انواع تیر آهن
تیر آهن اساسی‌ترین پروفیل ساختمانی است که بعضاً در پروژه‌های صنعتی نیز کاربرد دارد. برای ساختن ستون‌های اسکلت فلزی از تیر آهن‌های I دوبل یا بال پهن‌های تکی H شکل استفاده می‌شود. تیر آهن به سه صورت یافت می‌شود.
- تیر آهن IPE (استاندارد اروپا و ایران)
- تیر آهن INP (استاندارد چین و روسیه)
- تیر آهن IPB (بال پهن)
تیر آهن IPE و INP به ارتفاع ۸۰–۶۰۰ میلیمتر و تیرآهن IPB به ارتفاع ۱۰۰–۱۰۰۰ میلیمتر تولید می‌شود. کاربرد تیر آهن در ساختمان به صورت ستون، خرپا، نعل درگاه، تیر در پوشش سقف‌ها و پل‌های لانه زنبوری است.
تیر آهن IPE
این تیر آهن معمولی و استاندارد در ایران کاربرد زیادی دارد. این تیر آهن طبق استاندارد اروپا تولید می‌شود و ضخامت بال آن ثابت است. کاربرد تیر آهن در ساختمان به صورت ستون، خرپا، نعل درگاه، تیر در پوشش سقف‌ها و پل‌های لانه زنبوری است.
تیر آهن I-2
محصولی است از نورد گرم فولاد با مقطع عرضی معين كه از قسمت ميانی به نام جان و دو لبه موازی بنام بال تشكيل شده است.
تیر آهن لانه زنبوری (CPE)
علت نامگذاری این نوع تیر به نام تیر لانه زنبوری، شکل این تیر پس از بریدن و جوش دادن دوباره است. این تیرها در طول جان خود دارای فضاهای توخالی هستند که مشابه لانه زنبور است. به همین علت به آنها تیر لانه زنبوری می‌گویند.
هدف از انجام این کار این است که تیر بتواند لنگر خمشی بزرگتری را در مقایسه با تیر نورد شده اولیه تحمل کند. با انجام این کار ارتفاع تیر افزایش پیدا کرده و در نتیجه ممان اینرسی مقطع افزایش پیدا می‌کند. برای مثال، با این کار ارتفاع پروفیل IPE-18 که ۱۸ سانتیمتر است به ۲۷ سانتیمتر افزایش پیدا می‌کند. در ساخت تیر لانه زنبوری ارتقاع تیر ساخته شده ۱/۵ برابر تیر اولیه خواهد بود.
مزایا و معایب تیر آهن لانه زنبوری
با توجه به مثال فوق با تبدیل تیر آهن معمولی به تیر آهن لانه زنبوری، تغییرات زیر در خواص آن ایجاد می‌شود.
- مدول مقطع و ممان اینرسی تیر افزایش می‌یابد و بدین ترتیب به مقاومت خمشی تیر نیز افزوده می‌شود. در نتیجه تیری حاصل می‌شود با ارتفاع بیشتر، مقاومتر و هم وزن تیر اصلی.
- سبک بودن تیر، باعث صرفه اقتصادی می‌شود.
- حفره‌های ایجاد شده در جان تیر، فضاهای مناسبی برای عبور لوله‌های تاسیسات و برق ایجاد می‌کنند.
- در ساختن این نوع تیر، باید اصول استاندارد کاملاً رعایت شود. در غیر اینصورت، احتمال تخریب تیر زیر بار وارد شده وجود خواهد داشت.
- ایراد اساسی تیر لانه زنبوری، وجود حفره‌ها است که باعث کاهش مقاومت برشی تیر در محل اتصال پل به ستون یا اتصال تیرآهن تودلی (تیر فرعی) به پل لانه زنبوری می‌شود. برای رفع این عیب و تامین مقاومت برشی از دست رفته، بعضی از حفره‌ها را با ورق پر می‌کنند. تیر لانه زنبوری در ساخت اسکلت فلزی می‌تواند به صورت پل، فقط در یک دهانه یا به صورت پل ممتد به کار رود. استفاده از تیر لانه زنبوری به عنوان تیر همبند در دهانه هایی که بادبندهای واگرا دارند مجاز نیست.
روش‌های ساختن تیر لانه زنبوری
روش تهیه تیرهای لانه زنبوری از این قرار است که ابتدا جان تیر آهن نورد شده با استفاده از شابلن خط می‌شود. سپس برای جلوگیری از تاب برداشتن تیر آهن، آن را با زدن تک خال جوش در نقاط مختلف، روی یک شاسی افقی مستقر می‌کنند. آنگاه با استفاده از دستگاه برش برنول (شعله گاز استیلن) در امتداد خط منکسر اقدام به برش می‌کنند تا پروفیل به دو قسمت بالا و پایین تقسیم شود. حال قسمت بالا را به اندازه یک دندانه جابجا می‌کنند و دندانه‌های دو قسمت بالا و پایین را به دقت مقابل هم قرار می‌دهند و از دو طرف با جوش پر می‌کنند. استفاده از جوش قوسی نیمه اتوماتیک برای اتصال دو قسمت بریده شده، می‌تواند یک جوش خوب، بی عیب، سریع و مقرون به صرفه ایجاد نماید.
سپس جهت رفع نقیصه کاهش مقاومت برشی با توجه به منحنی نیروی برشی تیر، بعضی از حفره‌ها با ورق‌های تقویتی پر می‌شوند. لازم به ذکر است که حداقل باید یک حفره در مجاورت تکیه‌گاه با ورق و به وسیله جوش کامل پر شود.
برای بریدن تیر می‌توان از روش کوپال نیز استفاده کرد. در این روش، با استفاده از دستگاه قطع کن سنگین که مجهز به گیوتین مخصوص است، تیر آهن به شکل سرد در امتداد خط شکسته قطع می‌شود.
تقویت تیرهای لانه زنبوری به کمک ورق تقویت
تیرهای ساخته شده در محل تکیه گاه‌ها در ناحیه‌ی حفره‌های خالی در مقابل تنش‌های برشی ضعیف می‌شود. با توجه به منحنی نیروی برشی برای جبران این عیب آن حفره‌ها را با ورق‌های تقویتی به صورت کامل توسط جوش پر می‌نمایند. نوعی از این تیر آهن‌های لانه زنبوری وجود دارد که برای بریدن قطعات بالا و پایین ورق واسطه اضافه می‌کنند که این ورق واسطه بین دندانه‌ها جوش می‌شود. این نوع تیر آهن‌ها از تیر آهن‌های بدون ورق واسطه بسیار مستحکم‌تر و قوی‌تر است.
تقویت تیر آهن لانه زنبوری با بتن و فولاد
در تیرهای لانه زنبوری علاوه بر تنش‌های خمشی اصلی در محل حلقه‌ها تنش‌های خمشی ثانویه حاصل از برش در مقطع ایجاد می‌شود که گاهی این تنش از تنش‌های خمشی اصلی در تیر بزرگترند. این تنش‌ها از کارایی تیر می‌کاهند و برای مقابله با آنها باید حلقه‌های کناری را با ورق پر کرد خصوصاً هنگامی که از این نوع تیرها بصورت یکسره استفاده می‌شود در محل تکیه‌گاه‌ها که هم نیروی برشی و هم لنگر خمشی زیاد است. تنش‌های خمشی به شدت افزایش می‌یابد و نیاز به تقویت تیر در این محل‌ها است که از لحاظ اقتصادی قابل توجیه نیست. برای مقابله با این ضعف در تیرهای لانه زنبوری رفتار مرکب بتن و فولاد تهیه شده هست. به این ترتیب که داخل تیر فلزی در نقاطی که تنش‌های ثانویه قابل ملاحظه هستند از بتن پر می‌شود و کشش حلقه‌های خالی را به عمل تغییر می‌دهد و این امر سختی و مقاومت تیر را افزایش می‌دهد و از نظر اقتصادی مقرون به صرفه است.
نکات حائز اهمیت در تیر آهن لانه زنبوری
- برش مقاطع نورد شده برای تیرهای لانه زنبوری توسط دستگاه برش اتوماتیک یا توسط دستگاه هوابرش صورت پذیرد.
- تیرهای لانه زنبوری به دو روش پانیر و لیتسکا ساخته می‌شوند.
- به هیچ عنوان در بادبندها از تیر لانه زنبوری استفاده نکنید.
- بهترین موارد استفاده از تیرهای لانه زنبوری استفاده در تیرهای مرکب است.
- برای رفع تنش‌های برشی در تیرهای لانه زنبوری بهتر است در محل تکیه گاه‌ها و در برخی موارد در وسط دهانه تیر ورق تقویت جوش داده شود.
- تیرهای لانه زنبوری را ترجیحاً در تیرهای خمشی استفاده نکنید.
- در تیرهای لانه زنبوری می‌توان با نصب ورق‌های میانی بین دو قطعه بریده شده ممان اینرسی و مدول مقطع را افزایش داد.
- در تیرهای دوبل زنبوری بهتر است حفره‌ها مقابل یکدیگر قرار نگیرند و حفره مقابل قسمت بسته تیر دیگر قرار گیرند.
- تیر لانه زنبوری را نمی‌توان به عنوان مقطع فشرده در نظر گرفت.
تیر آهن INP
تیر آهن I شکل که ضخامت بال آنها با فاصله گرفتن از جان تیر آهن کاهش می‌یابد. این استاندارد کارخانجات روسیه و چین است.
تیر آهن IPB
تیر آهن H یا تیر آهن‌های عریض که در آنها طول بال‌ها نسبت به تیر آهن‌های IPE افزایش یافته است.
تیر آهن IPBV و IPBL
علامت V نشان دهنده سنگین بودن و علامت L نشان دهنده سبک بودن تیر آهن است. به عنوان مثال IPBV نشان دهنده تیر آهن عریض سنگین و IPBL نشان دهنده تیرآهن عریض سبک است.
