تیرآهن ؛ راهنمای جامع شناسایی، انتخاب و خرید

تیر چیست؟

تیر بخشی ابتدایی از یک سیستم مهندسی ساختاری است که برای تحمل بار طراحی می شود. تیرها مقاطع سازه ای هستند که در ساختمان عمدتا به صورت اعضایی افقی یا شیب دار قرار می گیرند و بارهای قائم بر محور خود را به تکیه گاه ها (که معمولا ستون ها هستند) منتقل می کنند.

این مقاطع برای تاب آوردن در برابر خم شدن، تحمل بارهای عمودی و سایر نیروها ساخته می شوند. این مقاطع یکی از مهم‌ ترین عناصر طراحی در صنعت ساختمان سازی هستند که برای مقاومت در برابر بارها به کار می روند.

تیرآهن چیست؟

تیرآهن‌ ها به همراهِ تیرهای کوچک تر و به عنوان پشتیبان برای تحمل وزن ‌های عمودی در ساختمان به کار می روند. بر خلاف تیرهای عادی، تیرآهن ‌ها برای پشتیبانی از بارهای متمرکز مانند ستون ‌ها و واکنش‌ های تیر طراحی می شوند. یعنی ظرفیت تحمل بار در تیرآهن‌ بسیار بیشتر از تیرها است. این موضوع باعث می شود ساختمان سازان به خرید تیرآهن میل بیشتری داشته باشند.

وظیفۀ اصلی تیرآهن، تحمل تنش های حاصل از نیروهای وارد بر ساختمان، به خصوص تنش های حاصل از نیروی برشی و لنگر خمشی است. یعنی کاربرد اصلی آن به عنوان پل و ستون است. حجم بالای استفاده از این محصول، سبب شده قیمت تیرآهن یکی از عوامل تعیین کننده در قیمت تمام شدۀ ساختمان باشد.

این مقاطع ممکن است از انواع مصالح ساختمانی مانند بتن، فولاد زنگ نزن و یا حتی چوب ساخته شوند. بر اساس چندین استاندارد جهانی، اکثر تیرآهن ها را از فولاد ST37 می سازند. اما جنس آن معمولا ارتباطی با کاربرد آن ندارد و همیشه برای اهداف مذکور به کار می رود.

منظور از جان و بال تیرآهن چیست؟

این پروفیل ها از دو بخش بال و جان تشکیل شده اند. به قسمت اصلی و میانی تیرآهن، جان (web) تیرآهن و به لبه‌ ها و کناره‌ های آن بال  (flange) گفته می شود. اگر این پروفیل را از سطح مقطع نگاه کنیم، دو ورق که به صورت افقی در بالا و پایین تیر قرار گرفته اند بال تیرآهن است. ورق ضخیمی که در بین این دو مقطع به صورت عمودی قرار می گیرد نیز جان تیرآهن است. تیرآهن ها بسته به نیاز ممکن است در شکل های مختلفی ساخته شوند. اما آن چه در این شکل ها تفاوت ایجاد می کند، همین جان و بال تیرآهن است.

تیر آهن به چه صورتی تولید می شود؟

برخلاف بسیاری از مقاطع که قیمت آن ها وابسته به روش تولید است، قیمت تیرآهن وابستگی زیادی به روش تولید ندارد. چرا که عمدتا در فرایند تولید این پروفیل ها از نورد گرم استفاده می شود. ابتدا شمش فولادی از نوع شمشه (بلوم) با ابعاد (یعنی مقطع و طول) مشخص، وارد کورۀ حرارتی نورد می شود. با توجه به نوع آلیاژ، پس از رسيدن به دمای مطلوب و گذشتن از از قفسه های نورد اولیه (مجموعه غلتک ها) سطح مقطع آن کمتر شده و طولش بیشتر می شود.

10

دقیــقه مطالعه

راهنمای انتخاب، نگه داری و خرید پروفیل

پروفیل ها همه جا حضور دارند! از صنایع راه و ساختمان گرفته تا خودروسازی و صنایع ف...

در ادامه با عبور از قفسه های نورد میانی و پایانی به شکل تیرآهن در می آید. سپس در طول های مورد نظر برش و بسته بندی می شوند. شاید برایتان سوال شده باشد که منظور از بلوم (Bloom) چیست. بلوم در واقع از فرآورده‌ های میانی نورد فولاد است که سطح مقطع آن بیشتر از ۲۳۰ سانتی متر مربع است. از بلوم برای ساخت ریل، تیر اهن، قوطی، نبشی، ناودانی، سپری و … استفاده می‌شود.  

فرایند برش تیر آهن

معمولا پیش از ورود به بازار خرید تیرآهن ، این محصولات در سایزهای مورد نظر برش داده می شوند. برای برش تیرآهن دو روش گرم و سرد وجود دارد. روش سرد موسوم به کوپال از دستگاه های برش سنگین (مانند گیوتین) برای برش تیر آهن در امتداد خط استفاده می کند. اما روش دیگر یعنی روش برنول، برش را در شرایط گرم انجام می دهد.

در این روش که متداول تر است، کارگر ماهر برش را با شعلۀ بنفش رنگ قوی حاصل از گاز استیلن و اکسیژن توسط لولۀ برنول انجام می ‌دهد. در این فرایند، پس از نورد شدن جان تیرآهن، با استفاده از شابلون، علامت گذاری می شود.

سپس برای تاب برنداشتن قطعه، آن را با اعمال تک خال جوش در نقاط مختلف، روی یک شاسی افقی مستقر می سازند. سپس با استفاده از دستگاه برش برنول (شعلۀ گاز استیلن) در امتداد خط منکسر اقدام به برش می کنند تا پروفیل به دو قسمت بالا و پایین تقسیم شود.

در قدم بعد، قسمت بالایی را به اندازۀ یک دندانه جا به جا کرده و با دقت بالا دندانه های دو بخش بالایی و پایینی را رو به روی هم قرار می دهند و از دو طرف با جوش پر می کنند. استفاده از جوش قوسی نیمه اتوماتیک برای اتصال دو بخش برش داده شده، باعث ایجاد جوشی بی عیب، سریع و مقرون به صرفه می شود.

چالش های اصلی در تولید تیرآهن

حتما برای شما هم این سوال پیش آمده که تکلیف تنش داخلی ایجاد شده به علت اختلاف دمایی فرآیند نورد و دمای محیط چه می شود. متاسفانه این یکی از چالش هایی است که در صورت رخ دادن آن، تاثیر بالایی روی قیمت تیرآهن خواهد گذاشت. چرا که احتمال ایجاد خمیدگی در جان تیرآهن در هنگام کشش وجود خواهد داشت.

اما برای رفع این چالش، مهندسین روش‌ هایی ابداع کردند که در آن امکان استفاده از فناوری های جدید برای نورد جان و عرض تیرآهن با ابعاد موردنظر و تنظیمات سفارشی با استفاده از تکنولوژی کنترل دمایی وجود دارد. یکی از ساده ترین روش هایی که در صنعت قابل اجراست، استفاده از آب است. به این صورت که در حین فرآیند نورد تیرآهن، با طراحی خطوط آب دهی، بال تیرآهن خنک می شود.

10

دقیــقه مطالعه

فولاد ساختمانی (Structural Steel)

در میان آلیاژهای صنعتی، فولادها جایگاهی بسیار برجسته دارند، چرا که 99% آلیاژهای ...

استانداردهای تولید تیرآهن در ایران و جهان

استاندارد IPE 

استاندارد رایج تولید تیر آهن در ایران و کشورهای اروپایی، استاندارد IPE است. مقاطع تولیدی با این استاندارد I شکل هستند و با نام تیرآهن معمولی خرید و فروش می شوند. اگر قصد خرید تیرآهن تولید شده با این استاندارد را دارید، باید بدانید بارزترین ویژگی این نوع، یکنواختی ضخامت بال ‌ها در ابتدا و انتهای آن است.

معمولا نقشۀ ساختمان هایی که به وسیلۀ مهندسین ایرانی طراحی می شود، بر اساس این استاندارد است. لذا فارغ از قیمت تیرآهن ، این محصولات IPE از محبوبیت بیشتری در میان مشتریان  ایرانی برخوردار است.

تیرآهن IPE معمولا در ارتفاع های 80 تا 600 میلی متری تولید شده و عرض آن نیز از 46 میلی متر تا 220 میلیمتر متغیر است. هرچه ارتفاع مقطع تیر آهن بیشتر باشد، مقاومت آن در برابر بارهای اعمالی بیشتر می شود.

تیرآهن ‌های IPE وارد شده به ایران، عمدتا از کشورهای لهستان، اسپانیا، آلمان و در برخی موارد کرۀ جنوبی وارد می شوند. در بازار خرید تیرآهن IPE ، محصولات کشور کره و آلمان از استقبال بیشتری برخوردارند.

استاندارد INP 

استاندارد متداول تولید تیر آهن در کشورهای چین و روسیه، استاندارد INP است. در این استاندارد بال های تیر آهن دارای یک شیب ملایم هستند. به طوری که باریکی بال‌ ها در ابتدا و تغییرات ضخامت تدریجی آن در انتها، به راحتی دیده می شود.

برای خرید تیرآهن INP، باید بدانید که در اطلاعات مربوطۀ آن، طول با علامت اختصاری m نشان می دهند که بین 8 تا 16 متر متغیر است. ارتفاع با حرف h مشخص شده و در ارتفاع های 80 تا 600 میلی متری عرضه می شود. عرض تیراهن نیز با علامت b نشان داده می شود. در این استاندارد عرض های مختلفی مانند 42 ، 50 ، 58 تا 215 میلی متر دیده شده است.

توجه شود که اگر برای خرید تیرآهن اقدام کردید و مثلا بر روی آن عبارت INP16 حک شده بود، به این معناست که این محصول از نوع تیر آهن INP است و ارتفاع آن ۱۶ سانتی متر یا ۱۶۰ میلی متر است.  بال این تیرآهن ها شبیه به بالۀ کوسه است.

استاندارد IPB

این استاندارد را به نام های استاندارد بال پهن یا هاش نیز می شناسند. چرا که طول بال ها در این نوع، نسبت به تیرآهن های استاندارد IPE بیشتر است و معمولا در اندازه های 100 تا 1000 میلی متری موجود است.

این تیرها به شکل H هستند. معمولا تیر آهن های IPB ، بر اساس وزن به دو نوع سبک و سنگین تقسیم می شوند. تیرآهن های وارداتی IPB موجود در بازار ایران، از کشورهای ترکیه، آلمان، اسپانیا، لهستان و کره وارد می شوند.

برای خرید تیرآهن IPB به چند نکته باید توجه کرد. این که علامت V در انواع تیرآهن ها نشان دهندۀ سنگین بودن تیرها است. علامت L نیز نمایان گر سبک بودن تیراهن است. به عنوان مثال IPBV یعنی تیرآهن عریض سنگین و IPBL نشان دهندۀ تیراهن عریض و سبک است.

انواع تیرآهن

تیر آهن لانه زنبوری (CPE)

خرید تیرآهن لانه زنبوری معمولا برای مقاصدی انجام می گیرد که تحمل فشار زیاد و در عین حال تغییر شکل کمتر مد نظر باشد. دلیل نام گذاری این محصول به این دلیل است که پس از فرایند تولید، حفره هایی درون آن به وجود می آید که سبب افزایش تنش در آن می ‌شود. در واقع این تیر پس از برش و جوش دادن، در طول جان خود دارای فضاهای توخالی دارند که شبیه به لانۀ زنبور است. این تیرها لنگر خمشی بزرگتری را در مقایسه با تیرهای نورد شدۀ عادی تحمل می کنند‌.

نکات مهم در هنگام خرید تیر آهن لانه زنبوری

• آن چه که ارزش خرید تیر آهن لانه زنبوری را بیشتر می کند، این است که مدول مقطع و ممان اینرسی این تیر بالاست. این باعث می شود همانطور که گفتیم، به مقاومت خمشی تیر افزوده ‌شود.
• قیمت تیرآهن لانه زنبوری به علت سبک بودن آن، صرفۀ اقتصادی دارد.
• اگر در ساختمان مورد نظر، مکان هایی برای عبور لوله‌ های تاسیسات و برق مد نظر است، حفره‌های ‌ایجاد شده در جان این تیر‌، فضاهای مناسبی برای این مقصود است.
• چک شود که در ساخت این نوع تیر‌، اصول استاندارد کاملاً اجرا شده باشد. در غیر این صورت‌، احتمال تخریب تیر زیر بار وارد شده بالا خواهد بود.
• توجه کنید که وجود حفره ‌ها، سبب کاهش مقاومت برشی تیر در نقطۀ اتصال پل به ستون یا اتصال تیرآهن تودلی (تیر فرعی) به پل لانه زنبوری می‌ شود‌.
• اگر خرید تیرآهن زنبوری انجام شده و می خواهید عیب مقاومت برشی از دست رفته را رفع کنید، می توانید بعضی از حفره ‌ها را با ورق های مناسب پر کنید. یا آن را با بتن تقویت کنید.
• قبل از خرید تیرآهن لانه زنبوری، توجه کنید که استفاده از این محصول به عنوان تیر همبند در دهانه هایی که بادبندهای واگرا دارند مجاز نیست.
• ‌‌بهترین پیشنهاد برای به کار بردن این تیر، استفاده از آن در تیر‌های مرکب است.
• اگر پیش از این تیر لانه زنبوری را خریداری و نصب کرده اید و قصد تقویت آن را دارید، باید ‌استراتژی تیر‌های دوبل زنبوری را به کار ببرید. توجه کنید که هیچوقت حفره‌ های دو تیر مقابل هم نصب نشوند.
• خرید تیر آهن لانه زنبوری به عنوان مقطع فشرده توصیه نمی شود.

تیرآهن هاش (بال پهن)

تیرآهن بال پهن (یا IPB یا H شکل یا هاش) در مقایسه با تیرآهن عادی IPE یا همان تیر I شکل از استقبال بیشتری برخوردار است. این تیر به طور گسترده به عنوان مصالح پایه در صنعت ساختمان سازی مورد استفاده قرار می گیرد.

گفتیم که تیراهن بال پهن در دو نوع بال پهن سبک و بال پهن سنگین عرضه می شود. این پروفیل ها بهترین گزینه برای ساخت ستون و خرپا است. زیرا از نظر مقاومت بهتر از مقاطع ديگر است. علاوه بر اين در اكثر شرايط اجرايی، اتصال تيرها به راحتی روی تیرآهن هاش انجام می گیرد.

نکات مهم در هنگام خرید تیرآهن هاش

• معمولا تیراهن هاش با جنس فولاد و گریدهای ST37 و ST44 و ST52 عرضه می شود.
• بهتر است قبل از خرید تیرآهن هاش، کاربرد مورد نظر دقیقا مشخص باشد. چرا که این پروفیل ها در پل سازی، برج سازی، سد سازی و صنایع مشابهی که نیاز به مقاومت بالا داشته باشند، کاربرد دارد و در هریک از مقاصد، آلیاژ مناسب به خود را می طلبد.
• تیرهای هاش سنگین دارای بال هایی با ضخامت بیشتر هستند. از این رو دیده شده است که قیمت تیرآهن هاش سنگین بیشتر است.
• اگر قصد خرید تیر آهن هاش برای استفاده در طول های بلند را دارید؛ تیر بال پهن گزینۀ بهتری نسبت به نوع عادی است. چرا که می توان آنها را در اندازه های متنوعی ساخت.
• جان تیر آهن هاش، مقاومت بالاتری نسبت به لانه زنبوری و نوع IPI دارد. از این رو در برابر نیروهای برشی و خمش لحظه ای مقاوم ترند.
• شاید قیمت تیرآهن هاش کمی بالاتر باشد، اما زیادتر بودن سطح مقطع آن باعث تحمل تنش کمتری می شود. از این رو گزینۀ ایده آلی برای ستون هاست.

10

دقیــقه مطالعه

معرفی ورق فولاد ST37 و اهمیت آن در صنعت

ورق ST37 یکی از فولادهای کربنی کم‌کربن است که به‌طور گسترده در صنایع مختلف مانند...

استفاده از تیر آهن در سازه های فلزی چه مزایایی دارد؟

• پس از اتمام ساخت سازه، امکان تقویت تیرها همچنان وجود دارد.
• استحکام نهایی سازه تا حدود زیادی افزایش می یابد.
• با این پروفیل ها امکان اتصال قطعات مختلف عمرانی وجود دارد.
• قطعات آن به صورت پیش ساخته در کارخانه ‌ها موجود است.
• اجرا و نصب تیرآهن سرعت بالایی دارد.
• قابلیت کارکرد در ارتفاع زیاد وجود دارد.

استفاده از تیرآهن در سازه های فلزی چه معایبی دارد؟

• در صورت آتش سوزی ضعیف می شوند.
• احتمال خوردگی تیرآهن های فلزی در برابر رطوبت بالاست.
• رنگ آمیزی اسکلت فلزی برای کاهش اثر مخرب رطوبت بر ساختمان ضروری است.
• این قطعات در ستون های بلند و لاغر تمایل به کمانش دارند.
• مشکلات اتصال همواره وجود دارد. چراکه ممکن است مهارت جوشکار کم باشد.

در هنگام معامله و خرید تیر آهن به چه نکاتی باید توجه داشته باشیم؟

خوشبختانه در ایران تعدادی از کارخانجات داخلی، تولید تیر آهن را با کیفیت مناسب انجام می دهند. روش خرید از بعضی از این مراکز به صورت مستقیم و بدون واسطه انجام می شود. یعنی با مراجعه به سایت یا دفترهای معاملات حضوری شرکت، می توان خرید و فروش تیرآهن را از کارخانه انجام داد.

تعدادی از این تولید کنندگان نیز دارای نماینده فروش معرفی شده در سراسر کشور هستند که باید از مکان و روش معاملۀ آن ها اطلاع حاصل شود. نوع خرید دیگر بازارهای خرده فروشی آهن و مقاطع فلزی است که در هر شهری وجود دارد. این فروشنده ها با داشتن انبار و بنگاه، این محصولات را از کارخانجات خریداری کرده و به فروش می رسانند.

قیمت تیرآهن وابسته به نوسانات دلار بوده و با توجه به اوضاع امروز بازار، به شکل لحظه ای نوسان دارد. لذا برای اطلاع از قیمت این محصول، باید قیمت روز از طریق درگاه های معتبر صنعتی کنترل شود. قبل از خرید این مقاطع برای اهداف مورد نظر، مشورت با کارشناسان و مهندسان خبره در این امر، توصیه می شود.

مهم ترین واحدهای صنعتی تولید تیرآهن در ایران

بدون شک مهمترین کارخانۀ تولید تیرآهن، ذوب آهن اصفهان است. این کارخانه با تولیدات خود اکثر نیاز مصرف بازار داخل و همچنین خارج از کشور را تامین می نماید. علاوه بر ذوب آهن، دیگر کارخانجات تولیدی مهم کشور عبارتند از:

• فولاد کویر کاشان (کاشان-آران و بیگدل)
• نورد کوثر اهواز (جادۀ اهواز به سمت خرمشهر)
• ابهر فولاد قزوین (جاده تاکستان)
• ابهر پارس آرمان (جاده تاکستان)
• شاهین بناب (شهرستان بناب)
• آریا ذوب (اشتهارد کرج)
• فولاد سیرجان (شهرستان سیرجان)
• فولاد یزد (یزد)