات اغلب ساختمان های فلزی، سوله ها، پل ها و سازه های صنعتی است. مقطع I-شکل با جان (Web) و بال ها (Flanges) طوری طراحی شده که در برابر خمش و برش عملکرد اقتصادی داشته باشد و انتقال بار به ستون ها و فونداسیون را ساده کند.

اما «تیرآهن» نامی کلی است؛ در جزئیات، خانواده ها و استانداردهای گوناگونی وجود دارد که هرکدام رفتار، ظرفیت و تلرانس های خود را دارند. در بازار ایران دو خانواده بیش از همه شنیده می شوند: تیرآهن ساده (IPE) و تیرآهن هاش که به طور سنتی با کدهای HEA/HEB/HEM شناخته می شود.

شناخت تفاوت ها، مراحل دقیق تولید در نورد گرم، کنترل کیفیت، پوشش ها و نکات نصب، ریسک پروژه را به حداقل می رساند. این متن یک راهنمای جامع و قابل اجراست؛ از فولاد مذاب تا شاخه های ۱۲ متری روی کامیون، و از انتخاب سایز تا خرید مطمئن از تیرآهن در «آهنات».

خانواده ها و نام گذاری: تیرآهن ساده (IPE) در برابر تیرآهن هاش

تیرآهن ساده (IPE) در استاندارد اروپایی قدیمی با بال هایی که هرچه از جان دور می شوند کمی نازک تر می گردند شناخته می شود.

این هندسه وزن را کاهش می دهد و برای دهانه های متعارف ساختمانی، سقف های تیرچه بلوک و قاب های سبک پرکاربرد است. در مقابل، تیرآهن هاش یا IPB/HE (HEA، HEB، HEM) دارای بال های نسبتاً ضخیم و تقریباً یکنواخت است.

بال ضخیم تر، ظرفیت خمشی و برشی بیشتری می دهد، پیچ خوردگی (Lateral-Torsional Buckling) را به تأخیر می اندازد و اتصال پیچ و جوش به صفحات را راحت تر می کند. HEA سبک ترین، HEB میان وزن و HEM سنگین ترین سری در خانواده هاش است. نتیجه ساده است: اگر سازه شما دهانه های بلندتر، بار سنگین تر یا محدودیت تغییرشکل دارد، هاش ها انتخاب امن تری هستند؛ اگر اقتصاد وزن در اولویت است و دهانه ها متعارف اند، IPE پاسخ گوست.

استانداردها و خواص مکانیکی

مرجع های متداول شامل EN 10025 برای گریدهای فولادی ساختمانی (S235، S275، S355 و …) و EN 10034/EN 10365 برای ابعاد و تلرانس هاست. در مکتب آمریکایی، ASTM A6 مقررات ابعادی و A992/A572 الزامات مکانیکی را تعریف می کنند. شناخت استاندارد، شما را قادر می کند نقشه، دفترچه محاسبات و خرید را به یک زبان مشترک گره بزنید. هنگام استعلام از «آهنات»، اعلام «سری مقطع، سایز، گرید، استاندارد ابعادی و طول شاخه» سرراست ترین مسیر به پیش فاکتور دقیق است.

مسیر تولید تیرآهن در نورد گرم

۱) تهیه فولاد مذاب

فولاد از دو راه به کوره های ریخته گری می رسد: مسیر کوره اکسیژنی قلیایی (BOF) با خوراک چدن+قراضه، و مسیر کوره قوس الکتریکی (EAF) با خوراک عمدتاً قراضه و آهن اسفنجی. در هر دو مسیر، پالایش گوگرد و فسفر، تنظیم کربن و آلیاژها، برداشت ناخالصی ها و گوگردزدایی در پاتیل انجام می شود. دمای مذاب و ترکیب شیمیایی باید به محدوده ای برسد که برای ریخته گری مداوم بی نقص باشد.

۲) ریخته گری مداوم و تولید شمشال/بلوم

مذاب وارد ماشین ریخته گری مداوم می شود تا به مقاطع اولیه (بلوم یا بیلت سنگین) با مقطع مربع یا مستطیل تبدیل گردد. هدایت حرارتی، نرخ کشش، ارتعاش قالب و پاشش آب از مهم ترین متغیرهای کیفیت اند؛ ترک های سطحی یا زیرسطحی در همین جا زاده می شوند و بعداً در نورد می توانند به موج یا شکست در بال ها تبدیل شوند. شماره ذوب و Heat روی هر واحد ثبت و ردیابی می شود.

۳) یکنواخت سازی و پیش گرم (Reheating)

بلوم ها طبق برنامه وارد کوره های پیش گرم با مشعل های گاز/فول اویل می شوند. هدف، رسیدن به دمای یکنواخت برای تغییر شکل پلاستیک و جلوگیری از اختلاف دمای مقطع است. چرخه کوره باید طوری تنظیم شود که پوسته اکسیدی (اسکیل) حداقل شود؛ زیرا اسکیل زیاد در قفسه های اولیه به سطح بال/جان می چسبد و پرداخت نهایی را تخریب می کند.

۴) قفسه های خشن کاری، میانی و نهایی

نوار گرم شده ابتدا در قفسه های خشن کاری ضخامت می بازد و به تدریج شکل I پیدا می کند. سپس در قفسه های میانی و نهایی، با کمک رول های افقی و عمودی، ضخامت جان، عرض و ضخامت بال تنظیم می شود. در خطوط مدرن «نورد یونیورسال»، رول های عمودی شکل بال ها را دقیق می سازند و رول های افقی ضخامت جان را کنترل می کنند؛ همین فناوری راز یکنواختی سری های هاش است. هدایت دقیق دمای بین قفسه ای و سرعت نوار، از تاب، بیضی شدن و تفاوت ضخامت جلوگیری می کند.

۵) برش گرم و بستر خنک کاری

پروفیل داغ با قیچی پرسرعت به طول های موقت بریده و روی بستر خنک کاری پله ای رها می شود. الگوی حرکت و وارونه کردن دوره ای تیرها روی بستر، تنش حرارتی را متعادل می کند. اگر این فاز درست مدیریت نشود، تیر پس از سردشدن «کامبر» یا «پیچش» می گیرد و در خط صافکاری باید انرژی و زمان بیشتری صرف شود.

۶) صافکاری، اندازه گیری و اره سرد

تیر که اکنون به دمای محیط نزدیک شده از دستگاه صافکاری عبور می کند. رولرهای متقاطع و نیروهای موضعی تاب طولی و پیچش را می گیرند. سپس طول نهایی—اغلب ۱۲ متر، گاهی ۶ یا ۱۵ متری—با اره سرد بریده می شود. تلرانس طول و راستایی طبق EN 10034 یا ASTM A6 کنترل و ثبت می شود.

۷) کنترل کیفیت و نشانه گذاری

ابعاد بحرانی مانند ضخامت جان/بال، عرض بال، ارتفاع مقطع، صافی و پیچش اندازه گیری می شود. سطح تیر از نظر پوسته شدن، حفره، لب پر، Underfill و موج بررسی می گردد. نتایج آزمون مکانیکی (کشش، تسلیم، درصد ازدیاد طول، ضربه شارپی در صورت الزام) به همراه آنالیز شیمیایی در گواهی آزمون کارخانه (MTC) درج می شود. سپس هر شاخه با رنگ/مارک مشخص، Heat و استاندارد نشانه گذاری می شود تا در انبار و حمل اشتباه رخ ندهد.

۸) پوشش و آماده سازی برای ارسال

در پروژه های ساختمانی داخل، تیرها اغلب بدون پوشش یا با پرایمر ضدزنگ سبک ارسال می شوند. برای فضاهای مرطوب، ساحلی یا صنعتی، شات بلاست تا درجه Sa 2½ و سپس پرایمر اپوکسی/پلی یورتان یا پوشش های ضدحریق متورم شونده (Intumescent) توصیه می شود. انتخاب پوشش باید با جزئیات اتصال و جوش سازگار باشد؛ رنگ های با سختی بالا در محل اتصال پیچ/جوش دردسر ایجاد می کنند و باید ماسک گذاری شوند.

تفاوت های طراحی و کاربردی بین IPE و هاش

در تیرهای تیرآهن ساده ضخامت بال کمتر است و در نتیجه مقاومت به پیچش و پایداری جانبی پایین تر از هاش هم ارتفاع خواهد بود. بنابراین در دهانه های بلند یا بارگذاری خارج از صفحه، احتمال کمانش جانبی-پیچشی زودتر رخ می دهد و نیاز به مهاربند جانبی یا تیرک های فرعی بیشتر است. در خانواده تیرآهن هاش بال ها ضخیم اند، اتصالات صفحه ای (End-plate, Moment Connection) راحت تر و ظرفیت سوراخ کاری برای پیچ ها بیشتر است.

در قاب های صلب، هاش ها رفتار شکل پذیرتری دارند و جزئیات جوش/پیچ با کنترل تنش های موضعی ساده تر می شود. با این حال، وزن خودی و قیمت هر متر بالاتر است و باید در بودجه ریزی لحاظ شود. جمع بندی عملی: IPE برای قاب های ساده و ثقلی، هاش برای قاب های سنگین، پل ها، کرین گریدها و جایی که محدودیت تغییرشکل و لرزش داریم.

کنترل کیفیت پیشرفته؛ از تلرانس تا آزمون های مخرب/غیرمخرب

تلرانس ابعاد، راستایی، پیچش و ضخامت ها طبق استاندارد مرجع کنترل می شود. در گریدهای مقاومت بالاتر (S355 و بالاتر) توجه به چقرمگی در دمای سرویس و کنترل ناخالصی ها (P, S) اهمیت دارد. برای تیرهایی که قرار است در پل ها یا اتصالات ویژه جوشکاری شوند، آزمون ساختاری اضافی مانند مکرواتچ جوش نمونه، سختی سنجی منطقه HAZ، یا حتی UT موضعی در نواحی مشکوک توصیه می شود. ثبت نتایج در MTC و قابلیت ردیابی Heat-to-Heat در پروژه های EPC امتیاز کلیدی است؛ «آهنات» با ارائه اسناد کامل، فرآیند تحویل را روان می کند.

عیوب رایج و راه پیشگیری

«پیچش» و «کامبر» از پیامدهای خنک کاری نامتوازن یا صافکاری ناکافی اند؛ برنامه بستر خنک کن باید به روز باشد. «Undercut» در لبه بال ناشی از تنظیم بد رول های عمودی است؛ بازبینی Pass-Schedule مشکل را حل می کند. «پوسته شدن» و «لب پر» بیشتر ریشه در اسکیل زیاد یا برش نامناسب دارند؛ تمیزی سطح و تیغه های برش باید روتین کنترل شود. در انبار، ضربه ی لیفتراک به لبه ها به سرعت خسارت سازه ای می سازد؛ استفاده از ضربه گیر و چیدمان روی لقمه های چوبی خشک، ساده اما حیاتی است.

پوشش ضدخوردگی و ضدحریق

اگر سازه در معرض رطوبت، مه نمکی یا آلودگی صنعتی است، پرایمر اپوکسی زینک-ریچ، لایه میانی اپوکسی و رویه پلی یورتان ترکیبی کلاسیک و قابل اتکاست. در فضاهای داخلی خشک، پرایمر تک لایه برای دوره ساخت کافی است و رنگ نهایی پس از نصب اجرا می شود. حفاظت در برابر آتش با رنگ های متورم شونده یا روکش های کلسیم سیلیکات، طبق الزامات زمان مقاومت (مثلاً R60/R90) طراحی می شود. اجرای پوشش قبل از سوراخ کاری و جوشکاری، باعث دوباره کاری می شود؛ ترتیب عملیات را مهندسی کنید.

انتخاب سایز و اقتصاد وزن

طراح سازه با توجه به خمش، برش و قیود تغییرشکل، «سایز اقتصادی» را برمی گزیند. گاهی جایگزینی یک سایز هاش کوچکتر با IPE بزرگ تر، وزن را کم نمی کند اما هزینه اتصال را بالا می برد. در دهانه های بلند، افزایش ارتفاع مقطع به مراتب مؤثرتر از افزایش ضخامت بال است.

در سازه های لرزه ای، رعایت نسبت های عرض بال به ضخامت و ارتفاع جان به ضخامت، برای طبقه بندی «پلاستیک/شبه پلاستیک/الاستیک» ضروری است. ترجیح عملی: تا حد امکان مقاطع استاندارد بازار را انتخاب کنید تا تأمین سریع بماند و قیمت بهینه شود—«آهنات» موجودی واقعی سایزهای پرتکرار را اعلام می کند و زمان تحویل را کوتاه می کند.

حمل، انبارداری و ایمنی نصب

شاخه ها با تسمه های فلزی و گوشه گیرهای محافظ بسته می شوند. در تخلیه، اسلینگ پهن به جای قلاب نوک تیز به کار ببرید تا لبه بال آسیب نبیند. انبار باید خشک و هم سطح باشد؛ تماس مستقیم با زمین مرطوب، زنگ سطحی می سازد و هزینه سندبلاست را بالا می برد. در نصب، کنترل راستایی، تراز و پیچش قبل از اتصال دائمی بسیار حیاتی است؛ اصلاح تاب پس از مونتاژ، هم پرهزینه و هم پرریسک است.

اتصالات رایج و نکات اجرایی

اتصال برشی تیر به ستون با «Shear Tab» ساده و اقتصادی است، اما در قاب های خمشی، جزییات صفحات انتهایی پیچ دار (Extended End-Plate) یا ورق های تقویتی جوشی تعریف می شوند. در تیرهای IPE، ضخامت بال کمتر است پس طراحی جوش و فاصله تا لبه باید دقیق تر باشد تا سوختگی لبه رخ ندهد. در هاش ها، سوراخ کاری برای پیچ ها ظرفیت و آزادی عمل بیشتری می دهد. رعایت پیش تنیدگی پیچ های اصطکاکی، تمیزی سطوح اصطکاکی و کنترل گشتاور، کیفیت اتصال را تضمین می کند.

قیمت و عوامل اثرگذار

قیمت روز تیرآهن تابع قیمت شمش/قراضه، نرخ انرژی، هزینه حمل، گرید و استاندارد، سایز و سری، و حاشیه بازار است. سری های هاش به دلیل مصرف فولاد بیشتر و دقت نورد بالاتر گران تر از IPE هم ارتفاع اند. خرید مرحله ای طبق برنامه پروژه به مدیریت نقدینگی کمک می کند؛ «آهنات» با اعلام موجودی به روز، زمان بندی تحویل و خدمات جانبی (برش، سوراخ کاری، پرایمر) هزینه مالکیت را کاهش می دهد.

چک لیست خرید از «آهنات»

• ۱) سری و سایز (IPE/HEA/HEB/HEM + ارتفاع/عرض)
• ۲) گرید فولاد (S235/S275/S355 یا A992 و …)
• ۳) استاندارد ابعادی (EN 10034/EN 10365 یا ASTM A6)
• ۴) طول شاخه (۶/۱۲/سفارشی)
• ۵) تلرانس های ویژه اگر لازم است
• ۶) نوع پوشش (خام، پرایمر، سامانه کامل)
• ۷) خدمات برش/سوراخ کاری/نصب پلیت
• ۸) مدارک کیفیت (MTC)
• ۹) برنامه تحویل و محل تخلیه
• ۱۰) الزامات بسته بندی.

با همین ده بند، استعلام شما دقیق، قابل مقایسه و آماده الحاق به قرارداد می شود.

مطالعه موردی کوتاه: از قاب صنعتی تا پل سبک

قاب صنعتی با جرثقیل سقفی: طراح به جای IPE-30، HEB-260 برمی گزیند تا سختی جانبی و ظرفیت اتصال به صفحه ستون افزایش یابد. با افزایش وزن واحد طول، تعداد مهاربندهای جانبی کم می شود و لرزش مسیر کرین کنترل می گردد. هزینه اتصال پایین تر و زمان نصب کوتاه تر می شود.

پل پیاده رو شهری: هدف، حداقل ارتفاع سازه و عبور تأسیسات در جان است. IPE-400 با جان تقویت شده و ورق های سخت کننده انتخاب می شود؛ نسبت به HEA هم ارتفاع، وزن کل کمتر و حمل آسان تر است. جزئیات ضدخوردگی و آب بندی پیچ ها برای دوام طولانی مدت حیاتی است.

پرسش های متداول اجرایی

آیا می توان تیر زنگ زده سطحی را بدون سندبلاست نصب کرد؟ خیر؛ چسبندگی رنگ نهایی و اصطکاک اتصالات دچار افت می شود. آیا می توان تیرهای تاب دار را در محل «زور» کرد؟ توصیه نمی شود؛ تنش های پنهان به شکست یا ترک جوش ها منجر می شود. آیا تعویض IPE با HEA هم ارتفاع همیشه ظرفیت را افزایش می دهد؟ عموماً بله در خمشی، اما قیود اتصال و وزن را نیز بررسی کنید. آیا تیرآهن هاش همیشه اقتصادی تر است؟ نه؛ برای دهانه های کوتاه، IPE اقتصادی تر است.

جمع بندی

تیرآهن محصولی ساده به نظر می رسد، اما ریزه کاری های تولید، استاندارد، پوشش و اجرا سرنوشت پروژه را تعیین می کند. درک تفاوت های تیرآهن ساده و تیرآهن هاش، شناخت مسیر تولید در نورد گرم، و توجه به کنترل کیفیت و پوشش، خرید شما را از یک معامله صرف به یک «تصمیم مهندسی» تبدیل می کند. با تکیه بر موجودی واقعی و مشاوره فنی «آهنات»، می توانید برای هر پروژه یک نسخه دقیق تنظیم کنید؛ نسخه ای که در کارگاه نصب، شگفتی های ناخوشایند ندارد و سال ها بی دردسر کار می کند.

---

سؤالات متداول درباره تیرآهن و تولید آن

• تفاوت اصلی تیرآهن ساده (IPE) و تیرآهن هاش چیست؟

IPE بال های نازک تر و اقتصادی برای دهانه های متعارف دارد؛ هاش (HEA/HEB/HEM) بال های ضخیم تر و ظرفیت بالاتر برای دهانه های بلند، بار سنگین و اتصالات صلب ارائه می دهد.

• کدام استانداردها برای خرید تیرآهن مهم اند؟

EN 10025 برای گرید، EN 10365/EN 10034 برای ابعاد و تلرانس، و در سیستم آمریکایی ASTM A6 برای ابعاد و A992/A572 برای خواص مکانیکی. مطابق نقشه و دفترچه، استاندارد را در سفارش ذکر کنید.

• آیا امکان سفارش طول های سفارشی وجود دارد؟

بله؛ علاوه بر شاخه های ۶ و ۱۲ متری، برش سفارشی ممکن است. قبل از رنگ یا گالوانیزه انجام شود تا دوباره کاری کاهش یابد.

• چه پوششی برای محیط های مرطوب توصیه می شود؟

شات بلاست Sa 2½، پرایمر زینک-ریچ، لایه میانی اپوکسی و رویه پلی یورتان. در سازه های داخلی خشک، پرایمر سبک کافی است و رویه بعد از نصب اجرا می شود.

• چطور از تاب و پیچش تیر جلوگیری کنیم؟

خنک کاری یکنواخت در بستر، صافکاری استاندارد، حمل با اسلینگ پهن و انبار خشک و هم سطح. در سازه، مهار جانبی و جزییات اتصال صحیح از کمانش جانبی-پیچشی جلوگیری می کند.

• برای خرید از «آهنات» چه اطلاعاتی لازم است؟

سری و سایز، گرید و استاندارد، طول شاخه، نوع پوشش و خدمات جانبی، محل و زمان تحویل و نیاز به اسناد کیفیت (MTC). با این اطلاعات، پیش فاکتور سریع و دقیق صادر می شود.