تیرآهن لانه زنبوری چیست؟ مزایا، معایب و کاربردها
یکی از راهکارهای مهندسی برای بهینهسازی وزن و مقاومت سازه در صنعت ساختمانسازی، استفاده از تیرآهن لانه زنبوری است. این مقاطع فولادی با هدف افزایش ممان اینرسی و توان تحمل لنگر خمشی طراحی میشوند؛ به این صورت که با ایجاد برشهای هندسی در جان تیر و اتصال مجدد آنها، ارتفاع تیر افزایش یافته و درنتیجه، سختی خمشی مقطع بدون افزودن وزن اضافی، ارتقا مییابد. علت نامگذاری این محصول، شباهت ظاهری حفرههای ایجاد شده در طول جان تیر به ساختار لانه زنبور است. در ادامه این مقاله، به بررسی دقیق روش تولید، مزایا و معایب این تیرآهن میپردازیم.
تیرآهن لانه زنبوری چیست؟
انواع تیرآهن در چهار دسته معمولی، هاش، اروپایی و لانه زنبوری ردهبندی میشوند. تیرآهن محصولی فولادی است که از طریق فرآیند نورد گرم حاصل میشود. شخصی به نام هورتن از شیکاگو برای اولین بار در سال ۱۹۱۰ ایده طراحی نوع لانه زنبوری را ارائه داد. قسمت میانی این تیرآهن را جان و دو لبهی موازی را بال مینامند. تیرآهن لانه زنبوری علاوهبر مقطع عرضی مشخص، با حفرههای توخالی در قسمت جان شناخته میشود. همین ویژگی باعث شده است تا از سایر تیرآهنها وزن پایینتری داشته باشد؛ بههمیندلیل، قیمت تیرآهن لانه زنبوری در مقیاس شاخهای معمولاً برای سازندگان بهصرفهتر تمام میشود، درحالیکه همچنان از ویژگیهایی ازجمله استحکام، پایداری، مقاومت خمشی و انعطافپذیری فوقالعادهای برخوردار است. اگر در پروژههای ساخت و ساز و عمرانی محدودیتی برای استفاده از تیرآهن با حفره خالی وجود نداشته باشد، میتوان از این نوع تیرآهن استفاده کرد. همانطور که در قسمت بالا اشاره کردیم این نوع از عملیات برش و دوباره جوش دادن شکل میگیرند. به عبارتی جان به شکل ذوزنقه برش داده میشود و مانند شکل زیر به یکدیگر جوش میدهند.
روشهای برش تیرآهن لانه زنبوری
این محصول فولادی به دو شیوه پانیر و لتیسکا برش داده میشود. بهطورکلی، بخود شیوه پانیر نیز به دو روش سرد و گرم انجام میشود که با نام های برش کوپال و برنول شناخته میشوند. در این قسمت هر یک از آنها را بهطور مختصر توضیح خواهیم داد.
- روش کوپال: در این روش تیرآهن را در امتداد خط منکسر با نورد سرد به کمک دستگاه قطع کن سنگین برش میدهند.
- روش برنول: در این روش از نورد گرم استفاده میکنند و عملیات برش با کمک لوله برنول با شعله بنفش رنگ که از گاز استیلن و اکسیژن حاصل میشود، انجام میگیرد.
شیوه تولید تیرآهن زنبوری در ایران
پس از نورد، روی قسمت میانی، الگویی ششضلعی از ورق آهن سفید یک میلیمتری قرار میدهند و خطکشی میکنند. قبل از برش، محصول فولادی مد نظر را روی یک شاسی افقی قرار میدهند تا مانع از تاب برداشتن آن شوند. سپس با کمک دستگاه برش لانه زنبوری تیرآهن آن را برش میزنند. تا آن را به دو قسمت بالا و پایین تقسیم کنند. قسمت بالا را به اندازه یک دندانه جابه جا میکنند و دندانههای بالا و پایین آن را به دقت روبهروی هم قرار میدهند. سپس عملیات جوشکاری صورت میپذیرد.
مزایا و معایب استفاده از تیرآهن لانه زنبوری
استفاده از محصولات فولادی در بخشهای مختلف ساختمانها مزایا و معایبی را به همراه دارد و تیرآهن لانه زنبوری نیز از این قاعده مستثنی نیست. در ادامه مزایا و معایب این مقطع را مورد بحث و بررسی قرار میدهیم:
مزایای تیرآهن لانه زنبوری
تیرآهن لانه زنبوری بهدلیل ساختار خاص خود، ویژگیهایی دارد که میتواند در بهینهسازی عملکرد سازه و کاهش هزینهها مؤثر باشد. مزایای این مقطع عبارتند از:
- مقاومت خمشی و ارتفاع این نوع تیرآهن بیشتر است.
- در تیرآهن لانه زنبوری مدول مقطع و ممان اینرسی مقطع افزایش یافته است.
- این نوع تیرآهن باعث انتقال وزن (بار) به دیگر عناصر سازه میشود، همچنین نسبت به دیگر مقاطع بهتر نورد شده است.
- فضاهای تو خالی موجود در جان تیرآهن موردتوجه تاسیسات ساختمانی قرار گرفته است زیرا در صورت استفاده از این نوع تیرآهن میتوانند از این فضاها بهمنظور عبور لولههای تاسیسات و کابل برق استفاده کنند.
- جان تیرآهن، برعکس تیرآهن هاش و انواع آن فضاهای تو خالی دارند که باعث شده وزن تیرآهن کاهش یابد و سبب ایمنتر شدن سازهها شود.
- مهمترین مزیت تیرآهن لانه زنبوری مقطع غیرفشرده آن است. ارتفاع این مقطع افزایش یافته و در نتیجه، سختی و مقاومت خمشی آن نیز بهبود مییابد.
معایب تیر لانه زنبوری
وجود حفرهها در جان این تیرآهن معایبی دارد که ازجمله آنها میتوان به کاهش مقاومت برشی در محل اتصال پل به ستونها اشاره کرد. بههمیندلیل، گاهی از ورقهای فلزی بهمنظور پوشاندن این حفرهها استفاده میکنند. معایب این محصول عبارتند از:
- به منظور یکپارچهسازی تیرآهن، جوشکاری سرتاسری باید صورت گیرد.
- خواص فولاد و مقاومت آن در اثر جوشکاری تغییر میکند.
- ضریب اطمینان و ایمنی این نوع تیرآهن نسبت به دیگر مقاطع کمتر است. اما بهدلیل مزایای بسیار آن، هنوز در ساختمانها مورد استفاده قرار میگیرد.
- در تولید این تیرآهن باید استانداردهایی که باعث افزایش ارتفاع میشود، رعایت شود (در صورت عدم رعایت استانداردها تیر زیر بار حتما خراب میشود).
باتوجهبه محدودیتهای مطرحشده، شناخت دقیق شرایطی که استفاده از این نوع تیرآهن توصیه نمیشود، اهمیت زیادی دارد. درهمینراستا، بررسی موارد ممنوعیت استفاده از تیرآهن لانه زنبوری میتواند دید کاملتری برای انتخاب صحیح این مقطع در اختیار مهندسان و مجریان قرار دهد.
