تیرآهن چیست؛ آشنایی با انواع تیرآهن ساختمانی

در ساخت سازه‌های مقاوم، بدون شک یکی ازمهم‌ترین مراحل پروژه انتخاب تیرآهن مناسب است. این مقاطع براساس ابعاد و شکل در مدل‌های مختلفی مانند IPE, IPB, INP و هاش تولید می‌شوند که هر کدام ویژگی های خاص خود را دارند و مناسب بخش خاصی از سازه هستند. این محصول فولادی که کاربرد زیادی در ساختمان‌ها دارد بر اساس نسبت بال و عرض‌ها در گروه‌های متنوعی قرار می‌گیرد، در این مطلب قصد داریم ابتدا به معرفی مختصری از این محصول پرداخته سپس انواع آن را بررسی کنیم.

تیرآهن به عنوان یک سازه فلزی پرکاربرد در صنعت ساختمان در انواع مختلف بسته به وظایف و نقشی که دارد استفاده می‌شود و انواع آن شامل IPE ‌،INP ،IPB و لانه زنبوری است.

تیرآهن چیست؟

یکی از اصلی‌ترین مقاطع فولادی در ساختمان‌سازی، تیرآهن است که وظیفه آن تحمل نیروهای خمشی و برشی در سازه می‌باشد. این عضو از دو بخش جان (قسمت عمودی) و بال‌ها (قسمت‌های افقی) تشکیل شده است که هرکدام نقش مهمی در افزایش استحکام دارند. تیرآهن‌ها در مدل‌های مختلف تولید می‌شوند؛ ازجمله I شکل که بیشتر در سازه‌های معمولی به کار می‌رود و H شکل که به دلیل بال‌های پهن‌تر و مقاومت بالاتر، مناسب پروژه‌های سنگین‌تر و اسکلت‌های مرتفع است. استفاده از این مقاطع، علاوه بر تقویت سازه، ایمنی و پایداری آن را نیز افزایش می‌دهد.

اجزای تیرآهن

تیرآهن یکی از مقاطع فولادی مهم در ساخت سازه‌هاست که از اجزای مختلفی تشکیل می‌شود. این اجزا به‌طور مشترک برای تحمل نیروهای مختلف و افزایش استحکام سازه عمل می‌کنند. در ادامه به بررسی آن‌ها می‌پردازیم: 

• بال: بخش عمودی و اصلی تیرآهن است که در مقابل نیروهای برشی مقاومت می‌کند.
• جان: دو قسمت افقی هستند که در دو طرف جان قرار می‌گیرند و در برابر گشتاورهای خمشی مقاومت می‌کنند.

انواع تیرآهن ساختمانی

تیرآهن با توجه به استاندارد تولید، سایز، علامت اختصاصی و میزان تحمل بار در انواع مختلفی تولید می‌شوند که هر کدام کاربردهای خاص خود را دارند. با شناخت ویژگی‌ها و تفاوت هر یک از آن‌ها می‌توانید بهترین انتخاب را برای پروژه‌های ساختمانی خود داشته باشید در ادامه مهم‌ترین انواع این قطعات فولادی و مشخصات آن‌ها پرداخته شده است. 

معرفی کامل انواع تیرآهن براساس ویژگی‌ها

همانطور که در بخش‌های بالا اشاره کردیم تیرآهن یکی از مقاطع فولادی که در ساختمان‌سازی مورد استفاده قرار می‌گیرد، که به دلیل خصوصیات فوق‌العاده‌ایی همچون  قدرت بالا، انعطاف‌پذیری، و مقاومت در برابر فشار و کشش، در صنعت ساخت و ساز استفاده می‌شود. در ادامه به بررسی انواع مختلف تیرآهن با توجه به ویژگی‌های هرکدام می‌پردازیم: 

• تیرآهن بال پهن

بیشتر در پروژه‌های ساختمانی، ساخت پل و تونل‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد و در برابر خم شدن بسیار مقاوم‌اند. طراحی این محصول به شکل I است که بال‌های پهن‌تری به نسبت دیگر مدل‌های این محصول دارد.

• تیرآهن T شکل

از این محصول اغلب برای قاب‌بندی استفاده می‌شود و قابلیت تحمل وزن‌های سنگین را هم دارد. سه راهی بال این محصول در برابر فشار بسیار مقاوم است و همچنین در قیمت جان آن دارای جدایی برجسته‌تری است و برای فشارهایی مثل خم شدگی مناسب طراحی شده است.

• تیرآهن IPE

این محصول دارای بال‌های افقی و یک قسمت عمودی است که به آن تار می‌گویند و تار وظیفه اتصال تیرآهن به بال‌ها را دارد. همچنین این بال‌ها از خم شدن محصول جلوگیری می‌کنند و تار هم در برابر فشارهای سخت مقاومت زیادی دارد.

• تیرآهن گالوانیزه

این محصول به دلیل مقاومت بالایی که دارد، گزینه مناسبی برای پروژه‌های ساخت‌وساز است و در دسته انواع تیرآهن قرار می‌گیرد. واژه گالوانیزه به معنای پوشش یک لایه‌ای است که روی تیرآهن قرار می‌گیرد و از خراشیدگی و خوردگی فولاد جلوگیری کرده و برای مناطق مرطوب قابل استفاده می‌کند.

• تیرآهن مسطح

این تیرآهن‌ها فشار دیوارها را به خوبی پخش می‌کنند و مانع از تمرکز آن‌ها بر یکی نقطه می‌شوند. به همین جهت است که از آن در پروژه‌های سنگین استفاده بیشتری می‌شود.

• تیرآهن ساختمانی

این محصول از جنس آهن است و به صورت مستطیل و استوانه‌ای تولید می‌شوند و در سازه‌های بتنی مورد استفاده قرار می‌گیرند. همچنین مقاومت بالایی آن باعث استحکام سازه می‌شود.

• تیرآهن زاویه‌ای

از این تیرآهن‌ها که نام دیگر آن نبشی است بیشتر در سازه‌های موقت به عنوان ستون قاب به کار رفته است. از انواع دیگر تیرآهن زاویه‌ای می‌توان به دو مدل بال مساوی و بال نامساوی اشاره کرد.

انواع تیرآهن‌ بر اساس استاندارد تولید

اساسا تیرآهن‌ها دارای استانداردهای متفاوتی هستند که هر کدام را از دیگری متمایزتر می‌کند و به همین منظور تنوع تولید در این محصولات به شدت بالا است.

• تیرآهن IPE

ویژگی بزرگ این تیرآهن ضخامت بال‌های یکسان در قسمت بالا و پایین آن است. استاندارد این محصول این است که در اروپا و حتی ایران مورد استفاده قرار می‌گیرد و به طور کلی از استانداردهای اروپایی برخوردار است. این تیرآهن را از آلمان و کره و غیره وارد می‌کنند و به عنوان چینی و روسی شناخته می‌شود.

• تیرآهن INP

در این تیرآهن بال‌های آن در ابتدا باریک و به تدریج ضخیم می‌شود. همچنین دارای یک شیب ملایم در ناحیه ضخیم بال‌ها است. سایز این محصول 60 تا 800 میلی متر و دارای لبه‌های گرد است.

• تیرآهن IPB

تیرآهن IPB یا هاش که به شکل حرف H تولید می‌شوند. این محصول طوری طراحی شده است که طول بال‌های آن از جان آن بیشتر باشد. بر روی بدنه این تیرآهن دو علامت، V که به معنای تیرآهن سنگین و L  که به معنای تیرآهن سبک است، ارتفاع این محصول در حدود 100 تا 1000 میلی‌متر است و در دسته انواع تیرآهن‌ پرکاربرد قرار می‌گیرد.

• تیرآهن CPE

نام دیگر این تیرآهن لانه زنبوری است. این محصول از وزن پایینی برخوردار است که این می‌تواند در حمل و جا به جایی آن کمک کند. همچنین این محصول از قابلیت خم شدگی کمتری در مقایسه با انواع دیگر خود برخوردار است.

• تیرآهن بلژیکی

طول این محصول بین 6 تا 20 متر است و از ترکیب فولادهایی نظیر: ST52، ST44، ST33 و ST37 درست شده است. تیرآهن های بلژیکی حداقل دمایی را که می توانند تحمل کنند در حدود 1100 درجه سانتری گراد است.

انواع تیرآهن بر اساس سایز

با توجه به اهمیت تیرآهن در صنعت ساخت و ساز از تنوع بالایی به لحاظ اندازه و  ابعاد دارد، این تنوع موجب می‌شود تا مهندسان و معماران این مجوز را داشته باشند که از بهترین نوع تیرآهن برای نیاز خود با توجه به پروژه استفاده کنند، لذا در ادامه به بررسی انواع تیرآهن براساس سایز می‌پردازیم:

• تیرآهن سایز 12

وزن این محصول بین 10.4 تا 26.8 کیلوگرم است که اغلب برای ساخت ستون، تیر و سقف مورد استفاده قرار میگیرند که بر اساس استانداردی که دارند که تولید میشوند. این محصول از استاندارد IPE پیروی می کند. این محصول در دسته سبک ترین تیرآهن ها موجود در بازرا به شمار می رود.

• تیرآهن سایز 14

این تیرآهن یکی از پر مصرف‌ترین تیرآهن‌ها در مقایسه با سایر تیرآهن‌ها است. وزن این محصول حدودا بین 12.9 تا 33.7 کیلوگرم است و بسیاری از کارخانه‌های داخل کشور اقدام به تولید این محصول کرده‌اند. تیرآهن 14 در دسته سنگین‌ترین تیرآهن‌ها قرار دارد به دلیل آن مقاومت بالای این محصول است که از آن برای ساخت ستون استفاده می‌شود.

• تیرآهن 16

تیرآهن 16 وزنی بین 15.8 تا 41.6 کیلوگرم دارد. از این محصول برای ساخت نعل و تیر استفاده میشود. همچنین جنس این محصول از فولاد بوده که در برابر برش و خم شدگی مقاوم است. این محصول همانند سایر محصولات به صورت شاخه ای تولید میشود که طول آن میتواند 6،9 تا 12 متر باشد.

• تیرآهن 18

این تیرآهن یکی دیگر از انواع تیرآهن است که از استانداردهای IPE،  INP و IPB پیروی می‌کند. طول جان این محصول در حدود 18 سانتی متر و طول بال آن 91 میلی متر است. تیرآهن 18 در برابر تنش بسیار مقاوم است و به همین دلیل برای سازه های سنگین بیشتر مورد استفاده قرار می گیرد.

• تیرآهن 20

این محصول از تنوع بسیار زیادی برخوردار است و یکی از پر کاربردی‌ترین تیرآهن‌ها به حساب می‌آید. این محصول در هر متر، وزنی معادل با 22.4 تا 60  کیلوگرم دارد و به دلیل سنگینی و مقاومتی که دارد اغلب برای سازه‌های بزرگ استفاده می‌شود و یا در برخی موارد برای طبقات زیرین مورد استفاده قرار می‌گیرد.

انواع تیرآهن بر اساس علامت اختصاری

معمولا انواع تیرآهن با توجه به سایز و نوع براساس علامت اختصاری از هم متمایز و شناخته می‌شوند. به همین سبب در ادامه به بررسی انواع تیرآهن به لحاظ علامت اختصاری هرکدام می‌پردازیم.

• تیرآهن نوع اروپایی

تیرآهن نوع اروپایی را با علامت اختصاری INP می‌توان شناخت که از دسته نرمال‌ترین تیرآهن‌های موجود در بازار به شمار می‌رود. همچنین از این محصول برای ساخت ستون استفاده می‌شود و طول آن در حدود 8 الی 16 متر و عرض آن هم 42،50،58 تا 215 میلیمتر است.

• تیرآهن نیم پهن

تیرآهن‌های نیم پهن را می‌توان با علامت اختصاری IPE در بازار می‌شناسند. طول این محصول در حدود 8 تا 16متر بوده و عرض آن از 46 میلی متر تا 220 میلیمتر است. این محصول از دسته محصولاتی است که نیاز به واردات ندارد و به صورت گسترده در کشور تولید می‌شود.

• تیرآهن بال پهن

نام دیگر این تیرآهن، هاش است و آن را با علامت اختصاری IPB می‌شناسند. طول این تیرآهن 12 متر و در سایرهای 100 تا 1000 میلی‌متر تولید می‌شود. همچنین این محصول در سه دسته سبک، سنگین و فوق سنگین تولید و عرضه می‌شود.

• تیرآهن لانه زنبوری

این نوع را با نام تیرآهن شبکه هم می‌توانید پیدا کنید. علامت اختصاری این محصول CPE است که دارای حفره‌های تو خالی است که به شکل لانه زنبور دیده می‌شوند. از این مقطع برای ساخت ستون استفاده می‌شود. طول آن بین 12 تا 18 میلیمتر بوده و ارتفاع این قطعه نیز، 27 سانتی‌متر است.

مزایای استفاده از تیرآهن

از مهم‌ترین مقاطع فولادی در صنعت ساختمان، تیرآهن است که به دلیل استحکام بالا و قابلیت استفاده در بخش‌های مختلف سازه، جایگاه ویژه‌ای در پروژه‌های عمرانی دارد. از مزایای استفاده از تیرآهن می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• بعد از اتمام سازه امکان توسعه وجود دارد.
• اتصال چندین قطعه به یکدیگر را امکان‌پذیر می‌کند.
• قطعاتی می‌باشند که به صورت پیش‌ساخته در کارخانه‌ها هستند.
• اجرا و نصب آن سرعت بالایی دارد.
• در ارتفاع‌های زیاد کاربرد فراوانی دارند.

معایب استفاده از تیرآهن

هر کدام از مقاطع فولادی علاوه بر مزایا، معایبی هم دارند که آگاهی از آن‌ها در انتخاب و استفاده صحیح اهمیت زیادی دارد. به همین دلیل لازم است به بررسی معایب تیرآهن بپردازیم که عبارت‌اند از:

• خوردگی فلزات در برابر عوامل خارجی
   
• تمایل به کمانش
   
• اتصال نامناسب قطعات

نحوه تشخیص انواع تیرآهن

به‌طورکلی تیرآهن‌ها به دو دسته I شکل و H شکل تقسیم‌بندی می‌شوند. این نوع از دسته‌بندی به تفاوت در شکل ظاهری و مقاومت کششی آن‌ها برمی‌گردد. در گذشته این قطعات تنها شبیه به حرف انگلیسی I تولید می‌شدند. به این معنی که طول بال‌هایشان از طول جان آنها کمتر بود. اما در قرن بیستم تحولی در تولید تیر آهن رخ داد و آن، تولید تیرهای آهن H شکل بود که در آن‌ها طول بال‌ها با طول جان یکسان بود. 

در واقع این محصولات سطح مقطع مربعی دارند. تیرهای آهن H شکل برای سرعت بخشیدن به روند پروژه، افزایش استحکام و مقاومت سازه مورد استفاده قرار می‌گیرند.

از انواع تیرآهن‌ها در چه جاهایی استفاده می‌شود؟

پرمصرف‌ترین تیرآهن‌ها، همان‌هایی هستند که برای افزایش استحکام اسکلت‌های فلزی ساختمان‌ها بیشتر به کار گرفته می‌شوند. به طور کلی، اسکلت‌بندی ساختمان‌ها بدون حضور این مقاطع ناممکن است و باید برای انتقال بار سازه فولادی یا بتنی به زمین از آن‌ها استفاده کرد.

 البته همان‌طور که گفته بودیم، ساختار خرپا، تیر و سازه‌های فلزی یا یتنی هم بدون وجود این قطعات عملاً ممکن نخواهد بود. علت کاربرد، مصرف و استفاده بیشتر از تیرآهن‌ها در مقام مقایسه با سایر مقاطع فولادی، دلایل زیر هستند:

• پروسه نصب و اتصال تیرآهن‌ها آسان است.
• دارای سرعت اجرای بالاتری نسبت به دیگر مقاطع فولادی هستند.
• قابلیت اتصال تیرآهن‌ها به یکدیگر وجود دارد.
• اسکلت‌بندی ساختمان‌های مرتفع با استفاده از آن‌ها به راحتی ممکن خواهد بود.

انتخاب پرمصرف ترین تیرآهن ها

با توجه به ویژگی‌ها و قابلیت‌های تعبیه‌شده در هرکدام از تیرآهن‌هایی که معرفی شد، حالا وقت آن است تا پرکاربردترین آن‌ها در صنعت ساختمان‌سازی را به شما معرفی کنیم. انواع نام‌برده شده در زیر، از پرمصرف‌ترین‌های دنیای ساختمان‌سازی هستند:

• تیرآهن IPE
• تیرآهن هاش
• تیرآهن لانه‌زنبوری

همه این 3 تیرآهن که به عنوان پرکاربردترین سایزهای تیرآهن‌ها شناخته می‌شوند، در برابر نیروهای برشی و لنگر خمشی مقاومت بالایی دارند و می‌توان برای افزایش استحکام اسکلت‌بندی ساختمان از آن‌ها استفاده کرد. کاربرد هرکدام از آن‌ها در صنایع مختلفی مورد توجه قرار می‌گیرند و می‌توان از آن‌ها در صنایعی مثل ساختمان‌سازی، کشتی‌سازی، سدسازی، پل‌سازی، لوله‌های تاسیساتی و غیره استفاده کرد.

تفاوت تیر و تیرچه چیست؟

در ساختار، تیرها بر اساس نوع بار و کاربردی که دارند، تقسیم‌بندی می‌شوند. به طور مثال تیرآهن در حالت شاه‌تیر (girder) که به صورت افقی قرار دارد، به عنوان تکیه‌گاه اصلی، بارهای وارده از جانب تیرچه‌ها را به ستون‌ها منتقل می‌کند. اما تیرچه (beam) که معمولا از مدل اصلی کوچک‌تر و سبک‌تر است، به شاه‌تیر وصل شده، بار وارده را به آن منتقل می‌کند و مستقیما با ستون‌ها ارتباط ندارد. هر دو تیر و تیرچه با وجود تفاوت‌ها، وظیفه اصلی یعنی مقاومت در برابر نیروی خمشی را بر عهده دارند.

چگونه تیرآهن مناسب بنای خود را بشناسیم؟

به طور کلی انواع تیرآهن را می‌توان در سایزهای 8 تا 60 مورد استفاده قرار داد. اما اگر می‌خواهید نوع مناسب برای سازه خود را انتخاب کنید، باید بدانید که چگونه باید این کار را انجام دهید. برای پاسخ به این سوال باید فرمول خاصی را به کار ببرید که در انتخاب درست به شما کمک کند.

در نظر داشته باشید که مقطعی که انتخاب می‌کنید باید بر اساس نوع سازه شما انتخاب شود. به این صورت که هر قدر سازه شما نیاز به مقاومت بیشتری داشته باشد، پس سایز محصول شما هم باید به همان اندازه تغییر کند.

برای مثال اگر می‌خواهید یک ساختمان تک طبقه بسازید باید بدانید که سایز 12 به بالا برای ستون های سازه شما بسیار مناسب است و باید به سراغ این سایز محصول بروید.