تیرآهن به عنوان یکی از مهمترین مقاطع فولادی در ساختمانسازی شناخته میشود که نقش اصلی آن تحمل بارهای وارده و انتقال نیرو به ستونها و فونداسیون است. بدون استفاده از تیرآهن، ساختوساز در ابعاد بزرگ و مرتفع امکان پذیر نخواهد بود. انتخاب صحیح نوع تیرآهن نه تنها بر مقاومت و ایمنی ساختمان تأثیر میگذارد، بلکه در کاهش هزینهها و افزایش طول عمر سازه نیز نقش تعیینکنندهای دارد.
در ایران، تیرآهنها در مدلها و سایزهای مختلف تولید میشوند و هر کدام در پروژههای خاصی به کار میروند. برخی از این تیرآهنها به دلیل ویژگیهای فنی و سازگاری با نیازهای ساختوساز، بیشترین کاربرد را دارند. با مهد آهن اسپادانا همراه شوید تا پرکاربردترین تیرآهن ها در ساختمانسازی را بشناسید.
تیرآهن IPE (تیرآهن استاندارد اروپایی)
تیرآهن IPE (تیرآهن استاندارد اروپایی)، یکی از متداول ترین و پرکاربردترین تیرآهن ها در ساختمان سازی ایران است. این تیرآهن بر اساس استانداردهای اروپا تولید میشود و از نظر شکل ظاهری دارای بالهای یکنواخت و موازی با جان تیر است.
یکی از دلایل محبوبیت تیرآهن IPE، سهولت در طراحی و محاسبات مهندسی است. به دلیل آشنایی مهندسان و پیمانکاران با این نوع تیرآهن، اغلب نقشههای ساختمانی بر اساس آن طراحی میشوند. همچنین دسترسی آسان به این تیرآهن در بازار ایران باعث شده است که خرید و استفاده از آن مقرونبهصرفهتر باشد.
ویژگیها
بالها ضخامت یکنواختی دارند و در طول تیر تغییر نمیکنند.
شکل ظاهری آن به حرف لاتین “I” شباهت دارد.
در ایران به دلیل تطابق با استانداردهای ملی، بیشترین استفاده را دارد.
کاربردها
ساخت اسکلت فلزی ساختمانهای مسکونی و تجاری
پلها و سولهها
سازههای صنعتی
قاببندی و خرپا
تیرآهن INP (تیرآهن استاندارد چین و روسیه)
تیرآهن INP از دیگر مدلهای پرکاربرد است که استاندارد آن مربوط به روسیه و چین است. این تیرآهن به لحاظ ظاهری نیز شبیه IPE است، اما تفاوت اصلی در ضخامت بالها مشاهده میشود.
هرچند تیرآهن INP در ایران کمتر از IPE استفاده میشود، اما در برخی پروژهها که نیاز به کاهش هزینهها و سبکسازی سازه وجود دارد، انتخاب مناسبی محسوب میشود. همچنین در پروژههایی که از استانداردهای روسی یا چینی تبعیت میکنند، این نوع تیرآهن کاربرد بیشتری دارد.
ویژگی ها
در تیرآهن INP، ضخامت بالها از داخل به بیرون کاهش مییابد.
شکل ظاهری آن نیز شبیه حرف “I” است، اما در مقایسه با IPE ظاهری متفاوت دارد.
معمولاً در پروژههای سبک و متوسط استفاده میشود.
کاربردها
ساختمانهای کوچک و متوسط
پروژههایی با نیاز به کاهش وزن سازه
سازههایی که فشار کمتری بر تیرآهن وارد میشود
تیرآهن IPB (هاش یا بالپهن)
تیرآهن IPB یا همان تیرآهن هاش (H-beam) یکی از مقاومترین و پرکاربردترین مقاطع فولادی است که به دلیل بالهای پهنتر نسبت به تیرآهن IPE و INP، توانایی بالاتری در تحمل بارهای سنگین دارد.
تیرآهن هاش به دلیل مقاومت بالا، در پروژههایی که ایمنی در اولویت قرار دارد، استفاده گستردهای پیدا کرده است. اگرچه قیمت آن نسبت به دیگر تیرآهنها بیشتر است، اما دوام بالا و کاهش نیاز به تقویت سازه باعث شده که در پروژههای بزرگ انتخابی اقتصادی باشد.
ویژگیها
بالها نسبت به جان ضخیمتر و پهنتر هستند.
مقاومت بالایی در برابر نیروهای برشی و خمشی دارد.
در دو نوع سبک و سنگین تولید میشود.
کاربردها
ساختمانهای بلندمرتبه
پروژههای صنعتی بزرگ
پلسازی و تونلسازی
سازههای با بارگذاری سنگین
تیرآهن لانهزنبوری (CPE)
تیرآهن لانهزنبوری نوعی تیرآهن است که با برش تیرآهن IPE و جوش دوباره آن تولید میشود. در این فرآیند، برشها به شکل زیگزاگ انجام میشود و پس از جوشکاری، حفرههایی شبیه لانهزنبور در جان تیر ایجاد میشود.
اگرچه تیرآهن لانهزنبوری به دلیل سبکی و مقاومت خمشی، محبوبیت زیادی دارد، اما در برابر نیروهای برشی ضعیفتر است. بنابراین استفاده از آن نیازمند محاسبات دقیق مهندسی و رعایت استانداردهاست.
ویژگیها
وزن کمتر در مقایسه با تیرآهنهای معمولی
افزایش ممان اینرسی و مقاومت خمشی
کاهش مصرف فولاد و هزینهها
کاربردها
سالنهای صنعتی
سقفهای طویل با دهانههای بزرگ
ساختمانهای با نیاز به کاهش وزن سازه
تیرآهن مرکب
تیرآهن مرکب حاصل اتصال دو یا چند تیرآهن به یکدیگر با استفاده از جوش، پیچ یا پرچ است. هدف از این کار افزایش مقاومت مقطع و استفاده در سازههای سنگین است.
تیرآهن مرکب به دلیل هزینه بالای تولید و نصب، معمولاً در پروژههای خاص و بزرگ استفاده میشود. در عین حال، این نوع تیرآهن قابلیت شخصیسازی بالایی دارد و بر اساس محاسبات سازهای میتوان آن را برای شرایط خاص طراحی کرد.
ویژگی ها
مقاومت بسیار بالا
امکان طراحی مقاطع خاص بر اساس نیاز پروژه
افزایش ظرفیت باربری
کاربردها
پلهای بزرگ
برجها و سازههای مرتفع
سازههای صنعتی سنگین
مقایسه پرکاربردترین تیرآهن ها
- برای پروژههای مسکونی و تجاری با دهانههای کوتاه تا متوسط: IPE غالباً بهترین تعادل بین هزینه، وزن و اجرای ساده را دارد.
- برای ستونها، تیرهای اصلی و سازههای با بار بزرگ یا دهانه بلند: IPB/HA B (هاش) بهتر است.
- برای دهانههای بلند که میخواهیم وزن مرده را کم و عبور تاسیسات را آسان کنیم: تیر لانهزنبوری گزینه مناسبی است (با احتیاط نسبت به نقاط برشی).
- برای شرایط ویژه و بارهای خیلی سنگین: تیر مرکب / تیر ورق انتخاب میشود.
- از منظر اقتصادی همیشه باید هزینهٔ کل چرخهٔ عمر (خرید، نصب، وصله، نگهداری) را در نظر گرفت؛ گاهی تیر گرانتر ولی با نصب سریع و مصرف کمتر در سایر بخشها، اقتصادیتر از تیر ارزانتر ولی پرهزینه در اجراست.
عوامل موثر در انتخاب تیرآهن
برای انتخاب تیرآهن مناسب باید مشخصه های پروژه و مؤلفههای اقتصادی، اجرایی و محیطی در نظر گرفته شود. در ادامه مهمترین عوامل را با توضیح و مثال بررسی میکنم.
۱. نوع و میزان بارگذاری (مرده، زنده، متمرکز، دینامیک)
بارهایی که تیر باید تحمل کند نخستین عامل تعیینکنندهاند. بار مرده شامل وزن سقف، تیر و مصالح ثابت است و بار زنده شامل متغیرهایی مانند افراد، تجهیزات و بار برف است. بارهای متمرکز (مثلاً ماشینآلات یا تجهیزات سنگین) لنگرهای محلی بالایی تولید میکنند و تیر باید امتیازات برشی و خمشی لازم را داشته باشد. همچنین بارهای دینامیک یا ضربهای (مثل جرثقیلهای سقفی) نیازمند تیرهای با ظرفیت خستگی بالا و جزئیات اتصال دقیقاند. مهندس محاسب با تحلیل بارهای ترکیبی، نوع مقطع مناسب را مشخص میکند.
۲. طول دهانه (Span) و تعداد تکیهگاهها
طول دهانه تعیینکنندهٔ اصلی اندازه و سختی تیر است. هرچه دهانه بزرگتر، ممان اینرسی لازم برای کنترل خیز افزایش مییابد و احتمالاً نیاز به مقاطع هاش یا تیر مرکب خواهد بود. برای دهانههای بسیار بلند، خرپا یا تیر ترکیبی اقتصادیتر و فنیتر است. همچنین تعداد تکیهگاهها (مثلاً ساده یا گیردار بودن) رفتار خمشی را تغییر میدهد و باید در طراحی لحاظ شود.
۳. نوع سقف و سازهٔ کلی (دال بتنی، تیرچه بلوک، ساندویچ پانل، سقف فلزی)
نوع سیستم سقف بر نحوه توزیع بار روی تیر تأثیر میگذارد. در سیستمهای کامپوزیت (بتن روی جان تیر فولادی)، ظرفیت خمشی و برشی افزایش مییابد و میتوان از مقاطع سبکتری استفاده کرد. اما در سقفهای فلزی سبک یا سوله با پوشش ساندویچ پانل، توزیع بار متفاوت است و معمولاً نیاز به تیرهای قویتر یا فاصلهٔ کمتر بین تکیهگاهها هست.
۴. بارگذاری جانبی و شرایط لرزهای/بادی
در مناطق زلزلهخیز یا بادخیز، علاوه بر ظرفیت خمشی، رفتار سازه در تغییر شکلهای جانبی و انرژیگیری اهمیت دارد. تیرهای هاش با جامِ بال پهن و اتصالات مناسب میتوانند عملکرد بهتری در انتقال بار جانبی و ایجاد سیستم پایدارتر ارائه دهند. جزئیات اتصالات و رعایت ضوابط آییننامهای (مثلاً اتصال قاب، مهاربند) حیاتی است.
شرایط محیطی و مقاومت در برابر خوردگی/آتش
در مناطق مرطوب، ساحلی یا صنعتی با گازها و آلایندههای خورنده، انتخاب مقطع باید همراه با پوششهای محافظ (گالوانیزاسیون، رنگ اپوکسی) یا استفاده از فولادهای آلیاژی مناسب انجام شود. همچنین در سازههایی که خطر آتشسوزی وجود دارد، لازم است رفتار فولاد در دماهای بالا و نیاز به حفاظت حرارتی (پوشش ضدحریق یا عایق) در نظر گرفته شود چون فولاد در دما بالا نرم و تخریبپذیر میشود.اقتصاد پروژه و هزینه کل چرخهٔ عمر
قیمت اولیه مقطع تنها بخشی از هزینه است. باید هزینهٔ نصب (جرثقیل و نیروی انسانی)، وصله و تقویت، نگهداری آتی، و هزینههای ناشی از محدودیتهای اجرایی را محاسبه کرد. گاهی یک تیر هاش گرانتر ولی با کاهش نیاز به ستون میانی و در نتیجه کاهش هزینه فونداسیون، اقتصادیتر از تیر سبکتر است.قابلیت تولید، تامین و دسترسی بازار
موجودی و استانداردهای محلی تأثیر دارد؛ در ایران معمولاً IPE بهراحتی در دسترس است، لذا طراحی بر مبنای مقاطع تولیدی محلی، هزینه و زمان تامین را کاهش میدهد. اگر مقطعی نایاب یا سفارشی باشد، زمان تأمین و هزینهٔ حمل و ساخت بالا خواهد رفت.سهولت اجرا و جزئیات اتصالی
برخی مقاطع نصب، برش و اتصال سادهتری دارند که در پروژههایی با زمانبندی فشرده یا کارگاههای کوچک، یک نکتهٔ تعیینکننده است. مقاطع با بال پهن برای نصب ورقهای اتصال و صفحه ستون مناسباند. همچنین قابلیت پیشساخت و مونتاژ در کارخانه (prefabrication) میتواند زمان اجرای سایت را کاهش دهد.الزامات معماری و محدودیتهای فضایی
گاهی انتخاب تیر صرفاً فنی نیست؛ ارتفاع زیر سقف، محل عبور تاسیسات، و ضرورت دید یا فضاهای باز میتواند مقطع را محدود کند. برای مثال زمانی که ارتفاع مفید داخل فضای سالن مهم است، انتخاب تیر با ارتفاع کمتر و بال پهن (هاش) یا لانهزنبوری جهت عبور تاسیسات میتواند مناسب باشد.ملاحظات سازگاری با سایر مصالح (کامپوزیت، بتن)
در طراحیهای کامپوزیت، میلگردها و ورقهای فولادی با بتن عمل ترکیبی انجام میدهند و این باعث میشود از مزیتهای هر دو مصالح بهرهبرداری شود. در این حالت، تیر فولادی لزوماً نیازی به ابعاد خیلی بزرگ ندارد و محاسبات باید بر اساس رفتار مرکب انجام شود.مهارت نیروی انسانی و تجهیزات کارگاهی
اگر نیروی کار یا ماشینآلات برای نصب تیرهای سنگین یا جوشکاری پیچیده در محل موجود نباشد، بهتر است از مقاطع سادهتر استفاده شود یا قطعات پیشساخته کارخانهای سفارش داده شود.ملاحظات ایمنی و نگهداری بلندمدت
نگهداری و رسیدگی به تیرها (رنگآمیزی، بررسی خوردگی، بازرسی اتصالات) در طول عمر سازه هزینه و زمان لازم دارد؛ انتخاب مقطعی که نگهداری آسانتری داشته باشد یا نیاز به پوششهای کمتر داشته باشد میتواند در بلندمدت مقرونبهصرفهتر باشد.
جمع بندی
انتخاب تیرآهن مناسب یک تصمیم چندمعیاره است: ترکیبی از محاسبات سازهای، محدودیتهای اجرایی، شرایط اقلیمی و ملاحظات اقتصادی. IPE برای اغلب کاربردهای ساختمانی متداول است، هاش برای بارهای سنگین و سازههای اصلی ترجیح داده میشود، لانهزنبوری برای دهانههای بلند و عبور تاسیسات مفید است و تیرهای مرکب وقتی نیازهای ویژه وجود دارد به کار میآیند. برای بهترین نتیجه، همیشه تصمیم نهایی را بر اساس طراحی مهندس محاسب، بررسی چرخهٔ هزینه و مشورت با تولیدکنندگان و پیمانکاران اجرایی اتخاذ کنید. برای اطلاعات بیشتر درباره قیمت تیرآهن همین حالا با کارشناسان ما در مهد آهن اسپادانا تماس بگیرید.
