آیا می‌دانید تیرآهن چقدر مقاومت دارد و تحمل بار آن وابسته به چه عواملی است؟ تیرآهن یکی از پرکاربردترین و اصلیترین مصالح در پروژه‌های ساختمانی مختلف بوده که میزان کیفیت و مقاومت آن تأثیر مستقیم بر مقاومت کلی و تحمل بار سازه مذکور دارد. عموماً تیرآهنها در ساخت پل‌ها و ستون در سازه‌های فلزی گوناگون مورد استفاده قرار گرفته و چنانچه از استانداردهای لازم برخوردار نبوده و مقاومت کافی از خود نشان ندهند، احتمال بروز حوادث ناگوار افزایش پیدا خواهد کرد.
تیرآهن به عنوان یکی از اجزای مهم تشکیل‌دهنده سازه‌های بزرگ هم‌چون ساختمان‌های اداری، مسکونی، ورزشگاه‌ها، برج‌ها و… در برابر نیروهای مختلف استاتیکی و دینامیکی (ثابت و متغیر) درصد مقاومت‌های مختلفی از خود نشان داده که این درصد وابسته به فاکتورهای گوناگون متغیر است. در ادامه این راهنما ضمن آشنایی با انواع تیرآهن به عوامل موثر بر میزان مقاومت هر یک از آنها نیز خواهیم پرداخت. با ما همراه باشید.
برای دریافت قیمت تیر آهن و مشاوره رایگان، و همچنین قیمت هاش، قیمت ریل با کارشناسان ما تماس بگیرید.
فهرست
مقاومت تیرآهن و تحمل بار آن به چه عواملی بستگی دارد؟
میزان مقاومت تیرآهن به گونه‌ای بوده که بارها و فشارهای وارده به سازه را به ستونها و دیوارها منتقل کرده تا این بارها در نهایت به زمین منتقل شوند. برای این که بدانیم تیرآهن چقدر مقاومت دارد و میزان تحمل بار توسط آن را بسنجیم، لازم است که نوع استاندارد و کیفیت ساخت تیرآهن را مورد بررسی قرار دهیم. البته در کنار دو فاکتور مذکور، وزن تیرآهنها نیز در میزان مقاومتی که از خود نشان می‌دهند، موثر است.
مقاومتی که تیرآهن در برابر نیروهای وارده از خود نشان می‌دهد بر اساس میزان تحمل بارهای وارده به صورت کششی و فشاری تعیین شده که خودِ این موضوع وابسته به فاکتورهای مختلفی خواهد بود. استانداردها از جمله اصلیترین فاکتورها در تعیین خواص و ویژگی‌های یک ماده به حساب می‌آیند. در حقیقت، به واسطه استانداردهای ساخت هر ماده میتوان میزان تحمل و استحکام هر قطعه مهندسی هم‌چون تیرآهن را محاسبه کرد. از جمله رایج‌ترین استانداردهای ساخت تیرآهنها میتوان به موارد زیر اشاره داشت:
تیرآهن IPE
تیرآهن IPE (I Profile Eroeenne) نوعی تیرآهن نیم پهن بوده که مطابق استانداردهای اروپا طراحی و تولید میشود. تیرآهن‌های تولید شده بر اساس این استاندارد از جمله معروف‌ترین محصولات در بازار فروش فولاد هستند که در دسته محصولات معمولی قرار می‌گیرند. لازم به ذکر است که شکل ظاهری تیرآهن‌های مذکور مشابه با حرف انگلیسی I است.
تیرآهن INP
نوع بعدی تیرآهنها، تیرآهن INP بوده که از جمله پرکاربردترین مصالح فولادی در صنعت است و از آن به منظور افزایش مقاومت و استحکام سازه در اسکلت انواع مختلف سازه‌های صنعتی، مسکونی، پل‌ها و… بهرهگیری میشود. شکل ظاهری این تیرآهن نیز مشابه با حرف انگلیسی I بوده و در صنایع مختلفی نظیر ساختمان‌سازی، پل‌سازی، برج‌سازی، اسکله‌سازی و… مورد استفاده قرار میگیرد. از جمله ویژگی‌های تیرآهن‌های مذکور میتوان به استحکام و مقاومت بالا، کاربرد فراوان در ارتفاعات زیاد، نصب و اجرای آسان، اشغال فضای کمتر در مقایسه با سایر مصالح بتنی، امکان توسعه مجدد آن پس از اتمام پروژه و… اشاره کرد.
تیرآهن IPB
نوع دیگری از تیرآهنها وجود دارد که مطابق استاندارد IPB تولید شده و شکل ظاهری آنها مشابه با حرف انگلیسی H است. این تیرآهنها نسبت به تیرآهن‌های IPE دارای بالهای پهن‌تری هستند و ارتفاع آنها مابین 100 الی 1000 میلی‌متر در نظر گرفته میشود؛ به همین خاطر برای ستونها بیشتر مورد استفاده قرار می‌گیرند. لازم به ذکر است که تیرآهن‌های مذکور در سه نوع هاش سبک، هاش متوسط و هاش سنگین با فولادهای St52، St44 و St37 طراحی، تولید و عرضه میشوند.
تیرآهن لانه زنبوری یا CNB
نمونه دیگری از تیرآهنها در بازار موجود بوده که تحت عنوان تیرآهن لانه زنبوری یا تیرآهن شبکه شناخته میشوند. محصولات مذکور دارای حفره‌های توخالی مشابه با لانه زنبور بوده و به همین خاطر تحت عنوان لانه زنبوری شهرت دارند. عمده‌ترین کاربرد تیرآهن‌های لانه زنبوری به عنوان ستون در سازه‌ها و عناصر سقفی است. از جمله ویژگی‌های این محصولات میتوان به افزایش مقاومت خمشی تیر، تحمل بار زیاد، قیمت مقرون به صرفه، وزن سبک و امکان استفاده از آن در صنایع مختلفی هم‌چون حمل و نقل، عمران و پل‌سازی اشاره کرد.
در بین انواع استانداردهای تعریف شده برای ساخت تیرآهنها، تیرآهن IPB به علت برخورداری از وزن، بال و جان بیشتر در مقایسه با سایر محصولات، در برابر نیروهای وارده مقاومت و تحمل بار بیشتری از خود نشان می‌دهد. از طرف دیگر، تیرآهن‌های لانه زنبوری به علت داشتن حفره‌های دایره‌ای و شش ضلعی در قسمت جان، وزن سبک‌تری داشته و برای انجام پروژه‌هایی که به نسبت استحکام به وزن بالاتری نیاز دارند، گزینه مناسب‌تری محسوب میشوند؛ بنابراین، استاندارد ساخت و وزن تیرآهن دو مورد از اصلیترین فاکتورهای موثر بر میزان مقاومت و تحمل بار تیرآهنها هستند.
اما تنها این دو عامل بر میزان تحمل بار تیرآهن تأثیرگذار است؟ مقاومت تیرآهن چقدر است؟ در پاسخ به سوالات مذکور باید گفت که میزان عناصر آلیاژی به کار رفته در فرآیند تولید تیرآهن نیز بر میزان مقاومتی که از خود نشان می‌دهد، بسیار موثر است. در حقیقت، هر اندازه کیفیت ساخت تیرآهن و آلیاژ مصرفی در ساختار آن بهتر، یا میزان عنصر کربن در ترکیب شیمیایی آن بیشتر باشد، به همان نسبت مقاومت تیرآهن و تحمل بار آن در مقایسه با تیرآهن‌های غیراستاندارد بیشتر خواهد بود.
تأثیر نوع به‌کارگیری تیرآهن بر مقاومت و تحمل بار آن
همان‌طور که گفته شد برای این که بدانیم تیرآهن چقدر مقاومت دارد لازم بوده که وزن، ترکیب شیمیایی به کار رفته در ساختار و استاندارد تولید محصول را بشناسیم؛ اما ضمن موارد مذکور فاکتور دیگری نیز وجود داشته که بر مقاومت آن موثر است. مصالح مذکور بسته به این که در سازه‌های مختلف چه نقشی را ایفا می‌کنند، به اشکال متفاوت مورد استفاده قرار می‌گیرند؛ به همین خاطر نوع به‌کارگیری تیرآهن یکی دیگر از فاکتورهای موثر بر مقاومت و تحمل بار این مصالح به حساب می‌آید. در ادامه با شکل‌های مختلفی که میتوان از تیرآهن در سازه‌ها استفاده کرد، آشنا خواهیم شد:
- شاه تیر
اگر از تیرآهن به عنوان تیرآهن اصلی یا اصطلاحاً شاه تیر استفاده میشود، می‌بایست از بیش‌ترین میزان مقاومت و حد تحمل بار برخوردار باشد؛ زیرا شاه تیر بارهای اصلی وارده بر سازه را تحمل کرده و با تکیه بر استحکام خود این بارها را به تیرچهها و تیرهای فرعی هدایت میکند. لازم به ذکر است که شاه تیر در ستونها و یا سقف‌ها اجرا و نصب میشود.
- تیرچه
تیرآهن‌هایی که به غیر از شاه تیر در سازه مورد استفاده قرار می‌گیرند، تحت عنوان تیرچه یا تیرآهن‌های فرعی شناخته میشوند. این نوع از تیرآهنها به تعداد بالا در فاصله بین شاه تیر و دیوار نصب شده و بارهای اصلی وارده بر شاه تیر را به دیوارها انتقال می‌دهند؛ بنابراین اگر برایتان سوال است که این نوع تیرآهن چقدر مقاومت دارد باید بگوییم که میزان مقاومت مورد نیاز برای تیرچهها یک پله پایین‌تر از شاه تیر است.
- تیر نعل درگاهی
نوع دیگر به‌کارگیری تیرآهنها در سازه به عنوان تیر نعل درگاهی بوده که وظیفه تحمل بار در قسمت‌های متحرک ساختمان هم‌چون درب و پنجره را بر عهده دارد. این نوع تیرآهن از وارد شدن بارها به دیوارهای متصل به آنها و تخریب دیوارهای اطراف آن جلوگیری به عمل می‌آورد.
- تیرهای لبه‌ای یا کناری
نوع دیگری از نحوه به‌کارگیری تیرآهنها به صورت تیرهای لبه‌ای یا کناری است. وظیفه تیرآهن‌های مذکور تحمل در برابر بارهای اضافی وارده در بخش کلاف‌بندی و در کنار ساختمان بوده و به نوعی نقش حفاظت‌کننده از تیرآهن‌های سقف و دیوار را ایفا می‌کنند.
در حالت کلی برای دانستن این که تیرآهن چقدر مقاومت دارد باید ضمن وزن، ترکیبات شیمیایی و استانداردهای تیرآهن و نوع به‌کارگیری آن در ساختمان و این که قرار است در کدام بخش و به چه صورتی استفاده شود نیز مورد توجه قرار گیرند. افزون بر کلیه مواردی که تا به این بخش از مقاله ذکر شد، تیرآهنها را میتوان بر اساس سایز آنها که بین ۱۲ الی ۱۸ بوده تقسیمبندی کرد. هر یک از سایزهای تیرآهن از میزان مقاومت و مشخصات منحصربه‌فردی برخوردار هستند. به عنوان مثال تیرآهن سایز ۱۲ با ضخامت یکسان در بخش بال مطابق استاندارد IPE با وزن ۱۲۵ کیلوگرم تولید شده و عموماً در بخش‌های ظریف سازه‌های مختلف به دلیل وزن سبکی که دارد، مورد استفاده قرار میگیرد.
همان‌طور که گفته شد، برای استفاده از تیرآهن در قسمت‌های مختلف سازه بایستی بدانید که تیرآهن چقدر مقاومت دارد و سپس اقدام به خرید، اجرا و نصب کنید. از آن‌جایی که تیرآهن‌های سایز ۱۲ جزو سبک‌ترین نوع تیرآهنها به حساب می‌آیند، نمی‌توان از آنها در سازه‌های بزرگ استفاده کرد.
مقاومت تیرآهن 14 و مشخصات آن
تیرآهن سایز ۱۴ از جمله پرمصرف‌ترین نوع تیرآهنها در صنعت بوده که در شاخه‌های ۶ و ۱۲ متری طراحی و ساخته میشود. این نوع از تیرآهنها در مقایسه با تیرآهن‌های سایز ۱۲ وزن سنگین‌تری داشته و به همین خاطر تحمل بار بالاتری از خود نشان می‌دهند. ناگفته نماند که تیرآهن‌های ۱۴ در وزن‌های ۱۲۰، ۱۳۰ و ۱۴۰ قابل سفارش بوده و در دسته‌های تیرآهن ۱۴ سبک، تیرآهن ۱۴ متوسط و تیرآهن ۱۴ سنگین تولید میشوند. مقاومت تیرآهن سایز ۱۴ در مقایسه با تیرآهن ۱۲ بالاتر بوده و به همین خاطر علاوه بر کاربرد در پوشش سقف و تیرهای فرعی به عنوان ستون اصلی سازه‌های تقریباً بزرگ مورد استفاده قرار میگیرد.
مقاومت تیرآهن 16 و مشخصات آن
همان‌گونه که اشاره شد وزن، جزو اصلیترین فاکتورهای تأثیرگذار بر این است که تیرآهن چقدر مقاومت دارد. تیرآهن ۱۶ در مقایسه با دو نمونه تیرآهن قبلی وزن بیشتری دارد؛ چرا که طول جان در آن بالاتر است. از این رو، تحمل بار در تیرآهن‌های ۱۶ بیشتر از تیرآهن ۱۴ و ۱۲ بوده و گزینه بسیار خوبی برای استفاده به عنوان ستون اصلی در سازه متوسط و بزرگ محسوب میشود. قابل ذکر است که این نوع تیرآهن در شاخه ۱۲ متری با وزن حدود ۱۹۰ کیلوگرم در دسته تیرآهن‌های سنگین قابل سفارش هستند.
مقاومت تیرآهن 18 و مشخصات آن
نوع دیگری از تیرآهنها، تیرآهن ۱۸ بوده که نسبت به موارد قبلی تحمل بار و مقاومت بسیار بیشتری دارد. وزن تیرآهن‌های ۱۸ در مقایسه با موارد قبلی بیشتر است و به همین خاطر مقاومت بسیار خوبی از خود در برابر نیروهای وارده نشان می‌دهد. تیرآهن ۱۸ در شاخه ۱۲ متری با وزن حدوداً ۲۲۵ کیلوگرم قابل طراحی است. از آن‌جایی که تحمل بار در این نوع از تیرآهنها بسیار بالاست، میتوان از آنها در تیرها و ستون‌های اصلی سازه برای تحمل بارهای اصلی وارده و جلوگیری از آسیب‌رسی به سازه استفاده کرد.
سخن پایانی
به منظور محاسبه و شناسایی این که تیرآهن چقدر مقاومت دارد لازم است فاکتورهای مختلفی نظیر اندازه، ابعاد، سطح مقطع، استاندارد استفاده شده برای تولید تیرآهن و همچنین جنس آلیاژ مصرفی در ساختار محصول را مورد بررسی قرار داد. از این رو، میزان مقاومت تیرآهن‌هایی که در کارخانه‌های مختلف و یا کشورهای گوناگون طراحی و تولید میشوند، با یکدیگر در تضاد خواهد بود. به طور کلی، هر تیرآهن متشکل از دو بخش بال و جان بوده و هر اندازه میزان ضخامت و طول جان و بار آن بیشتر باشد، مقاومت تیرآهن در برابر نیروهای وارده بر سازه بیشتر خواهد بود.
از طرف دیگر، هر اندازه کربن در فولادی که به عنوان ماده اولیه مصرفی در فرآیند تولید تیرآهن استفاده شده نیز بیشتر باشد، میزان سختی تیرآهن بالاتر رفته و به همان نسبت مقاومت آن افزایش پیدا خواهد کرد. چنانچه قصد استفاده از تیرآهن به منظور کنترل یک بار متمرکز در سازه را دارید، می‌بایست دقت و حساسیت بیشتری در انتخاب نوع تیرآهن و این که تیرآهن چقدر مقاومت دارد، داشته باشید. در آخر باید اضافه کرد که هر اندازه میزان مقاومت تیرآهن بیشتر باشد، قیمت تمام شده محصول نیز بالاتر تعریف خواهد شد. جهت خرید و استعلام قیمت آهن می‌توانید به سایت مهر استیل مراجعه فرمایید.
سوالات متداول
تیرآهن چیست؟
تیرآهن پروفیلی بوده که اصلیترین وظیفه آن تحمل تنشهای حاصل از نیروی برشی و لنگر خمشی در سازه است و عمدتاً در صنعت ساخت و ساز مورد استفاده قرار میگیرد. در فرآیند تولید محصول مذکور از نورد گرم استفاده شده و در اشکال I و H طراحی و تولید میشود.
مزایای شناخت میزان مقاومت تیرآهن چیست؟
توجه به این که تیرآهن چقدر مقاومت دارد امکان بهرهگیری از مزیتهایی نظیر توسعه سازه پس از اتمام کار، اتصال چندین قطعه به یکدیگر، اجرا و نصب با اطمینان خاطر بیشتر، نصب در ارتفاع بالا و جلوگیری از اعمال فشار و نیرو به بدنه سازه فراهم خواهد شد.
نحوه تشخیص تیرآهنها به چه صورت است؟
تیرآهنها با توجه به شکل ظاهری و مقاومت کششی در دو نوع I و H طراحی میشوند. محصولات مذکور در گذشته تنها به شکل I ساخته میشدند؛ به این معنا که طول بالهای آنها از طول جان کمتر بود؛ اما از قرن بیستم به بعد طراحی تیرآهنها دستخوش تغییرات شد و با طراحی به شکل H از طول و جان یکسانی برخوردار شدند.
تفاوت تیر و تیرچه در چیست؟
تیرها را میتوان بر اساس نوع بار و کاربرد تقسیمبندی کرد. در حالت کلی، شاه تیر (girder) به صورت افقی نصب شده و بارهای وارده از جانب تیرچهها را به ستون منتقل خواهد کرد. در مقابل، تیرچه (beam) در مقایسه با مدل اصلی سبکتر و کوچکتر بوده، به شاه تیر متصل شده و بار وارده را به آن منتقل میکند؛ به این معنا که با ستونها ارتباط مستقیمی ندارد.
