معرفي تیرآهن

 

فولاد فلزی با ارزش است که نقش تعیین کننده ای در پیشرفت صنعتی و رفاه جوامع دارد. تجارت فولاد هزاران اشتغال و حجم عظیمی از نقدینگی را ایجاد می کند . پیچیدگی های خاص تجارت این فلز ، ورود به این کسب و کار را حساس و دارای ریسک موثری می نماید. faramet  تلاش می کند با فراهم نمودن بستر مناسب ، این تجارت مشکل را ساده ، سریع و امن نماید و یکی از مهمترین دغدغه های سیاست گذاران و تجار فولاد را ساماندهی کند. بر حسب برنامه ریزی انجام شده ، در فاز 1 ، faramet   ورود جدی به بخش فولاد را با فراهم نمودن محیط لازم برای معاملات انواع محصولات فولادی شامل تیرآهن ، میلگرد ، نبشی و ناودانی ، فولادهای آلیاژی هدف دارد . معاملات انواع مواد معدنی آهن دار چون سنگ آهن ، کنسانتره ، گندله ، آهن اسفنجی و شمش های فولادی نیز در دستور کار است .ایجاد شفافیت ، برای خریداران و فروشندگان این گروه کالایی و رعایت انصاف و معاملات هوشمندانه مبتنی بر اطلاعات بروز و با ابزار کارآمد و استفاده از تجربیات بازارهای سنتی از اهداف faramet است. 

 

وزن و سایز برخی از تیرآهن ها:

باید بدانیم که تشخیص سایز تیرآهن بدون کمک ابزار اندازه گیری (کولیس) غیرممکن است. در انتخاب سایز تیرآهن باید به این نکته توجه کرد که تیرآهن مصرفی در کجا قرار است استفاده شود. به عنوان مثال برای ستون، خرپا و یا تیر در پوشش سقف های ساختمان از تیرآهن سایز ۱۴، ۱۶ و ۱۸ استفاده می‌شود. در ادامه به برخی از مشخصات تیرآهن IPE طبق جدول اشتال اشاره شده است:

 

ردیف

سایز

ارتفاع

عرض

ضخامت جان

ضخامت بال

وزن شاخه

1

تیرآهن 12

120

64

4.4

6.3

124.8

2

تیرآهن 14

140

73

4.7

6.9

154.8

3

تیرآهن 16

160

82

5.0

7.4

189.6

4

تیرآهن 18

180

91

5.3

8.0

225.6

5

تیرآهن 20

200

100

5.6

8.5

268.8

6

تیرآهن 22

220

110

5.9

9.2

314.4

7

تیرآهن 24

240

120

6.2

9.8

368.4

8

تیرآهن 27

270

135

6.6

10.2

433.2

9

تیرآهن 30

300

150

7.1

10.7

506.4

 

آلیاژهای مورد استفاده در تیرآهن:

یکی از مهم‌ترین مشخصات تیرآهن ، آلیاژ مورد استفاده در آن می‌باشد. در حقیقت در ساخت تیرآهن، آلیاژهای متفاوتی مورد استفاده قرار می‌گیرند که بر روی قیمت تیرآهن تاثیرگذار خواهند بود. عناصر آلیاژی مورد استفاده در تیرآهن آهن، کربن و کروم می‌باشند. از عناصر دیگری مانند مولیبدن، نیکل و تیتانیم نیز در ساخت تیرآهن استفاده می‌شود. میزان هر یک از این عاصر طبق استاندارد به تیرآهن افزود می‌شود. حال به بررسی تاثیر هر یک از عناصر آلیاژی خواهیم پرداخت:

کربن:

میزان کربن در تیرآهن بسیار مهم است. این عنصر بر روی ساییدگی، سختی، کشش و مقاومت در برابر خوردگی و اکسایش تاثیرگذار است. طبق استاندارد، همچنین در مواقعی که قرار بر جوش دادن تیرآهن ها باشد، معمولا از کربن کمتر در ساختار استفاده می‌شود.

کروم:

تاثیر کروم بر روی ضدزنگ بودن تیرآهن می‌باشد. در واقع کروم با ایجاد یک لایه اکسیدی محافظ بر روی سطح، تیرآهن را در برابر اکسید شدن مقاوم می‌کند. کروم به دلیل ویژگی مقامت در برابر زنگ زدن و سختی بالا در بین عناصر آلیاژی بسیار طرفدار دارد. درواقع اگر در تولید تیرآهن از کروم استفاده شود، به محصول نهایی تیرآهن ضدزنگ نیز می‌گویند. طبق استاندارد، حداکثر تا ۲۷ درصد کروم در تولید تیرآهن استفاده می‌شود.

منگنز:

از آنجایی که منگنز از عناصر تشکیل دهنده آستنیت می‌باشد، معمولا به عنوان جانشین نیکل در ساخت تیرآهن استفاده می‌شود. علت اصلی افزودن منگنز، افزایش سختی، مقاومت و بهبود خواص مکانیکی تیرآهن می‌باشد.

نیکل:

نیکل به دلیل خاصیت ضدزنگ و مقاوم در برابر خوردگی به همراه کروم مهمترین گروه در ساختار تیرآهن می‌باشد. این دسته از عناصر مقاوم در برابر گرما و خوردگی هستند. افزودن بیش از ۸۰ درصد نیکل به تیرآهن باعث می‌شود تا مهم‌ترین گروه از فولادهای ضدزنگ تشکیل شوند.

تیتانیم:

برای تثبیت مقدار کاربید در تیرآهن از تیتانیم استفاده می‌شود. هنگامی که تیرآهن تحت عملیات جوشکاری قرار می‌گیرد، از تیتانیم به عنوان عنصر آلیاژی استفاده می‌شود تا با کربن ترکیب شده و کاربید تیتانیم را تشکیل دهد و از خوردگی حین جوشکاری جلوگیری کند. طبق استاندارد، افزودن ۰٫۲۵ تا ۰٫۶ درصد تیتانیم باعث می‌شود تا تیرآهن همانند کروم در برابر خوردگی مقاومت نشان دهد.

مس:

مس به دلیل ویژگی خاصی که دارد و مقاومت در برابر آب دریا و اسیدسولفوریک در ساخت تیرآهن استفاده می‌شود. عموعا در ساخت تجهیزات دریایی مانند اسکله کنار آب و یا کشتی های غول پیکر از مس در ساختار تیرآهن استفاده می‌شود.

فسفر و گوگرد:

افزودن فسفر به همراه گوگرد اغلب برای بهبود در عملیات ماشین کاری تیرآهن می‌باشد. معمولا فسفر و گوگرد باهم به ساختار تیرآهن اضافه می‌شوند و درصد آن هم بسیار ناچیز است، چراکه هرکدام به تنهایی برای ساختار مضر خواهند بود و مقاومت در برابر خوردگی را کاهش می‌دهند. در واقع این دو عنصر در ساختار تیرآهن مکمل یکدیگر هستند.

فرآیند تولید تیرآهن:

تیرآهن نیز طی یک فرآیند نورد گرم تولید و عرضه و به فروش می رسد در مرحله ی تولید ابتدا کوره هایی با دمای ۱۱۰۰ درجه سانتی گراد آماده و تنظیم می کنند و سپس شمش ها را توسط محرکی به نام جک هیدرولیکی به سمت کوره ها هدایت می کنند و بعد از اینکه شمش ها به دمای مورد نظر رسیدند و جهت نورد گرم اماده شدند به سمت خط تولید هدایت شده و توسط رول هایی به سمت مرحله ی رافینگ  حرکت نموده بعد از این مرحله به خاطر اینکه قطر شمش ها کمتر و طول آن ها افزایش پیدا کنند استفاده می نمایند و در نتیجه توسط قیچی های برشی که متراژ آن ها تنظیم شده برش داده می شوند این برش های محصولات طبق استاندارد هایی که تعیین شده صورت می گیرد و بعد این محصولات تولید شده در بندیل با وزن معینی بسته بندی می شوند.

انواع تیرآهن بال پهن:

  1. تیرآهن بال پهن سبک HE-A یا همان IPBL که به علت ضخامت کمتر دارای وزن کمتری می باشد.
  2. تیرآهن بال پهن سنگین HE-AA یا همان IPBLL
  3. اچ بیم سنگین HE-B معادل IPB
  4. اچ بیم سنگین HE-M معادل IPBv

تیرآهن های بال پهن از دیدگاه پهنای بال نیز به دو دسته تیرآهن نیم بال پهن و بال پهن دسته بندی می شوند.

مشخصات شیمیایی و فیزیکی تیرآهن هاش:

جنس فولادی که در ساخت تیرآهن H به کار می رود معمولا از گرید های St37، St44  و St52 می باشد لذا می توان مشخصات شیمیایی آنها را از جدول زیر که از استاندارد DIN 17100 بر گرفته شده است مشاهده نمود.

 

نام گرید

نوع اکسیداسیون

آنالیز شیمیایی نمونه آزمایشگاهی

کربن

فسفر

گوگرد

نیتروژن

کمتر از 16 میلیمتر

بین 16 تا 30 میلیمتر

30 الی 40 میلیمتر

40 الی 40 میلیمتر

63 الی 100 میلیمتر

بیش از 100 میلیمتر

St37.2

اختیاری

0.21

0.25

0.25

0.25

0.25

براساس توافق با سفارش دهنده

0.065

0.065

0.009

Ust37.2

U

0.21

0.25

0.25

0.25

0.25

0.060

0.060

0.010

Rst.37.2

R

0.19

0.19

0.19

0.19

0.23

0.050

0.050

-

St37.3

RR

0.19

0.19

0.19

0.19

0.19

0.050

0.060

0.010

St44.2

R

0.24

0.24

0.24

0.24

0.25

0.050

0.050

-

St44.3

RR

0.23

0.23

0.23

0.23

0.23

0.060

0.050

-

St.52.3

RR

0.22

0.22

0.24

0.24

0.24

0.060

0.060

0.010

 

جدول وزن تیرآهن هاش سبک:

ردیف

سایز

ارتفاع تیر

ضخامت بال

ضخامت جان

طول بال

وزن یک شاخه

1

10

96

8

5

100

200

   2

12

114

8

5

120

239

3

14

133

8.5

5.5

140

297

4

16

152

9

6

160

365

5

18

171

9.5

6

180

426

6

20

190

10

6.5

200

508

7

22

210

11

7

220

606

8

24

230

12

7.5

240

724

9

26

250

12.5

7.5

260

819

10

28

270

13

8

280

917

11

30

290

14

8.5

300

1060

12

32

310

15.5

9

300

1171

13

34

330

16.5

9.5

300

1260

14

36

350

17.5

10

300

1344

15

40

390

19

11

300

1500

16

45

440

21

11.5

300

1680

17

50

490

23

12

300

1860

18

55

540

24

12.5

300

1992

19

60

590

25

13

300

2136

 

جدول وزن تیرآهن هاش سنگین:

ردیف

سایز

ارتفاع تیر

ضخامت بال

ضخامت جان

طول بال

وزن یک شاخه

1

10

100

10

6

100

245

2

12

120

11

6.5

120

320

3

14

140

12

7

140

405

4

16

160

13

8

160

511

5

18

180

14

8.5

180

615

6

20

200

15

9

200

736

7

22

220

16

9.5

220

858

8

24

240

17

10

240

999

9

26

260

17.5

10

260

1116

10

28

280

18

10.5

280

1236

11

30

300

19

11

300

1404

12

32

320

20.5

11.5

300

1524

13

34

340

21.5

12

300

1608

14

36

360

22.5

12.5

300

1704

15

40

400

24

13.5

300

1860

16

45

450

26

14

300

2052

17

50

500

28

14.5

300

2244

18

55

550

29

15

300

2388

19

60

600

30

15.5

300

2544

هرچند از نظر ظاهری تیرآهن های بال پهن و تیرآهن معمولی مشابهت هایی دارند ولی تیرآهن هاش دارای مزیت دیگری در طراحی است که عبارت است از پهنای بیشتر بال. بال تیرآهن صفحه یا ورقی است که در دوطرف جان قرار دارد و در IPE معمولا پهنای آن کمتر از عمق یا ارتفاع تیرآهن است ولی در تیرآهن بال پهن با اندازه ی جان برابر است. همچنین تیرآهن های بال پهن یک مزیت بزرگ دیگر دارند و آن بزرگ تر بودن سطح مقطع شان است. با توجه به اینکه تنش وارد بر یک عضو باربر حاصل تقسیم نیروی وارده بر سطح مقطع عضو می باشد، هرچه سطح مقطع عضو بیشتر باشد، حاصل تقسیم نیرو بر سطح مقطع کمتر و در نتیجه تنش کمتری بر عضو وارد می گردد.

استاندارد تیرآهن

تیرآهن بر اساس سه نوع استاندارد تولید میشود.

تیرآهن INP: تیرآهن INP مطابق با استاندارد چین و روسیه و به شیوه نوردگرم تولید میگردد. این تیرآهن به شکل l  است که بال آن  این نوع تیرآهن ها با فاصله گرفتن از جان آن کاهش می یابد.

تیرآهن IPE: تیراهن IPE طبق استاندارد اروپا و ایران می باشد. مقطع این تیرآهن شبیه به حرف انگلیسی l  است با این تفائت که بال ها در سرتا سر محصول یکسان هستند و غیر قابل تغییر می باشند. مقاطع IPE  در بازار ایران از کشورهای کره، اسپانیا، آلمان و لهاستان وارد میشود.

تیرآهن IPB: تیرآهن IPE یا هاش دارای دو بال پهن و عریض می باشند. این نوع مقاطع در دو نوع سبک و سنگین تولید میشوند که نوع سبک  را با L  و نوع سنیگن را با V  نشان گذاری میکنند.

انواع تیرآهن ساختمانی

تیرآهن بال پهن

تیرآهن بال پهن دارای دو نوع سبک و سنگین می باشد. وزن این مقطع نسبت به دو نوع نیمه پهن و اروپایی کمتر بوده و اندازه بال با ارتفاع آن یکسان می باشد. تیرآهن های بال پهن شکلی شبیه به H  دارد و در ساخت ستون و خرپا کاربرد دارد.

تیرآهن بال نیم پهن

علامت اختصاری تیرآهن نیم پهن IPE می باشد. مشخصات فنی این تیرآهن شامل، طول که برابر با 8 تا 16 سانتی متر، ارتفاع بین 80 تا 600 میلیمتر و عرض 46 تا 220 میلیمتر است. ظاهر این تیرآهن شبیه به حرف I دارد.

تیرآهن نوع اروپایی

این نوع تیرآهن در ایران به نوع معمولی معروف می باشد البته خیلی از افرادی که در این حوزه فعالیت می کنند این نوع تیرآهن را با نام تیرآهن نرمال یا پروفیل نرمال می شناسند، نام اختصاری این تیرآهن INP می باشد که در ساخت خرپا و ستون از این محصول استفاده می شود، اندازه ی تیرآهن نوع اروپایی را این گونه شرح می دهند  که طول آن را با علامت اختصاری m نشان می دهد و بین ۸ تا ۱۶ متر است. و ارتفاع را با حرف h نیز نشان می دهند که به ترتیب ارتفاع این پروفیل از۸۰،۱۰۰،۱۲۰ تا ۶۰۰ میلی متر است و عرض را نیز با علامت b نشان می دهند که در عرض های متفاوتی مثل ۴۲،۵۰،۵۸ تا ۲۱۵ میلی متر تولید و عرضه می شوند. برای مثال اگر روی یک پروفیل INP16 حک شده باشد به این معنی است که این نوع محصول از پروفیل معمولی است و ارتفاع آن ۱۶سانتی متر است یا به اصطلاح دیگر ۱۶۰ میلی متر.

تیرآهن لانه زنبوری:

تیر آهن لانه زنبوری برای این که بتواند لنگر خمشی را به میزان بیشتری تحمل کند جان آن را به حالت یک ذوزنقه برش می‌دهند و این حالت شش ضلعی خواهد بود و آن‌ها را هم جوش می‌دهند. این نوع از تیرآهن دارای حفره‌‌های تو خالی است همین مورد باعث شده که خیلی به لانه زنبوری شباهت داشته باشد.

مزایای تیرآهن لانه زنبوری:

تیر آهن لانه زنبوری وزن سبک‌تری دارد پس از لحاظ اقتصادی مقرون به صرفه‌تر است.

همان‌گونه که در قسمت بالای مقاله اشاره کردیم تیرآهن لانه زنبوری دارای حفره‌های تو خالی در جان تیر می‌باشدکه این مورد یک نوع مزیت محسوب می شود زیرا از این حفره ها می توان کاربرد مثبتی داشت مثل عبور لوله های تاسیسات و لوله های برق از این حفره ها.

معایب تیرآهن لانه زنبوری:

همانگونه که به مزایای تیرآهن لانه زنبوری پرداختیم حال می خواهیم راجع به معایب آن بگوییم ‍‍‍ به دلیل وجود حفره‌های تو خالی در جان این پروفیل باعث کاهش مقاومت برشی در محل اتصال پل به ستون‌ها می شود که گاهی اوقات برای رفع این مشکل از ورق های فلزی برای پر کردن حفره ها استفاده می شود.

مزایای استفاده از تیرآهن:

  • در ارتفاع زیاد کاربرد دارد
  • امکان اتصال چند قطعه به یکدیگر را فراهم میکند
  • امکان توسعه سازه بعد از اتمام پروژه وجود دارد
  • اجرای و نصب آن سرعت بالایی دارد
  • مقاومت و استحکام بالایی دارد

 

معایب استفاده از تیرآهن:

ضعف در دمای بالا: استحکام ساختمان های فلزی با افزایش دما کاهش پیدا میکند اگر دما اسکلت از 500 به 600 درجه برسد تعادل ساختمان به خطر می افتد.

جوش نامناسب: اتصالات در ساختمان های فلزی از طریق جوش، پیچ و پرچ صورت میگیرد. این اتصالات باید به نحوه صحیح انجام شود

خوردگی فلز در مقابل عوامل خارجی: قطعات فلزی در ساختمان سازی در مقابل عوامل جوی خورده میشوند و ابعاد آن ها کاهش پیدا میکند.

تمایل قطعات فشاری به کمانش: با توجه به اینکه قطعات فلزی زیاد و ابعاد مصرفی کوچک است تمایل به کمانش در این قطعات نقاط ضعف به شمار می آید.

 

تیرآهن بال پهن HEB:

تیرآهن بال پهن HEB یا هاش H، یکی زیر شاخه های تیرآهن میباشد، تیرآهن بال پهن ، نوعی از تیرآهن میباشد که بال تیرآهن و جان( ارتفاع پشت تا پشت تیرآهن ) تیرآهن باهم برابر بوده باشد.

تیرآهن بال پهن فوق سنگین:

البته تیرآهن بال پهن HEB یا هاش H از نوع سنگین هاش H بوده، یعنی این تیرآهن بال پهن دارای ضخامت بیشتری نسبت به تیرآهن بال پهن HEA می باشد.

تیرآهن بال پهن سبک و سنگین:

تیرآهن اساسی ترین پروفیل ساختمانی است که بعضا در پروژه های صنعتی نیز کاربرد دارد، تیر آهن به دو صورت معمولی است که با علامت اختصاری I ویا NP نوشته شده و تیر آهن بال پهن نیز با علامت H و یا IPB نوشته می شود که ارتفاع و بال آن مساوی می باشد. 

تیرآهن بال پهن سنگین:

تیر آهن H یا هاش که نام خود را از حرف بزرگ اچ از زبان انگلیسی استقراض می کند ، قطعه ای فولادی از نورد گرم است که به طور قابل ملاحضه ای مستحکم می باشد، تیر آهن های I و H، که در ابتدا عناوین خود را از هند گرفته و امروز جهانی شده اند، بر مبنای شکل سطح مقطع هایشان نامگذاری شده اند .

به بخش میانی و اصلی تیرآهن ، “جان” و به لبه های و کناره های آن “بال” اطلاق می کنند،تیر ها برای تحمل وزن های سنگین طراحی شده اند، تیرآهن ها به عنوان یک عضو اصلی در سازه ها در قابها و شاسی های کف استفاده می شود و همچنین می توان هر جا که نیاز به تحمل بارهای اضافی بود ، روی آنها حساب کرد.

انواع تیرآهن بال پهن

تفاوت بین تیرآهن H و I-Beam چیست؟

  • هر دو تیر به نظر می رسد اما برای بخش های مختلف ساخت و ساز استفاده می شوند.
  • هر دوی آنها دارای بالهای های بالا و پایین هستند، تنها تفاوت آنها بالهایشان است.
  • در تیرهای I، بالها از عرض کمتری برخوردارند یعنی فاصله ی لبه های بال تا انتها (محل تلاقی شان با جان) نسبتا کوتاه است.
  • البته تیرآهن بال پهن HEB یا هاش از نوع سنگین “H”بوده، یعنی این تیرآهن بال پهن، دارای ضخامت بیشتری نسبت به تیرآهن بال پهن HEA میباشد.
  • برای استفاده در طول های بلند، تیرهای H بسیار مفید تر ازنوع I آنهاست زیرا می توان آنها را به اندازه های مختلف ساخت.
  • H-beams می تواند برای طول 100 متر استفاده شود، در حالی که I-beam ها برای طولهای حداکثر 30متر مناسبند.
  • جان تیرآهن های هاش ، در مقابل نیروهای برشی و بالها در برابر بسیاری از خمش های لحظه ای مقاومت می کنند.
  • تئوری تیرآهن های هاش نشان می دهد که شکل آنها ، یک فرم بسیار کارآمد برای تحمل بارهای خمشی و برشی دراین تیرهاست .

 

راهنمای حروف جدول اشتال تیرآهن:

H = ارتفاع جان تیرآهن

b = عرض بال

S = ضخامت جان

r = شعاع انحنا داخل جان به بال

C = ضخامت جان + انحنا داخلی

H-2C = ارتفاع جان ضخامت دو بال

A = محیط سطح مقطع

G = وزن یک متر

GX = ممان اینرسی محور X

WX = مدول مقطع محور y

IX = شعاع چرخش در محور X  ( ژیراسیون)

JY = ممان اینرسی محور y

WY = مدول مقطع محور y

IY =  شعاع چرخش محور y (ژیراسیون)

A1 = مساحت سطح مقطع

RT= شعاع تنش

 

تیرآهن نوع IPE یا تیرآهن نوع I محبوب ترین نوع تیرآهن در ایران بوده و ضخامت جان آن کم تر و عرض بال آن بیشتر از تیرآهن نوع نرمال می باشد. این نوع تیرها در ایران و اروپا تولید می شوند و شکل آن ها مانند I است و ضخامت بال های آن تغییر پذیر نیست. برای نمایش دادن این نوع پروفیل در نقشه ها از علامت اختصاری به همراه اندازه ی ارتفاع استفاده می گردد. به طور مثال IPE20 به معنی پروفیل I شکل است که دارای ارتفاع 20 سانتی متر می باشد.

برای محاسبه وزن تیرآهن نوع 20 IPE به طول 12 متر از فرمول زیر استفاده می شود:

268.80kg = (kg/m) {از جدول اشتالIPE20 وزن مخصوص = (22.40)} * (m){12} = IPE وزن تیرآهن

همچنین برای محاسبه تیرآهن IPE18 به طول 6 متر از فرمول زیر استفاده می شود:

112.8kg = (kg/m) {از جدول اشتالIPE18 وزن مخصوص = (18.8)} * (m){6} = IPE وزن تیرآهن

تیرآهن نوع دوبل از جمله تیرهایی می باشند که از پروفیل های استاندارد ساخته شده و به صورت دوبل بهم می چسبند و یا از هم جدا بوده و جهت تحمل بارهایی با وزن بیشتر مورد استفاده قرار می گیرند. برای تعیین وزن تیرآهن دوبل از نوع 2IPE18 به طول 12 متر از فرمول زیر استفاده می شود:

451.20kg = (kg/m) {از جدول اشتالIPE18 وزن مخصوص = (18.8)} * (m){2*12} = IPE وزن تیرآهن دوبل

تذکر: در محاسبه وزن تیرآهن دوبل فوق، وزن ورق تقویتی محاسبه نشده است.

تیرآهن لانه زنبوری نوعی از تیرآهن می باشد که به منظور افزایش مقاومت خمشی در تیرهای نرمال آن ها را به شکل لانه زنبور برش داده، از هم باز کرده و سپس مجددا به هم جوش می دهند و تیر جدیدی با ظرفیت بالاتر را تولید می نمایند. این تیرها در محل تکیه گاه و وسط دهانه برحسب نظر مهندس سازه با ورق تقویت می شوند و به صورت تکی یا جفتی در تیر ریزی ساختمان ها به کار برده می شوند. برای محاسبه وزن تیرآهن لانه زنبوری از نوع CPE18 با طول 10 متر از فرمول زیر استفاده می شود:

103.30kg = (kg/m) { CPE18 وزن مخصوص = (10.33)} * (m){10} = CPE وزن تیرآهن لانه زنبوری

استاندارد IPE :

محصولات کشورهای اروپایی و ایران بیشتر از این نوع می‌باشند، بارزترین مشخصه این نوع تیرآهن این است که اگر از دو سر تیرآهن به آن بنگرید، ضخامت بال‌های آن در ابتدا و انتها کاملاً یکنواخت می‌باشد، به طور معمول نقشه ساختمان هایی که توسط مهندسین کشورمان تهیه می‌گردد بر اساس این استاندارد بوده و لذا این نوع تیرآهن از محبوبیت بیشتری در میان مشتریان برخوردار است.

استاندارد INP :

تیرآهن هایی که بر اساس این استاندارد تهیه تولید می‌شوند بیشتر محصولات کشور چین و روسیه می‌باشند، مشخصه بارز آن ؛ نازکی بال‌ها در ابتدا و ضخیم شدن تدریجی آن در انتها می‌باشد، به طوری که اگر از سر تیرآهن به دقت به آن بنگرید شیب ملایمی را در ضخامت بال‌ها مشاهده خواهید نمود.

انواع تیرآهن‌های وارداتی موجود در بازار ایران در حال حاضر از هر دو نوع استاندارد در بازار ایران موجود می‌باشد، تیرآهن‌های IPE وارداتی بیشتر مربوط به کشورهای لهستان، اسپانیا، آلمان و همچنین کشور کره می‌باشد، البته تیرآهن IPE کشور چین و روسیه نیز در بازار موجود است.

تیرآهن های لانه زنبوری :

دلیل نام‌گذاری تیرهای لانه زنبوری ، شکل گیری این تیرها پس از عملیات (بریدن و دوباره جوش دادن ) و تکمیل پروفیل است، این‌گونه تیرها در طول خود دارای حفره های توخالی (در جان ) هستند که به لانه زنبور شبیه است ، به همین سبب به این گونه تیرها لانه زنبوری می گویند .

هدف ساخت تیر های لانه زنبوری

هدف این است که تیر بتواند ممان خمشی بیشتری را با خیز (تغییر شکل ) نسبتاً کم و همچنین وزن کمتر در مقایسه با تیر نورد شده مشابه تحمل کند .

محاسن و معایب تیر لانه زنبوری 

با تبدیل تیر آهن معمولی به لانه زنبوری

اولاً : مدول مقطع و ممان اینرسی مقطع تیر افزایش می‌یابد .

ثانیاً : مقاومت خمشی تیر نیز افزوده می‌گردد . در نتیجه تیری حاصل می‌شود با ارتفاع بیشتر ، قوی‌تر و هم‌وزن تیر اصلی .

ثالثاً : با کم شدن وزن مصالح و سبک بودن تیر از نظر اقتصادی مقرون به صرفه تر خواهد بود .

رابعاً : از فضا های ایجاد شده (حفره‌ها ) در جان تیر می‌توان لوله های تاسیساتی و برق را عبور داد .

 

از جمله معایب تیر لانه زنبوری وجود حفره های آن است که می‌تواند تنش‌های برشی را در محل تکیه گاه های پل به ستون یا اتصال تیر آهن به پل لانه زنبوری تحمیل کند .

بنابراین برای رفع این عیب اقدام به پر کردن بعضی از این حفره‌ها با ورق فلزی و جوش می‌کنند تا اتصال فرعی پل به ستون یا تیر فرعی به پل به درستی انجام شود .

تیر لانه زنبوری در ساختمان اسکلت فلزی می‌تواند به صورت پل فقط در یک دهانه یا به صورت پل ممتد به کار رود .

برای ساختن تیر لانه زنبوری دو شیوه موجود است :

الف شیوه برش پانیر

ب شیوه برش لتیسکا

روش‌های برش تیر آهن

۱- برش به روش کوپال 

با استفاده از دستگاه قطع کن سنگین که به برش مخصوص مجهز است تیر آهن به شکل سرد در امتداد خط قطع می‌شود .

۲- برش به روش برنول 

برش در این حالت به روش گرم انجام می‌شود . به این صورت که کارگر ماهر برش را با شعله بنفش رنگ قوی حاصل از گاز استیلن و اکسیژن به وسیله لوله برنول انجام می‌دهد .

بریدن تیرهای سبک به وسیله ماشین‌های برش اکسیژن شابلون دار نسبتاً ساده است. در ایران تیرهای دانه زنبوری را بیشتر با دست تهیه می‌کنند .

روش ساختن تیرهای لانه زنبوری و تقویت آن

روش تهیه تیرهای لانه زنبوری به این صورت است که ابتدا در روی جان تیر آهن نورد شده با استفاده از الگو که به صورت ۵ شش ضلعی از ورق آهن سفید یک میلی‌متری (شابلون) با توجه به استاندارد ساخته شده خط می‌گردد.

سپس تیر آهن را روی یک شاسی افقی با زدن تک خال جوش در نقاط مختلف برای جلوگیری از تاب برداشتن قرار می‌دهند .

آنگاه با استفاده از دستگاه برش (برنول) در امتداد خط اقدام به برش می‌کنند تا پروفیل به دو قسمت بالا و پایین تقسیم شود .

حال اگر قسمت بالا را به اندازه یک دندانه جابجا کنیم و دندانه های قسمت بالا و پایین را به دقت مقابل هم قرار دهیم و از دو طرف کارگر ماهر آن را جوشکاری کنند با استفاده از جوش قوسی نیمه اتوماتیک برای اتصال دو نیمه بریده شده- یک جوش خوب بی عیب سریع و مقرون به صرفه خواهد بود .

تیر ساخته شده در محل تکیه گاه‌ها با توجه به حفره های خالی آن در مقابل تنش‌های برشی ضعیف می‌شود .

برای جبران این نقص با توجه به منحنی نیروی برشی نیز به پر کردن حفره‌ها با ورق‌های تقویتی اقدام می‌کنیم .

لازم به ذکر است که حداقل باید یک حفره با ورق در تکیه گاه به وسیله جوش کامل پر شود .

یک نوع دیگر از پروفیل ‌های لانه زنبوری را برای بریدن قطعات بالا و پایین ورق واسطه اضافه می‌کنند که این ورق واسطه بین دندانه‌ها جوش می‌شود .

در نتیجه تیر حاصل به مراتب قوی‌تر از تیری است که بدون ورق واسطه ساخته می‌شود.

تقویت تیر های لانه زنبوری به کمک رفتار مرکب بتن و فولاد

در تیر های لانه زنبوری علاوه بر تنش‌های خمشی اصلی در محل حلقه‌ها تنش‌های خمشی ثانویه حاصل از برش در مقطع ایجاد می‌گردد که گاهی این تنش از تنش‌های اصلی در تیر بزرگ‌ترند.

این تنش‌ها از کارایی تیر می‌کاهند و برای مقابله با آن‌ها باید حلقه های کناری را با ورق پر کرد.

خصوصاً هنگامی که از این نوع تیرها به صورت یکسره استفاده می‌شود در محل تکیه گاه‌ها که هم نیروی برشی و هم لنگر خمشی زیاد باشد تنش‌های خمشی به شدت افزایش می‌گردد .

نیاز به تقویت تیر در این محل‌ها می‌باشد که از لحاظ اقتصادی قابل توجیه نمی‌باشد .

برای مقابله با ضعف در تیر های لانه زنبوری رفتار مرکب بتن و فولاد توصیه شده است .

به این ترتیب که داخل تیر فلزی در نقاطی که تنش‌های ثانویه قابل ملاحظه می‌باشند از بتن پر می‌شود و کشش حلقه های خالی را به عمل تغییر می‌دهد و این امر سختی و مقاومت تیر را افزایش می‌دهد و از نظر اقتصادی مقرون به صرفه می‌باشد .

همچنین اضافه نمودن ورق هایی به ضخامت ۱-۲ میلی‌متر به بال تیر های لانه زنبوری اثر چشمگیری بر مقاومت خمشی تیر خواهند گذاشت .

در طراحی چنانچه نتایج تجربی این کار را با سایر مقاطع مقایسه نماییم ملاحظه خواهیم کرد که به رغم اشکالاتی که امروزه بر تیر های لانه زنبوری وارد است این گونه طرح‌ها توجیه اقتصادی مثبتی را در بر خواهد داشت .

نکته قابل توجه دیگری که نه تنها در طرح تیر های لانه زنبوری موثر است بلکه در همه جا در خور توجه است فواصل آکس های ستون‌ها جهت تیر ریزی می‌باشد.

در آزمایشی که صورت گرفته است مشاهده گردید که طرح بهینه تیرها به میزان قابل ملاحظه ای وزن تیرها کاهش یافت و پس از اصلاحات مجدد روی نحوه و جهت تیر ریزی سقف از ضخامت پیلت ها کاسته شد .

در بعضی موارد به جای پیلت های جفت در بالا و پایین استفاده از یک لنگر ماکزیمم موجود در تیر را فیکس نموده و در پاره ای از تیرها اصلاً دیگر نیازی به ورق نیست .

شاید بدون محاسبه و تجربه و مقایسه دقیق نتوان این موضوع را پذیرفت که فواصل آکس ستون‌ها چه پیامد های مثبتی بر روی ضخامت ورق‌های تقویتی تیرها خواهد گذاشت.

اما در همین پروژه که مورد آزمایش قرار گرفت و قسمتی از نتایج آن در این مقاله ذکر گردیده است مشاهده گردید که تنها با جابجایی یک ردیف ستون و کم نمودن دهانی بار گیر از حدود ۲۴ تیر ورق خور تنها ۵-۱۰ عدد از آن‌ها نیاز به تقویت داشتند و بقیه با مقاطع یک دست جایگذاری شدند .

البته ضرورتاً باید به این موضوع با اهمیت توجه داشت که در همه موارد امکان جابجایی ستون‌ها و یا کاهش دهانه بار گیر عملی نیست .

به دلیل اینکه گاهی به لحاظ معماری محدودیت هایی وجود دارد که در نهایت این انتقال ممکن است منطقی نباشد .

در نهایت می‌توان گفت در پروژه‌هایی که اهمیت بالایی ندارند و یا اثرات نیروی زلزله در نتیجه ارتفاع آن‌ها چشمگیر نیست و امکان پدیده های له‌شدگی و یا اجرای نامناسب و سایر مشخصاتی که در این مقاله اشاره شد وجود ندارد تیر های لانه زنبوری مقاطع نسبتاً مناسبی هستند.

چنانچه در این پلیت های تقویتی به صورت بهینه استفاده شود طرح اقتصادی‌تر به نظر می‌رسد و نوید سازه های سبک‌تر را به ما خواهد داد .

بررسی تاریخچه ابداع و تولید تیر آهن هاش در صنعت فولاد 

تیرآهن بال پهن IPB یا H شکل یا هاش برای اولین بار در شرکت بثهلم (Bethlehem) تولید گردید و از مهمترین دستاوردهای این واحد تولیدی به شمار می رفت.

چرا که با تولید آن تحول عظیمی در صنعت فولاد ایجاد گردید و به سرعت توانست از بخش های دیگر این صنعت فاصله بگیرد.

در حالی که این کارخانه تولیدی تیرآهن به دنبال ایجاد ابتکار و تحول در صنعت فولاد در اوایل قرن بیستم بود با ابتکار و تولید هاش بال پهن توانست به این هدف خود دست یابد.

تیر I شکل قبل از تیر بال پهن ابداع و تولید شده بود، اما تیر هاش بال پهن به عنوان یک اختراع بسیار مهم محسوب می گردید که حتی در لوگوی این کمپانی نیز مورد استفاده قرار گرفت.

تیر آهن به سه صورت یافت می شود

  • تیرآهن با استاندارد چین و روسیه
  • تیر آهن با استاندارد ایران و اروپا
  • تیر آهن بال پهن

استاندارد های تولید تیر آهن

  • IPE: این تیر آهن بر طبق استاندارد اروپا تولید می‌شود و ضخامت باله‌های آن نیز ثابت است.
  • INP:شکل و ضخامت بال آن ها با فاصله گرفتن از جان تیر آهن کاهش می یابد که این نوع استاندارد متعلق به کارخانه های چین می باشد.
  • IPB:این نوع تیر آهن، طول بال‌های آن افزایش یافته و اندازه بزرگتری دارد که به آن های تیرهای هاش می‌گویند.

انواع تیر آهن

  • تیر آهن های ذوبی
  • تیر آهن های سبک
  • تیر آهن های سبک
  • تیر آهن های هاش
  • تیر آهن های لانه زنبوری

هدف از ساخت تیر آهن های لانه زنبوری و دلیل نام گذاری آن

هدف از ساخت تیر آهن لانه زنبوری این است که تیرها بتوانند فشار زیاد و در عیت حال تعغیر شکل کمتر در وزن پایین تر را تحمل کند. اما دلیل نام گذاری آن به این دلیل است که بعد از انجام عملیات بر روی تیر آهن حفره‌های در درون آن به وجود می اید که باعث افزایش تنش در لوله می‌شود.

روش ساخت تیر اهن لانه زنبوری

برای ساخت تیر آهن لانه زنبوری اول آهن نورد شده را به صورت ذوزنقه خط کشی می‌کنند و برای جلوگیری از تعغیر شک جوش‌های ریز که اصطلاحا به آن خال جوشی می‌گویند می‌زنند

سپس تیر را در یک جای ثابت می‌گذارند تا حرکت نکند و شروع به برش زدن می‌کنند. پس از برش دو طرف تیر را به صورت دقیق در کنار یک دیگر می‌گذارند و به هم متصل می‌کنند

ویژگی های تیر آهن

  • کاهش مصرف آهن
  • افزایش استحکام سازه
  • کاهش سطح مقطع سازه
  • یک نواختی و کاهش خطای انسانی
  • سرعت بخشیدن به پروژه

کاربرد تیرآهن هاش:

همان گونه که گفته شد تیرآهن بال پهن مزیت های بسیاری نسبت به تیرآهن معمولی دارد. بال های پهن این تیرآهن و همچنین وسعت سطح مقطع آن باعث افزایش استحکام در سازه های مختلف می گردد. از مهمترین کاربردهای تیرآهن هاش می توان به استفاده ی آن در ساختمان سازی اشاره نمود. علاوه بر آن برای ساختمان های صنعتی همچون سوله ها، انبارها، کارگاه های ساخت، سازه های دریایی همچون سکوهای نفتی یا گاز، برج ها، پل ها و سدسازی می توان از تیرآهن بال پهن استفاده نمود.

تولیدکنندگان تیرآهن هاش:

کارخانجات بزرگی در تولید تیرآهن مورد نیاز صنایع کشور نقش دارند که از جمله مهم ترین آنها می توان کارخانه ذوب آهن اصفهان، کارخانه فولاد البرز ایرانیان، کارخانه فولاد غرب آسیا، جهان فولاد غرب (کرمانشاه)، یزد و شاهین بناب را نام برد. هاش های وارداتی نظیر هاش چینی، تیرآهن بال پهن روسی و اروپایی نیز در ایران محبوبیت ویژه ای دارند.

ذوب آهن اصفهان:

مجتمع بزرگ ذوب آهن اصفهان اولین و بزرگترین کارخانه تولید کننده فولاد ساختمانی و ریل در ایران و بزرگترین تولید کننده محصولات طویل فولادی در خاورمیانه است که با ظرفیت 3 میلیون و 600 هزار تن فولاد ، انواع مقاطع فولادی ساختمانی و صنعتی را تولید می کند. ذوب آهن اصفهان در سال 1350 به بهره برداری رسید. این کارخانه که در جنوب غربی اصفهان قرار دارد نقش مهمی در شکل گیری دیگر صنایع فولادی ایران ایفا نموده و به همین دلیل لقب مادر صنعت فولاد کشور را به خود اختصاص داده است. در کارخانه ذوب آهن اصفهان تیرآهن بال پهن مطابق با استاندارد ملی ایران شماره 14484 تولید می گردد. علاوه بر این تیرآهن نیم پهن موازی بر طبق استاندارد DIN 1025-5 قسمت دوم، تولید و عرضه می گردد. کارخانه ذوب آهن اصفهان عموما تیرآهن خود را در سایزهای 12 تا 30 تولید می نماید.

کارخانه فولاد البرز ایرانیان (فایکو):

شرکت فولاد البرز ایرانیان که در صنعت فولاد ایران با نام تجاری فایکو شناخته می شود. در زمینه تولید انواع مقاطع فولادی نورد گرم با اشکال، ابعاد و مشخصات متنوع، مشغول به فعالیت می باشد. سالیانه بیش از یک و نیم میلیون تن انواع مقاطع فولادی ساختمانی و صنعتی، این مجتمع را در رده معظم ترین تولید کنندگان مقاطع فولادی گرم در کشور و منطقه قرارداده است. این کارخانه تیرآهن های IPE نیز که صخامت جان و بال ثاب دارند را در سایزهای 14 تا 24 تولید می کند.


معرفي میلگرد

 

میلگرد چیست؟

میلگرد فولادی است که در بتن برای جبران مقاومت کششی پایین آن مورد استفاده قرار می‌گیرد. فولادی که به این منظور در سازه‌های بتن آرمه به کار می‌رود به شکل سیم یا میلگرد می‌باشد و فولاد میلگرد نامیده می‌شود

انواع میلگرد و مشخصات مکانیکی آنها:

بیشترین میلگردی که در صنعت بتن و بتن ریزی کاربرد دارد با مشخصه فولاد معمولی بوده که بشرح ذیل در ایران دسته بندی و تولید و مصرف می شوند. البته این دسته بندی،حسب استاندارد روسی بوده که در ایران رواج دارد.

میلگرد نرم بدون آج (A1)1-

این میلگرد با تنش جاری ۲۳۰۰ کیلوگرم بر سانتی متر مربع و تنش گسیختگی ۳۸۰۰ کیلوگرم بر سانتی متر مربع و تغییر شکل نسبی پلاستیکی (در زمان گسیختگی) ۲۵ درصد بعنوان میلگرد نرم شناخته شده و عمدتا بصورت صاف و بدون آج می باشد. این میلگرد برای آهنگری و تغییر شکل و انجام عملیات جوشکاری بر روی آن مناسب است و بطور کلی بعنوان یک میلگرد داکتیل شناخته می شود.

 

میلگرد نیمه سخت با آج ساده (A2)2-

این نوع میلگرد با تنش جاری ۳۰۰۰ کیلوگرم بر سانتی متر مربع و تنش گسیختگی ۵۰۰۰ کیلوگرم بر سانتی متر مربع و تغییر شکل نسبی پلاستیکی (در زمان گسیختگی) ۱۹ درصد بعنوان میلگرد نیمه خشک (ترد) و نیمه نرم شناخته شده که بصورت آجدار و عمدتا آج فنری شکل می باشد.این میلگرد برای عملیات ساختمانی و خصوصا خاموت زنی مناسب بوده و انجام عملیات جوشکاری بر روی آن در صورت اجبار میسر بوده که البته توصیه می شود در صورت امکان از جوشکاری آن پرهیز شود

میلگرد سخت با آج پیچیده (A3)3-

این میلگرد با تنش جاری ۴۰۰۰ کیلوگرم بر سانتی متر مربع و تنش گسیختگی ۶۰۰۰ کیلوگرم بر سانتی متر مربع و تغییر شکل نسبی پلاستیکی (در زمان گسیختگی) ۱۴ درصد بعنوان میلگرد خشک (ترد) مناسب عملیات سیویل صنعتی و ساختمانی بوده که بصورت آجدار و عمدتا آج جناقی می باشد و اکیدا برای آهنگری و تغییر شکلهای فراوان با زوایای تند مناسب نبوده و همچنین به هیچ وجه عملیات جوشکاری بر روی آن مجاز نمی باشد.

میلگرد سخت با آج پیچیده (A4)4-

دارای آج دوکی شکل می باشند. مطابق استاندارد شماره 3132 سازمان ملی استاندارد ایران میلگرد A4 یا میلگردهای با آج 520 و 500 از نوع آجدار مرکب می باشند. بدین ترتیب که آج های عرضی دوکی شکل در دو طرف آج طولی و به صورت چهار نیم مـارپیچ بـه شـکل هفت – هشت و با زاویه 35درجه تا و شامل 75 درجه می باشد. حداقل مقاومت کششی 520 مگاپاسکال و شکل پذیری حداقل 18% را برای این گرید از محصولات خود تضمین مینماید

 

انواع میلگردها بر اساس استاندارد و آنالیز کنونی

  • میلگرد ساده 240 (میلگرد ساده)((A1
  • میلگرد آج دار 340 (میلگرد آجدار مارپیچ) یا ( یکنواخت) A1
  • میلگرد آج دار 350 (میلگرد آجدار مارپیچ) یا ( یکنواخت)A2
  • میلگرد آج دار 400 (میلگرد آجدار جناقی) یا (یکنواخت)A2
  • میلگرد آج دار 420 (میلگرد آجدار جناقی ) یا ( یکنواخت)A3
  • میلگرد آج دار 500 (میلگرد آجدار مرکب)A4

 

 انواع میلگرد طبق استاندارد :

 

 

 

علامت استاندارد
ملی 3132 ایران

حداقل مجاز
مقاومت کششی
(
N/mm^2)

حداقل مجاز
مقاومت تسلیم
(
N/mm^2)

شکل ظاهری

رده سختی

A1 (S240)

س 240

360

240

ساده

نرم

A2 (S340)

آج 340

500

340

آجدار مارپیچ

نیمه سخت

A3 (S400)

آج 400

600

400

آجدار جناقی

سخت

A4 (S500)

آج 500

650

500

آجدار مرکب

سخت

 

 

 

 میلگرد A1

این دسته میلگردها به نوع ساده معروف بوده و هیچ گونه آج یا برآمدگی بر روی آن ها وجود ندارد. از نظر سختی در رده میلگردهای نرم قرار داشته و دارای تنش جاری 2300 کیلوگرم بر سانتی متر مربع و تنش گسیختگی 3800 کیلوگرم بر سانتی متر مربع می باشند. میلگردهای A1 برای انجام عملیات جوشکاری و آهنگری بسیار مناسب است.

میلگرد A2

آرماتور A2 در دسته میلگردهای آجدار قرار داشته و جزو محصولات نیمه سخت می باشد و دارای مقاومتی بالاتر از آرماتور ساده هستند. تنش جاری این محصول 3000 کیلوگرم بر سانتی متر مربع بوده و دارای تنش گسیختگی 5000 کیلوگرم بر سانتی متر مربع می باشد. میلگرد A2 دارای تغییر شکل پلاستیکی 19 درصد بوده و جوشکاری بر روی آن در صورت اجبار امکان پذیر است.

میلگرد A3

این دسته میلگردها دارای آج مارپیچ بوده و در رده محصولات نیمه سخت قرار می گیرد. تنش جاری آرماتور A3 4000 کیلوگرم بر سانتی متر مربع و دارای تنش گسیختگی 6000 کیلوگرم بر سانتی متر مربع می باشد. لازم به ذکر است که عملیات جوشکاری بر روی این دسته میلگردها مجاز نمی باشد.

میلگرد A4

میلگردهای A4 در رده محصولات سخت قرار داشته و دارای آج مرکب نسبت به محور طولی می باشند. استفاده از این محصول که اخیرا رواج زیادی یافته سبب کاهش وزن سازه می گردد.

تفاوت میلگردهای A2 و A3

گاهی در هنگام خرید ممکن است نیاز به دانستن تفاوت میان نوع A2 و A3 داشته باشید چرا که این دو محصول به وفور در بازار وجود داشته و دارای شکل ظاهری تقریبا مشابهی می باشند. لازم به ذکر است که شکل آج در میلگردهای A2 به صورت منفرد و موازی بوده ولی در میلگردهای A3 به صورت ضربدری می باشد. همچنین میلگردهای A3 تردتر و شکننده تر می باشند ولی نوع A2 انعطاف پذیری بیشتری دارند.

 

بررسی فنی

خواص مکانیکی میلگرد :

 

ترکیبات شیمیایی میلگردهای تولیدی:

مشخصات ابعادی و وزن میلگرد:

وزن

مشخصات عمومی


گالوانیزه TOC

'گالوانیزه TOC

گالوانیزه TOC

گالوانیزه TOC

گالوانیزه TOC

گالوانیزه TOC