تیرآهن ساختمانی چیست؟

تیرآهن، به شکل‌های I و H تولید می‌شود که هر کدام کاربردهای خاص خود را دارند. برای مثال، تیرآهن ساختمانی هاش (H) به‌خاطر شکل خاص خود، مقاومت بیشتری در برابر خمش و برش دارد و در پروژه‌های بزرگ و سنگین مانند پل‌ها و سوله‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد.

جنس تیرآهن ساختمانی نیز از اهمیت بالایی برخوردار است. اگرچه اغلب از فولاد ساخته می‌شوند، اما نوع آلیاژ فولاد مورد استفاده، تفاوت‌های زیادی در ویژگی‌های آن‌ها ایجاد می‌کند. این تفاوت‌ها می‌تواند شامل مقاومت در برابر خوردگی، مقاومت در برابر حرارت و مقاومت کششی باشد.

تیرآهن‌ها در طول‌های استاندارد ۶ و ۱۲ متری تولید و به‌صورت شاخه‌ای به فروش می‌رسند. ساختار آن‌ها از دو بخش اصلی جان و بال تشکیل شده است. جان قسمت افقی و بال‌ها دو قسمت عمودی هستند که با زاویه ۹۰ درجه نسبت به جان قرار می‌گیرند. این ساختار باعث می‌شود که تیرآهن، بارهای مختلف را تحمل کند. انواع مختلف تیرآهن مانند IPE، INP، IPB و لانه زنبوری، هر کدام برای کاربردهای خاصی طراحی شده‌اند.

انواع تیرآهن ساختمانی

انواع تیرآهن ساختمانی شامل:
انواع تیرآهن بر اساس شکل ظاهری

شکل ظاهری تیرآهن ساختمانی، تاثیر مستقیمی بر مقاومت و کاربرد آن دارد.
تیرآهن ساختمانی بال پهن (IPB یا H)

تیرآهن ساختمانی بال پهن، به‌خاطر شکل H مانند خود، به تیرآهن هاش نیز معروف است. بال‌های پهن و ضخیم این تیرآهن، مقاومت بسیار بالایی در برابر خمش، پیچش و نیروهای برشی ایجاد می‌کند. به همین دلیل، تیرآهن IPB در پروژه‌های سنگین و ساختمان‌های بلندمرتبه، پل‌ها، سوله‌ها، و سازه‌های صنعتی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

این تیرآهن در سه دسته سبک (L یا IPE Light)، سنگین (V یا IPE Medium) و فوق سنگین (S یا IPE Super Heavy) تولید می‌شود که هر کدام برای کاربردهای خاصی مناسب هستند. برای مثال، تیرآهن IPB سبک در ساختمان‌های مسکونی و اداری و تیرآهن IPB سنگین و فوق سنگین در پروژه‌های صنعتی و پل‌سازی استفاده می‌شوند.

تیرآهن IPE (I معمولی)

تیرآهن ساختمانی معمولی به شکل I انگلیسی است، با بال‌های باریک‌تر نسبت به تیرآهن IPB، در پروژه‌های ساختمانی معمولی مانند ساختمان‌های مسکونی، اداری و تجاری کاربرد دارد. استاندارد این تیرآهن‌های ساختمانی، اروپایی بوده و در ایران نیز به‌صورت گسترده تولید می‌شوند. تیرآهن IPE به دلیل قیمت مناسب‌تر نسبت به تیرآهن IPB، گزینه مقرون‌به‌صرفه‌تری برای پروژه‌های کوچک و متوسط محسوب می‌شود. این تیرآهن در سایزهای مختلفی از 80 تا 600 میلیمتر تولید می‌شود و مهندسان می‌توانند با توجه به نیاز پروژه، سایز مناسب را انتخاب کنند.

تیرآهن INP (I نرمال)

این نوع تیرآهن ساختمانی نیز به شکل I انگلیسی است، اما برخلاف تیرآهن IPE، ضخامت بال‌های آن به تدریج از جان به سمت لبه‌ها کاهش می‌یابد. به عبارت دیگر، بال‌های این تیرآهن دارای شیب هستند. این تیرآهن بیشتر در کشورهای آسیایی مانند چین و روسیه تولید می‌شود و در ایران کاربرد کمتری دارد. تیرآهن INP به دلیل شکل خاص خود، مقاومت کمتری نسبت به تیرآهن IPE در برابر خمش دارد.

تیرآهن لانه زنبوری (CPE)

تیرآهن ساختمانی لانه زنبوری، با حفره‌های توخالی به شکل لانه زنبور در جان خود، وزن کمتری نسبت به سایر تیرآهن‌ها دارد. این ویژگی باعث کاهش هزینه‌های حمل‌ونقل، نصب و همچنین کاهش بار مرده سازه می‌شود. تیرآهن لانه زنبوری بیشتر در سقف‌ها، دیوارها و کف ساختمان‌ها استفاده می‌شود و به دلیل مقاومت خوب در برابر خمش و وزن کم، گزینه مناسبی برای ساخت سازه‌های سبک است. این تیرآهن از برش و جوشکاری تیرآهن‌های IPE یا IPB و ایجاد حفره‌های منظم در جان آن‌ها تولید می‌شود.

انواع تیرآهن بر اساس سایز

سایز تیرآهن ساختمانی معمولاً بر اساس ارتفاع جان آن بیان می‌شود و در سایزهای مختلفی از 12 تا 30 و حتی بزرگتر تولید می‌شود. انتخاب سایز مناسب تیرآهن، بستگی به بار وارده بر سازه، فاصله بین ستون‌ها، و طراحی مهندسی دارد. برای مثال، تیرآهن سایز 14، 16، و 18 از پرکاربردترین سایزها در ساختمان‌سازی مسکونی و اداری هستند؛ در حالی که تیرآهن‌های سایز 20 و بزرگتر در پروژه‌های سنگین، ساختمان‌های بلندمرتبه، و سازه‌های صنعتی استفاده می‌شوند. هرچه سایز تیرآهن بزرگتر باشد، مقاومت آن در برابر بارهای وارده بیشتر خواهد بود.

انواع تیرآهن بر اساس کاربرد

با توجه به تنوع نیازها در صنعت ساختمان‌سازی، تیرآهن‌ها در انواع مختلفی برای کاربردهای خاص تولید می‌شوند:

تیرآهن ساختمانی

این دسته شامل طیف گسترده‌ای از تیرآهن‌ها می‌شود که به‌طور کلی در ساخت اسکلت ساختمان‌ها، ستون‌ها، تیرها، خرپاها، و سقف‌ها استفاده می‌شوند. این نوع تیرآهن‌ها معمولاً از نوع IPE یا IPB هستند و در سایزهای مختلفی بسته به نیاز پروژه تولید می‌شوند. انتخاب نوع و سایز تیرآهن ساختمانی باید با توجه به محاسبات مهندسی و بارهای وارده بر سازه انجام شود.

تیرآهن پل‌سازی

در ساخت پل‌ها، به دلیل بارهای سنگین و نیروهای دینامیکی ناشی از عبور و مرور وسایل نقلیه، از تیرآهن‌های با مقاومت بسیار بالا استفاده می‌شود. این تیرآهن‌ها معمولاً از نوع IPB سنگین یا فوق سنگین هستند و باید در برابر خمش، پیچش، و لرزش مقاومت بسیار خوبی داشته باشند. همچنین، در برخی موارد از تیرآهن‌های با فولاد آلیاژی خاص و مقاومت بالا در برابر خوردگی نیز استفاده می‌شود.

تیرآهن دریایی

در سازه‌های دریایی مانند اسکله‌ها، سکوهای نفتی، و کشتی‌ها، به دلیل تماس مستقیم با آب دریا، خطر خوردگی بسیار بالا است. به همین دلیل، در این سازه‌ها از تیرآهن‌های با پوشش خاص ضد خوردگی استفاده می‌شود. این پوشش می‌تواند از جنس گالوانیزه، اپوکسی، یا سایر مواد مقاوم در برابر خوردگی باشد. همچنین، در برخی موارد از تیرآهن‌های استیل ضد زنگ نیز استفاده می‌شود.

انواع تیرآهن بر اساس استاندارد تولید

تیرآهن IPE (استاندارد اروپایی): این استاندارد، که در ایران نیز به‌صورت گسترده استفاده می‌شود، برای تیرآهن‌های با بال‌های موازی و ضخامت یکنواخت به کار می‌رود.
تیرآهن INP (استاندارد چین و روسیه): این استاندارد برای تیرآهن‌های با بال‌های شیب‌دار استفاده می‌شود که ضخامت بال‌ها از جان به سمت لبه‌ها کاهش می‌یابد.
تیرآهن IPB (استاندارد بال پهن): این استاندارد برای تیرآهن‌های H شکل یا بال پهن استفاده می‌شود که بال‌های آن‌ها ضخیم‌تر و پهن‌تر از تیرآهن‌های IPE و INP است.

مزایا و معایب استفاده از تیرآهن ساختمانی در سازه‌ها

مزایا و معایب استفاده از تیرآهن ساختمانی در سازه‌ها عبارتند از:
مزایای استفاده از تیرآهن

سرعت اجرا: تیرآهن‌ها به صورت پیش‌ساخته در کارخانه‌ها تولید می‌شوند و به راحتی در محل پروژه قابل نصب هستند.
امکان توسعه: سازه‌های فولادی با استفاده از تیرآهن، امکان توسعه و اضافه کردن طبقات را در آینده فراهم می‌کنند. برای ساختمان‌های تجاری و اداری بسیار مهم است.
مقاومت بالا: تیرآهن‌ها مقاومت بسیار بالایی در برابر بارهای سنگین، زلزله، و سایر نیروهای خارجی دارند. تیرآهن‌ها سازه را در برابر حوادث محافظت می‌کنند.
اتصال آسان: اتصال تیرآهن‌ها به یکدیگر و به سایر اجزای سازه به راحتی و با استفاده از جوش یا پیچ و مهره انجام می‌شود. این ویژگی سرعت و سهولت اجرا را افزایش می‌دهد.
کاربرد در ارتفاع زیاد: به دلیل مقاومت و پایداری بالای تیرآهن ساختمانی، از آن در ساخت ساختمان‌های بلندمرتبه و سازه‌های با ارتفاع زیاد استفاده می‌شود.

معایب استفاده از تیرآهن

خوردگی: تیرآهن‌های فولادی در معرض رطوبت و عوامل جوی مستعد خوردگی هستند. برای جلوگیری از خوردگی، باید از پوشش‌های محافظتی مانند رنگ و یا گالوانیزه استفاده کرد.
کمانش: تیرآهن ساختمانی در برابر نیروهای فشاری زیاد ممکن است دچار کمانش شود. برای جلوگیری از کمانش، باید از تیرآهن با سایز و ضخامت مناسب استفاده کرد و طراحی سازه به درستی انجام شود.
هزینه بالا: در مقایسه با برخی مصالح ساختمانی دیگر، هزینه تیرآهن نسبتاً بالا است. اما با توجه به مزایای فراوان آن، این هزینه در درازمدت جبران می‌شود.
نیاز به نیروی متخصص: نصب تیرآهن نیاز به نیروی متخصص و مجرب دارد تا اتصالات به درستی و با کیفیت مناسب انجام شود. در صورت نصب نادرست، ایمنی و پایداری سازه به خطر می‌افتد.

کاربردهای تیرآهن

کاربردهای تیرآهن ساختمانی شامل:
تیرآهن در ساختمان‌سازی

اسکلت فلزی: تیرآهن‌ها، ستون‌های اصلی اسکلت ساختمان‌های فولادی را تشکیل می‌دهند. آنها بار سقف، دیوارها، و سایر اجزا را تحمل کرده و به فونداسیون منتقل می‌کنند.
سقف و کف: تیرآهن‌ها در ساخت سقف و کف ساختمان‌ها نیز کاربرد دارند. آنها به عنوان تیرهای اصلی و فرعی، بار سقف را تحمل کرده و به ستون‌ها منتقل می‌کنند. این تیرها بستر مناسبی برای اجرای سقف و کف فراهم می‌کنند.
دیوارهای باربر: در برخی موارد، از تیرآهن برای ساخت دیوارهای باربر نیز استفاده می‌شود. این دیوارها مقاومت ساختمان را در برابر نیروهای جانبی افزایش می‌دهند.
ساخت خرپا: خرپاها، سازه‌های سبک و مقاومی هستند که از اتصال تیرآهن‌ها به یکدیگر ساخته می‌شوند. خرپاها در سقف سوله‌ها، پل‌ها، و سایر سازه‌ها کاربرد دارند.

تیرآهن در پل‌سازی

پل‌های فلزی: تیرآهن ساختمانی، بار وسایل نقلیه و سایر بارهای وارده را تحمل کرده و به ستون‌ها و تکیه‌گاه‌های پل منتقل می‌کند.
عرشه پل: تیرآهن‌ها در ساخت عرشه پل نیز استفاده می‌شوند. آنها بستر مناسبی برای عبور وسایل نقلیه فراهم می‌کنند.

تیرآهن در سایر صنایع

صنایع نفت و گاز: در ساخت سکوهای نفتی و گازی، خطوط لوله، و سایر تجهیزات صنعتی از تیرآهن ساختمانی استفاده می‌شود.
صنایع معدنی: در ساخت ماشین‌آلات معدنی، سازه‌های معدنی، و سایر تجهیزات معدنی از تیرآهن استفاده می‌شود.
کشتی‌سازی: در ساخت بدنه و سازه‌های داخلی کشتی‌ها از تیرآهن استفاده می‌شود.

چگونه تیرآهن مناسب بنای خود را انتخاب کنیم؟

برای انتخاب تیرآهن مناسب، باید سایز و نوع آن با نیاز و شرایط شما مطابقت داشته باشد. در غیر این صورت، ممکن است با مشکلات جدی مواجه شوید.

فاکتورهای مهم در انتخاب تیرآهن

نوع سازه: اولین گام، تعیین نوع سازه است. آیا ساختمان مسکونی است یا تجاری؟ سوله است یا پل؟ هر سازه، نیازهای خاص خود را دارد. ساختمان بلندمرتبه نیاز به تیرآهن ساختمانی مقاوم‌تری نسبت به یک ساختمان کم‌ارتفاع دارد.

بار وارده: میزان باری که تیرآهن ساختمانی باید تحمل کند، عامل مهمی در انتخاب سایز آن است. این بار شامل وزن سقف، دیوارها، و سایر اجزای ساختمان می‌شود. همچنین باید بارهای زنده مانند وزن افراد و اثاثیه را نیز در نظر گرفت. هرچه بار بیشتر، سایز تیرآهن باید بزرگتر باشد.

فاصله بین ستون‌ها: فاصله بین ستون‌ها نیز در انتخاب سایز تیرآهن موثر است. هرچه فاصله بین ستون‌ها بیشتر باشد، تیرآهن باید مقاوم‌تر باشد تا بتواند بار را تحمل کند. فاصله زیاد بین ستون‌ها، مانند یک تیر بلند است که نیاز به ضخامت بیشتری دارد.

شرایط محیطی: شرایط محیطی نیز در انتخاب نوع تیرآهن ساختمانی موثر است. در مناطق مرطوب و خورنده، باید از تیرآهن با پوشش ضد خوردگی استفاده کرد. این پوشش مانند یک لباس محافظ، تیرآهن را از زنگ‌زدگی محافظت می‌کند.

استانداردها: تیرآهن‌ها بر اساس استانداردهای مختلفی تولید می‌شوند. باید تیرآهنی را انتخاب کنید که مطابق با استانداردهای ساختمانی منطقه شما باشد. این استانداردها کیفیت و مقاومت تیرآهن ساختمانی را تضمین می‌کنند.