در دنیای امروزی، تقریبا تمامی افراد زنده نیازمند مسکن برای سکونت و همچنین یک مکان آرام و امن هستند که در زمان خستگی و سردرگمی خود، در آن مکان خلوت و یا استراحت کنند. این مکان همان مسکن نیاز اولیه انسان است که در دوران گذشته غار‌ها و پوشش درختان جنگلی بوده و امروزه به ساختمان و آپارتمان‌های سر به فلک کشیده رسیده است. اولین و تاثیر‌گذار ترین عضو جدایی ناپذیر مسکن در دنیای امروزه، فولاد و مقاطع فولادی بکار رفته در مصالح ساختمان است. در این پست قصد داریم تا ویژگی‌ها و تفاوت‌های تیرآهن های ipe inp و ipb را با یکدیگر بررسی کنیم و بدانیم کدام تیرآهن مناسب سازه ما است. با ما همراه باشید.
تیرآهن چیست؟
تیرآهن نوعی پروفیل صنعتی فولادی است که از آن استفاده‌های گوناگونی می‌شود. اما بیشتر کاربرد آن مربوط به ساخت و ساز است، چرا که از نظر هندسی و منطقی، یک تیرآهن مقاومت بالایی می‌تواند به سبب طول خود در برابر تحمل بار وارده داشته باشد. پس از این نظر بیشتر برای تحمل بار و فشار کاربرد دارد.
همین تیرآهن انواع و اقسامی دارد که بسته به نیاز بشر روز به روز پیشرفت کرده و بر حسب نیاز خود نوع و شکل هندسی جدیدی ارائه می‌کند تا پاسخگوی نیاز خود باشد. برای خرید تیرآهن هاش با کارشناسان آرسینکو در تماس باشید.
تیرآهن چیست؟
تیرآهن (beam) یک محصول فولادی سازه‌ای است که برای تحمل بارهای سنگین ساخته می‌شود و از پرمصرف‌ترین محصولات فولادی در صنعت ساختمان سازی است.
هر تیرآهن از دو عضو بال و جان تشکیل شده است. بال ها موازی با یکدیگر هستند و دو انتهای تیرآهن قرار می‌گیرند. بین این دو بال، قسمت اصلی تیرآهن به صورت عمودی قرار دارد که به آن جان تیرآهن می‌گویند. سایز تیرآهن و همینطور طول جان و بال، میزان مقاومت آن در برابر نیروهای وارده را تعیین می‌کند.
جان، در برابر نیروهای برشی مقاومت می‌کند و بال‌ها، برای مقاومت در برابر بیشترین نیروی خمشی طراحی شده‌اند. شکل ظاهری همه تیرآهن‌ها به دو دسته کلی و به شکل حروف I و H تقسیم می‌شود. طراحی هر دو تیرآهن I و H با در نظر گرفتن معیارهای زیر انجام می‌گیرد:
- به حداقل رساندن تغییر شکل تیرآهن (ایجاد حداقل انحراف)
- تعیین سختی و جرم تیرآهن بر اساس گرایش به لرزش
- شکست خمش توسط کمانش پیچشی جانبی و کمانش موضعی
- تسلیم موضعی به دلیل مقدار زیاد بارهای متمرکز
- شکست برشی
- کمانش یا تسلیم اجزای سازنده
کاربرد تیرآهن
عمدتا از تیرآهن در ساخت ساختمان، برج، سوله‌های کارخانجات و صنایع استفاده می‌شود. در خودرو‌های نسبتا سنگین و امنیتی، از تیرآهن یا نبشی به عنوان ستون اصلی بدنه خودرو استفاده می‌شود و در صنایع نظامی نیز منطقا کاربردی می‌باشد.
در ساخت سوله و آشیانه هواپیما‌ها و همچنین ساخت پناه‌گاه‌های نظامی برای حفاظت از مردم و مقابله با زمین لرزه و عوامل طبیعی نیز تیرآهن می‌تواند گزینه مناسب‌تری نسبت به ارماتور‌های بتنی و ترکیب آن با میلگرد باشد. اما در ادامه قصد داریم تا با انواع آن آشنا شویم.
انواع تیرآهن
تیرآهن‌ها به طور کلی به ۴ دسته تقسیم می‌شوند:
- IPE یا تیر باریک
- INP
- IPB یا تیرآهن هاش
- لانه زنبوری
تفاوت تیرآهن‌ها با یکدیگر
تفاوت تیرآهن های IPE و IPB INP را می توان از جنبه های گوناگونی مانند استاندارد تولید، ظاهر و کاربرد آن ها بررسی کرد، اما به طور کلی تمام تیرآهن ها، به دو صورت I شکل یا H شکل تولید می شوند و برای مقاومت در برابر بارها در سازه به کار می روند.
انواع تیرآهن های موجود در بازار
تیرآهن‌ها در اندازه‌ها و انواع مختلفی تولید می‌شوند و هر کدام کاربردهای متفاوتی در صنایع مختلف دارند. برای استفاده از تیرآهن در صنعت ساختمان سازی نیز مشخصات یک سازه است که هندسه، اندازه و شکل تیرآهن انتخابی را تعیین می‌کند.
یکی از روش‌های دسته بندی تیرآهن، بر پایه استاندارد تولید و مشخصه های فنی آن است. بر این اساس، انواع تیرآهن به ۴ دسته زیر تقسیم‌بندی می‌شوند:
- تیرآهن INP : تیرآهن I شکل با بال های شیب دار می باشد.
- IPE : پرکاربردترین تیرآهن I شکل که دارای بال های موازی است.
- تیرآهن IPB یا تیرآهن هاش: تیرآهن به شکل حرف H انگلیسی است.
- تیرآهن لانه زنبوری: دارای حفره هایی در طول جان است و به همین دلیل لانه زنبوری نامیده می شود.
انواع تیرآهن
بین ۴ تیرآهن موجود در بازار که پیش تر معرفی کردیم، دو نوع تیرآهن IPB (تیرآهن هاش) و تیرآهن IPE، رایج‌ترین و پرطرفدارترین تیرآهن در ایران محسوب می‌شوند. همچنین انواع تیرآهن از نظر نحوه و محل استفاده، به سه نوع تیر اصلی، تیر فرعی و تیرکلاف و به صورت زیر تقسیم‌بندی می‌شوند:
- تیر اصلی: به صورت افقی به ستون ها وصل می شود. وظیفه آن انتقال بار جانبی از تیرهای فرعی به ستون ها می‌باشد.
- تیر فرعی: تیر فرعی را به تیرهای اصلی متصل می کنند تا انتقال بار به تیر اصلی انجام شود.
- تیر کلاف: به صورت افقی نصب می شوند و وظیفه انتقال نیرو از تیر عرضی به ستون را برعهده دارند. این محصول، بیشتر در خرپا، سقف ساختمان و … استفاده می‌شود.
تفاوت تیرآهن های IPE ، IPB و INP
در ادامه، تفاوت هر کدام از تیرآهن ها را با یکدیگر به صورت مجزا بررسی می کنیم.
تفاوت تیرآهن IPE با سایر تیرآهن ها
تیرآهن های IPE در کشورهای دیگر به نام W shapes beams شناخته می‌شوند. W در اینجا به معنی «wide» می‌باشد و به «پهن بال» بودن این تیرآهن اشاره دارد.
تیرآهن IPE، مانند تیرآهن INP، سطح مقطعی شبیه به حرف I انگلیسی دارند؛ اما تفاوت اصلی تیرآهن IPE و INP در ضخامت بال ها و موازی بودن آن‌هاست. به این صورت که تیرآهن IPE دارای بال هایی با ضخامت یکسان و موازی، اما بال های نوع INP شیب دار هستند.
یکی از مزایای تیرهای IPE این است که بال‌ها ضخیم‌تر از جان هستند. این مسئله به مقاومت تیرآهن در برابر فشار خمشی کمک می‌کند. همچنین این تیرآهن در مقایسه با دو تیرآهن INP و هاش، دارای رنج وسیعی از ابعاد و سایز می‌باشد و متداول ترین تیرآهن مورد استفاده در صنعت ساختمان‌سازی در سراسر جهان است.
همچنین، بهترین تیرآهن در شکل گیری خرپا و پل لانه زنبوری در سقف ساختمان می‌باشد.
تفاوت تیرآهن INP با سایر تیرآهن ها
تیرآهن های INP که در کشورهای دیگر به آن ها تیرآهن استاندارد آمریکایی یا S shaped beams گفته می شود، یکی دیگر از تیرآهن های I شکل است با این تفاوت که بال های آن تقریبا مخروطی شکل است.
با این که دو تیرآهن دیگر، یعنی تیرآهن IPE (تیرآهن I شکل) و IPB (تیرآهن H شکل) دارای بال های موازی و ضخامت یکنواخت هستند، اما شیب دار بودن بال های تیرآهن INP (تقریباً ۱۶.۶۷٪) ویژگی منحصر به فرد آن است.
به این معنی که ضخامت بال های تیرآهن INP یکسان و یکنواخت نیستند و این ضخامت، ابتدا کم و با شیب ملایم در نزدیکی جان تیرآهن، بیشتر می شود.
پهنای جان، یکی دیگر از مشخصه های مهم تیرآهن INP است و از هر دو تیرآهن های IPE و IPB باریک تر است. در نهایت، تیرآهن INP در کمترین رنج سایز موجود است و بیشتر در صنایع کشتی سازی استفاده می شوند.
همچنین این نوع تیرآهن، بهترین تیرآهن در ساختمان های مرتفع، به خصوص برای ساخت سقف خواهد بود. به طور مثال از این نوع تیرآهن در ساخت اسکلت بندی برج ها، ساختمان های بلند و مرتفع، پل و سدهای بزرگ استفاده می شود.
تفاوت تیرآهن IPB یا تیرآهن H با سایر تیرآهن ها
تیرآهن های اچ، هاش یا H shapes، بزرگترین و سنگین ترین تیرآهن های موجود هستند و می توانند وزن بار بیشتری را تحمل کنند و بیشتر در ساخت آسمان خراش ها و سایر ساختمان های بزرگ استفاده می شوند.
همچنین از تیرآهن هاش در ساخت سوله ها، مجتمع های بزرگ تجاری، پالایشگاه صنعتی، اسکله سازی، خرپا نیز استفاده می گردد.
تیرآهن هاش، مشابه تیرآهن I شکلِ IPE، دارای بال های موازی است و عرض بال ها تقریبا با عمق تیرآهن برابر است. این تیرآهن ها به عنوان ستونی برای پشتیبانی در بسیاری از ساختمان ها و پروژه های ساخت و ساز عمل می کنند.
تفاوت تیرآهن لانه زنبوری با سایر تیرآهن ها
این نوع تیرآهن به دلیل وجود حفره در طول جان، وزن سبک تری نسبت به سایر تیرآهن ها دارد و به همین دلیل می تواند بهترین نوع تیرآهن از نظر صرفه اقتصادی باشد.
علاوه بر این، استفاده از تیرآهن های لانه زنبوری به دلیل فضای مناسبی که برای عبور لوله ها، کابل ها و … ایجاد می کنند، برای نظم دهی تاسیسات بهترین گزینه هستند؛ اما چون مقاومت برشی کمی دارند، هنگام استفاده از آن ها، به ویژه برای پل و ستون، به ملاحظات امنیتی توجه ویژه‌ای کرد.
چرا تیرآهن ها به این نام خوانده می شوند؟
از جمله سوالاتی که معمولا پرسیده می شود این است که نام گذاری تیرآهن ها مخفف چیست؟ نام گذاری هر تیرآهن مربوط به شکل ساختاری آن است. به طور کلی، نام های انتخاب شده برای تیرآهن یا سایر اشکال فولادی مستقیماً به شکل، مقطع یا کیفیت محصول اشاره دارد.
از جمله عواملی که بر نامگذاری تیرآهن تاثیر دارند شامل موارد زیر می شود:
- شرایط پشتیبانی
- مصالح و مواد استفاده شده
- هندسه محصول
- مقاطع عرضی
- شرایط تعادل
- روش های ساخت و ساز
به طور مثال تیرآهن I به معنی تیرآهن های به شکل حرف I انگلیسی است که همگی تیرآهن های استاندارد هستند و منظور از تیرآهن H نوعی تیرآهن عریض یا wide است. همچنین نامگذاری تیرآهن ها را به صورت زیر می توان بررسی کرد:
INP یا S-beams: که S در S-beams به معنای استاندارد (standard) است.
IPE یا W-beams: که W در W-beams به معنای بال پهن یا “wide flange” بودن تیرآهن است.
IPB یا H-beams: که H در H-beam به شکل ظاهری تیرآهن که به شکل حرف H است، اشاره دارد.
تفاوت تیرآهن هاش (H) و تیرآهن آی (I) در چه مواردی است؟
همانطور که گفتیم، یکی از انواع دسته بندی تیرآهن ها تقسیم آن ها به دو دسته کلی تیرآهن I و تیرآهن H است که در ادامه، تفاوت آن ها را به طور مجزا بررسی می کنیم.
تیرآهن IPB در دسته تیرآهن H شکل قرار دارد و هر دو تیرآهن INP و IPE در دسته تیرآهن I شکل قرار می گیرند؛ ولی از آنجا که کاربرد نوع IPE در ایران بیشتر است، در ادامه تفاوت تیرآهن IPE را (به عنوان تیرآهن I) با تیرآهن H بررسی می کنیم.
تفاوت دو استاندارد (I) IPE و (H) IBP چیست؟
تفاوت ipe و ipb (تفاوت تیرآهن و هاش) از جهات مختلفی قابل بررسی است؛ مانند شکل سطح مقطع، ضخامت، مشخصات مکانیکی، وزن، محبوبیت و که در ادامه به آن‌ها اشاره می‌کنیم.
شکل ظاهری: تفاوت این دو تیرآهن از نظر ظاهری، کاملا واضح است؛ تیرآهن اچ بال های پهن تر و سنگین تری نسبت به تیرآهن آی دارد، اما هر دوی این تیرآهن ها بیشتر مواقع می توانند به جای یکدیگر استفاده شوند.
سطح مقطع: سطح مقطع عرضی تیرآهن اچ بیشتر از تیرآهن آی است. به خاطر همین سطح مقطع خاصِ تیرآهن H، استفاده از این تیرآهن، محدودتر از تیرآهن آی است.
ضخامت جان: جان تیرآهن اچ، ضخیم تر از تیرآهن آی است؛ به همین دلیل استحکام بیشتری نیز دارد.
طول بال: طول بال های تیرآهن IPB یا هاش در مقایسه با تیرآهن های I شکل بیشتر است و همچنین پهنای بیشتری دارد. بال های تیرآهن I کوتاه تر است و به پهنی تیرآهن هاش نمی رسد.
مشخصات مکانیکی: انجام عملیات جوشکاری روی تیرآهن H نسبت به تیرآهن I ساده تر است. تیرآهن های I نیز برای استفاده در زیر کمانش موضعی مناسب تر هستند، ولی به دلیل سبک‌تر بودن نسبت به تیرآهن H نمی توانند به اندازه تیرآهن های اچ نیروهای بالا را تحمل کنند.
تحمل تنش: با توجه به تعریف تنش که عبارت است از «بار، تقسیم بر سطح مقطع» و از آنجایی که سطح مقطع تیرآهن هاش نسبت به تیرآهن IPE بیشتر است، در نتیجه تیرآهن هاش تنش کمتری منتقل می کند؛ به همین دلیل نسبت به تیرآهن I شکل، کاربرد مناسب تری برای ستون دارد.
تحمل نیروی خمشی و برشی: از آنجایی که اندازه عرض بال و جان در تیرآهن IPB یا هاش همسان است، در نتیجه در مقابل اعمال نیروهای خمشی و برشی عملکرد بهتری دارد.
مقاومت کششی: تیرآهن IPE فقط از یک زاویه، مقاومت کششی دارد؛ به همین دلیل محصولات H شکل در بازار عرضه شدند. این نوع محصولات، توانایی تحمل کشش را در هر دو زاویه دارند.
سایز تیرآهن: سایز تیرآهن H در محدوده متنوع تری تولید می شود و از ۱۰ تا ۱۰۰ سانتی متر قابل تولید است، اما حداکثر سایز در تیرآهن I 60 سانتی متر می باشد؛ ولی به طور معمول تا سایز ۳۰ سانتی متر در ساختمان سازی استفاده می گردد.
وزن: تیرآهن اچ، معمولا بسیار سنگین تر از نوع آی است و به همین دلیل، توانایی تحمل وزن بیشتری را نیز دارد؛ اما در برخی سازه ها که وزن روی دیوار، مشکلات ساختاری ایجاد می کند، استفاده از تیرآهن آی گزینه بهتری خواهد بود؛ چون همان طور که گفته شد، وزن کمتری دارد.
کاربرد: بیشترین کاربرد تیرآهن هاش در پروژه های بزرگ مقیاس، سازه های بلند و ساخت پل های طویل است. همچنین از آن به عنوان تکیه گاه برای پل ها، سکوها و … و به عنوان ستون های پشتیبانی در پروژه های ساختمانی مسکونی استفاده می شود.
تیرآهن های I کاربرد و محبوبیت بیشتری در صنعت ساختمان دارند. این تیرآهن ها معمولاً در خرپای ساختمان و پل های قاب دار فولادی مورد استفاده قرار می گیرند. در کل، مهندسین کشور از تیرآهن های I شکل در سازه های مختلف و برای ایجاد تیرها و ستون ها بیشتر استفاده می کنند.
همچنین از هر دوی این تیرآهن ها برای ساخت سازه ها و ستون های پشتیبان در ریل، آسانسور، کامیون و تریلی‌ها نیز استفاده می‌شود. در ادامه، کاربرد اصلی تمامی تیرآهن ها را معرفی می کنیم.
کاربرد انواع تیرآهن
شکل ظاهری تیرآهن ها و استحکام بالای آن ها باعث می شود که در برابر نیروهای برشی و خمشی مقاومت بالایی داشته باشند و در ساخت و ساز، به طور گسترده مورد استفاده قرار گیرند؛ اما کاربرد دقیق آن ها بیشتر به هندسه تیرآهن (شکل ظاهری و ابعاد آن) بستگی دارد. از جمله اصلی ترین کاربردهای تیرآهن می توان به موارد زیر اشاره کرد:
- اسکلت بندی ساختمان: تیرآهن ها در ساخت سازه های مرتفع، کاربرد بسیاری دارند.
- ستون: تیرآهن هایی که دارای بال پهن هستند به عنوان ستون برای ساختمان هایی استفاده می شوند که بیشتر از یک طبقه دارند. همچنین می توان از آن ها در سازه های کوچک به صورت دوبل به عنوان ستون استفاده کرد.
- کفی ستون: در ساختمان ها از انواع تیرآهن برای تحمل بار و به عنوان کفی ستون و همچنین به منظور اتصال نبشی و ستون به یکدیگر استفاده می شود.
- شاه تیر: شاه تیر، اشاره به نحوه اتصال تیرآهن دارد. در حالت کلی، شاه تیر باعث نگهداری تیرک های میانه در هر طبقه می شود. شاه تیر می تواند با استفاده از نبشی در یک سمت و بال تیرآهن از سمت دیگر به ستون متصل شود.
- خرپا: تیرآهن خرپا معمولا برای ساخت سقف سوله و انبار مورد استفاده قرار می گیرد.
کاربرد انواع تیرآهن
مزایای استفاده از تیرآهن
هر کدام از انواع تیرآهن بر اساس نوع استفاده و کاربرد، مزایای مختلفی دارد. از جمله این مزایا می توان به موارد زیر اشاره کرد:
- فضای بسیار کمی را نسبت به بتن اشغال می کند.
- توانایی اتصال چندین قطعه را به هم دارد.
- تنش کششی زیادی را بدون شکستگی تحمل می‌کند.
- یکپارچگی ساختاری خوبی دارد و به همین دلیل ایمنی بالایی را فراهم می‌کند.
- نصب و اجرای آسان و سریع دارد.
- پس از اتمام مراحل ساخت سازه، می توان آن را ارتقا داد.
- پیش ساخته بودن تیرآهن، کاربری آن را بسیار آسان می کند.
- از آسیب موریانه ها یا جوندگان در امان است و در برابر خوردگی و آتش سوزی، مقاومت بالایی دارد.
- امکان سفارشی سازی آن وجود دارد.
قیمت انواع تیرآهن
قیمت انواع تیرآهن به عوامل مختلفی مانند استاندارد تولید، وزن تیرآهن، سایز و ابعاد تیرآهن، آلیاژ به کار رفته در ساخت آن و همچنین عوامل دیگری مانند نوسانات بازار ارز، میزان عرضه و تقاضا و کارخانه سازنده بستگی دارد.
به همین دلیل، انتخاب کارخانه مناسب برای خرید تیرآهن می‌تواند گزینه های مناسب تری پیش روی شما قرار دهد. به عنوان مثال، قیمت تیرآهن ذوب آهن اصفهان به عنوان یک برند معتبر و با کیفیت در ایران و خاورمیانه، معمولا گران تر از کارخانه های دیگر است.
علاوه بر موارد فوق، حجم خرید و هزینه حمل و نقل نیز از جمله مواردی است که بر قیمت تیرآهن تأثیر می‌گذارند. این مقاطع فولادی، معمولا به صورت کیلویی و در برخی موارد به صورت شاخه ای در بازار به فروش می‌‌‌رساند.
به همین دلیل، وزن آن ها تاثیر به سزایی در قیمت نهایی خواهد داشت. عموما کارخانه ها تیرآهن را به شکل بندیل با وزن تقریبا ۵ تن عرضه می کنند و بنگاه های فروش آن ها را به صورت شاخه ای به فروش می رسانند.