کاربرد تیرآهن

تیرآهن که به نام تیرهای فولادی نیز شناخته می‌شود، کاربردهای گسترده‌ای در صنعت ساختمان دارد. از تیرآهن معمولاً در سازه های ساختمانی مسکونی، تجاری و صنعتی، پل‌ها و سایر پروژه‌های زیربنایی استفاده می‌شود. استحکام، دوام و تطبیق‌پذیری تیرهای آهن، آن‌ها را به یک مصالح ساختمانی ضروری در ساخت و سازهای مدرن تبدیل کرده است. تیرهای آهن از ترکیب آهن و عناصر دیگر مانند کربن و منگنز ساخته می‌شوند تا ماده‌ای قوی و انعطاف‌پذیر تولید کنند. این سازه فولادی می‌تواند فشار و ضربه‌های وارده بر سازه‌های مختلف را تحمل کرده و از این طریق با ایفا کردن نقش ستون فقرات، مقاومت و استحکام را در آن‌ها بیشتر کند. همین ویژگی‌ها موجب شده تا تیرآهن به اندازه‌ای پرمصرف شود که در تمامی پروژه‌های ساختمانی به عنوان متریال اولیه کاربرد داشته باشد. در این مقاله قصد داریم تا به بررسی کاربردهای مختلف تیرآهن بپردازیم و نقش آن را در موفقیت پروژه‌های ساختمانی متنوع بررسی کنیم. تا انتهای مطلب همراه ما باشید.

کاربرد تیرآهن در ساختمان‌سازی چیست؟

تیرآهن در حوزه ساختمان‌سازی از آن چیزی که تصور می‌کنید، پرکاربردتر بوده و از اهمیت بسیار زیادی برخوردار است. از آسمان‌خراش‌های بلند گرفته تا خانه‌های ساده، سدها، پل‌ها، تونل‌ها و بسیاری سازه‌های دیگر، همگی به منظور استحکام، انعطاف و پایداری بیشتر، به ویژه در برابر نیروهای طبیعی و ضربه، به تیرهای آهنی متکی هستند. به علاوه با توجه به قدرت شکل‌پذیری بالایی که این سازه‌های فولادی دارند، می‌توان آن‌ها را به هر شکلی طراحی کرد و برای سازه‌های گوناگون به کار برد.

انواع متنوع این مقاطع مثل تیرآهن IPE، INP و یا تیرآهن IPB اغلب کاربردهای یکسانی دارند و در اسکلت ساختمان استفاده می‌شوند؛ اما با توجه به اصول ساختمان‌سازی و ارتفاع ساختمان باید از تیرآهن با سایز مناسب استفاده کرد. استفاده از تیرآهن مزیت‌های زیادی دارد که یکی از مهم‌ترین آن‌ها را می‌توان قابلیت توسعه مجدد و امکان نصب در کوتاه‌ترین زمان ممکن دانست. همین موضوع سبب شده تا در پروژه‌های تجاری و صنعتی مثل ساختمان‌های اداری بزرگ، کارخانه‌ها و انبارها که همگی به استحکام فولاد نیاز دارند، استفاده از تیرآهن رایج‌تر باشد.

کاربرد تیرآهن در اسکلت سازه فولادی

تیرآهن را می‌توان یکی از نیازهای پایه و مهم ساختمان‌ها برای مستحکم بودن دانست. این محصولات به طور معمول در ۴ نوع استاندارد تیرآهن هاش، اروپایی، نیم پهن و لانه زنبوری در بازار وجود دارند که با به کار رفتن در اسکلت فولادی سازه‌ها مقاومت پروژه را تضمین می‌کنند. 

کاربرد تیرآهن در ستون

از بین انواع مختلف تیرآهن، تیرآهن‌های بال پهن یا تیرآهن هاش با سطح مقطع مربعی شکل می‌توانند به عنوان ستون در صنعت ساختمان‌سازی استفاده شوند. ستون‌ها در ساختمان‌های بیش از یک طبقه کاربرد داشته و بارهای عمودی و افقی را به فونداسیون سازه منتقل می‌کنند. این ستون که ستون یکپارچه نام دارد، در واقع باید به شکلی باشد که اندازه آن از سقف طبقه بالایی بیرون بزند تا بتواند به ستون آن طبقه وصل شود. بهترین تیرآهن برای ستون تیرآهنی است که استحکام بالا، انعطاف پذیری خوب و … داشته باشد. کاربردی‌ترین سایز تیرآهن که در سازه‌های فولادی به عنوان ستون استفاده می‌شود، تیرآهن ۱۴ است. به طور کلی ستون‌ها به سه شکل زیر در ساختمان‌هایی با اسکلت فلزی به کار می‌روند:

• ستون‌های وسطی که اگر به عنوان مرکز یک مربع باشند، می‌توانند بار کل این مربع را به طور یکسان انتقال دهند.
• ستون‌ها اگر به شکل کناری باشند، قادرند نصف بار مربع را انتقال بدهند.
• ستون‌های گوشه‌ای هم حدود یک چهارم بار مربع را منتقل می‌کنند.

در یک ستون مرکب، یک تیر فولادی در داخل یک لوله پر از بتنی قرار می گیرد. تیر فولادی مقاومت فشاری را فراهم می‌کند، در حالی که بتن محصور شدن و محافظت در برابر آتش را فراهم می‌کند. ستون‌های مرکب اغلب در ساختمان‌های مرتفع و سایر سازه‌ها استفاده می‌شوند که ظرفیت باربری و مقاومت ستون‌ها در برابر آتش از ملاحظات مهمی است. استفاده از تیرآهن در ستون‌های مرکب نیز می‌تواند به کاهش وزن کلی سازه کمک کرده و آن را اقتصادی‌تر و کارآمدتر کند. به طور خلاصه، تیرآهن معمولاً به تنهایی به عنوان ستون استفاده نمی‌شوند، بلکه در ستون‌های مرکب برای ایجاد استحکام و پشتیبانی بیشتر برای سازه استفاده می‌شوند.

کاربرد تیرآهن در تیرهای اصلی

سازه‌های فولادی دارای قسمت‌های افقی هستند که به آن‌ها تیر گفته می‌شود. تیرها معمولا بر روی ستون‌ها قرار می‌گیرند و به کمک پلیت‌ها به هم وصل می‌شوند. با توجه به این موضوع، می‌توان گفت که استفاده دیگر تیرآهن در پروژه‌های ساختمانی، به کار بردن آن به عنوان تیر اصلی یا شاه تیر است. این تیرهای اصلی اغلب توسط یک اتصال ساده یا برشی به ستون‌های ساختمان وصل شده و وظیفه دارند که تیرک‌های میانی هر طبقه را نگه دارند. در کل از شاه تیرهای ساختمان به عنوان نوعی تیر حمال یاد می‌شود که انواع مختلف تیرآهن‌ها به خصوص تیرآهن نوع IPE می‌توانند این نقش را در سازه‌ها ایفا کنند.

کاربرد تیرآهن در تیرهای میانی

تیرآهن‌ها در تیرهای میانی که در مقایسه با شاه تیر اندازه کوچک‌تری دارند نیز استفاده می‌شوند. این تیرها که از آن‌ها با عنوان تیرآهن‌های کوچک یا تیرک میانی یاد می‌شود، نسبت به ستون و تیرهای اصلی ابعاد کوچک‌تری دارند و نقش واسطه را در ساختمان‌سازی ایفا می‌کنند. تیرک با قرار گرفتن در بالا و پایین تیرآهن‌ها و نصب به صورت افقی، حجم زیادی از نیرو و فشار را تحمل می‌کند. در واقع مسئولیت اصلی آن‌ها وصل کردن شاه تیر به ستون‌ها، به شکلی غیرمستقیم است تا انتقال بار از تیرهای اصلی به ستون‌ها به صورت عمودی رخ دهد؛ چراکه توزیع بار به صورت یکنواخت و انتقال آن به شکل یکسان به همه ستون‌ها در یک ساختمان، نکته مهمی است که حتماً باید به آن توجه شود.

کاربرد تیرآهن در تیر کلاف

تیرآهن‌ها به عنوان تیر کلاف نیز در ساخت سازه‌های فولادی برای به وجود آوردن عناصر افقی و حمل‌کننده بار کاربرد زیادی دارند. تیر کلاف در واقع یک جزء افقی در ساختمان‌سازی محسوب می‌شود که به شکل دو تیر عرضی در سقف به قسمت خرپای آن وصل شده و نقش انتقال بار را به دیگر اجزا (از تیر اصلی به ستون‌ها) ایفا می‌کند.

کاربرد تیرآهن در پل‌سازی و اصول آن

یکی دیگر از علل ورود تیرآهن‌ها به صنعت ساختمان‌سازی، ریزش پل‌ها و خراب شدن سدهای بسیاری بود که آسیب‌های جانی و مالی زیادی به مردم وارد می‌کرد. از همین رو، تیرآهن‌ها به خاطر استحکام و مقاومت زیادی که داشتند، در صنعت پل‌سازی و سدسازی جای تیرها با ایمنی پایین را گرفتند. در توضیح بیشتر می‌توان گفت که تیرآهن‌های به‌کاررفته در پل‌ها باعث می‌شوند تا این سازه‌ها بهتر از قبل، وزن وسایل حمل‌ونقل مختلف را تحمل کنند؛ به همین علت پل‌هایی که در ساخت آن‌ها از تیرهای آهنی به خصوص تیرآهن لانه زنبوری و H استفاده شده است، طول عمر بیشتری دارند. با این حال به کار بردن تیرآهن در پل‌سازی باید حتما طبق اصول و قواعد مهندسی مربوط به این پروژه‌ها انجام شود. در قسمت زیر به تعدادی از این اصول استفاده از تیرآهن در پل‌سازی اشاره شده است:

انتخاب متریال مناسب

تیرآهن‌هایی که در پل‌سازی به کار می‌روند، حتما باید از ویژگی‌های مناسب برخوردار باشند. در واقع فولاد به‌کاررفته در ساخت این تیرآهن‌ها باید انعطاف، استحکام، دوام و بسیاری ویژگی‌های دیگر را داشته باشد تا بتواند به خوبی حجم وزن عبوری از پل را بدون هیچ‌گونه آسیبی تحمل کند.

طراحی خوب

تیرآهن‌ها باید حتماً متناسب با نیازهای پل و بر اساس هندسه استاندارد آن طراحی شوند. چنین طراحی معمولاً شامل تعیین مواردی مثل انتخاب تیرآهن مناسب، توزیع بار به صورت یکسان و تشخیص نقاط مثبت و منفی پروژه است.

اتصال قوی

اصل دیگری که به هنگام پل‌سازی، نحوه وصل شدن تیرآهن‌ها به یکدیگر و سایر قسمت‌های پل مورد توجه قرار می‌گیرد، این است که حتما باید از مقاومت بالایی برخوردار باشند. این اتصالات عبارتند از روش‌هایی مثل جوشکاری، به کار بردن قطعات مکانیکی مخصوص اتصال و برش کاری.

مقاوم در برابر خوردگی

به خاطر داشته باشید که تیرآهن‌های به‌کاررفته در پل‌سازی باید تا حد زیادی در برابر خوردگی مقاوم بوده تا این سازه‌ها عمر مفید بیشتری داشته باشند. به همین علت، اغلب از پوشش‌های مقاوم در برابر خوردگی مثل رنگ یا دیگر روش‌ها برای جلوگیری از این اتفاق برای آن‌ها استفاده می‌شود.

نظارت دقیق

داشتن بازرسی و نظارتی دقیق بر تمام مراحل عملیات پل‌سازی، دیگر اصل مهم به هنگام ساخت این سازه‌هاست که از اهمیت زیادی نیز برخوردار است. این نظارت دقیق می‌تواند شامل بررسی کیفیت متریال و نحوه اتصالات، وضعیت خوردگی تیرآهن‌ها و به طور کلی عملکرد پل باشد.

کاربرد تیرآهن در پالایشگاه

پروژه‌های مربوط به صنایع نفت و گاز یعنی پالایشگاه‌ها معمولاً به خاطر مقاومت و استحکام زیادی که دارند، از طول عمر بالایی هم برخوردار هستند. با توجه به این قابلیت‌ها می‌توان گفت که استفاده از انواع مختلف تیرآهن‌ها در پالایشگاه‌ها، مخصوصا تیرآهن‌های بال پهن یا هاش بسیار رایج است. این نوع تیرآهن‌ها به دلیل شکل هندسی و سطح مقطع متفاوتی که دارند از خود، مقاومت قابل توجهی در برابر نیروهای خمشی و برشی نشان می‌دهند؛ بنابراین می‌توانند برای پروژه‌های در ابعاد بزرگ و سازه‌های بلندتر از طول ۱۰۰ متر به کار بروند. در قسمت‌های زیر پالایشگاه از تیرآهن استفاده می‌شود:

• ستون‌های فرآیندی: از تیرآهن در ساخت ستون‌های فرآیندی استفاده می‌شود که سازه‌های استوانه‌ای بلندی هستند که برای جداسازی یا تصفیه انواع مایعات یا گازها استفاده می شوند. تیرآهن برای ستون‌های فرآیند که تحت بارهای سنگین و دماهای بالا قرار دارند، پشتیبانی و پایداری می کنند.
• سکوها و راهروها: از تیرآهن برای ساخت سکوها و راهروها در پالایشگاه ها استفاده می‌شود. از این سازه ها برای دسترسی به قسمت‌های مختلف تاسیسات و تحمل وزن پرسنل و تجهیزات استفاده می‌شود.
• قفسه‌های لوله: از تیرآهن در ساخت قفسه‌های لوله استفاده می‌شود که سازه‌هایی هستند که خطوط لوله و سایر تجهیزات فرآیند را پشتیبانی می‌کنند. تیرآهن برای قفسه‌های لوله که تحت بارهای سنگین و ارتعاش هستند، پشتیبانی و پایداری می کنند.
• مخازن ذخیره‌سازی: در ساخت مخازن ذخیره از تیرآهن استفاده می‌شود که برای ذخیره مایعات یا گازها استفاده می‌شود. تیرآهن پشتیبانی و پایداری مخازن ذخیره را فراهم می کنند که در معرض بارهای سنگین و عوامل محیطی مانند باد و فعالیت لرزه‌ای قرار دارند.

کاربرد تیرآهن در صنایع ماشین‌سازی و خودرو

همان‌طور که گفتیم تیرآهن یک محصول فولادی با استحکام و مقاومت بالا و قیمت مناسب است که می‌تواند به راحتی بازیافت شود. همین ویژگی‌ها سبب شده تا درصد نسبتاً زیادی از تیرآهن‌های تولیدی، در صنایع ماشین‌سازی و ساخت خودرو مصرف شوند. به عبارت دیگر در بین انواع مختلف وسایل حمل‌ونقل، بیشترین استفاده از تیرآهن در ساخت خودروها به ویژه قسمت‌های بدنه خودرو، درب‌ها و چارچوب است.

بدنه خودرو یکی از قسمت‌های اصلی این سازه‌هاست که کیفیت مناسب آن به طور مستقیم بر ایمنی و کارکرد بهتر خودرو تأثیرگذار است؛ بنابراین تیرآهن در ساخت خودرو و بدنه آن به کار می‌رود تا با مقاومت و انعطاف‌پذیری خود، این وسیله را از هرگونه ضربه و زنگ‌زدگی احتمالی حفظ کند.

جالب است بدانید که به‌جز صنعت خودروسازی، این سازه فولادی در دیگر بخش‌های حوزه حمل‌ونقل مثل جاده‌ها و راه‌سازی، بندرها، ریل قطار و همچنین کشتی‌سازی هم استفاده دارد. به این صورت که انواع مختلف کشتی‌ها به خصوص کشتی‌های باربری که باید بار زیادی را تحمل کنند، از آهن ساخته شده‌اند. به همین خاطر تیرآهن‌ها به ویژه تیرآهن‌های نوع H که توانایی تحمل بار زیادی دارند، در ساخت بدنه کشتی کاربرد داشته و ایمنی این سازه‌ها را افزایش می‌دهند.

کاربرد تیرآهن در کشتی

تیر آهنی که به تیرآهن نورد نیز معروف است، معمولاً در ساخت کشتی‌ها استفاده می‌شود. آنها در قالب‌بندی و پشتیبانی ساختاری بدنه و عرشه کشتی استفاده می‌شوند و استحکام و پایداری کشتی را فراهم می‌کنند. تیرآهن در ساخت کشتی‌های تجاری و نظامی استفاده می‌شود و می‌توان آن را در انواع مختلف کشتی از جمله کشتی‌های باری، کشتی‌های نفت‌کش و کشتی‌های دریایی یافت. در یک کشتی باری از تیرآهن آهنی در ساخت انبار برای تحمل وزن محموله و ایجاد یکپارچگی ساختاری کشتی استفاده می‌شود. در یک کشتی نفتکش، از تیرآهن آهنی در ساخت مخازنی استفاده می‌شود که روغن یا مایعات دیگر را در خود نگه می‌دارد و در کشتی‌های نیروی دریایی از تیرآهن فولادی برای پشتیبانی ساختاری سیستم‌ها و تجهیزات مختلف در کشتی استفاده می‌شود.

کاربرد تیرآهن هاش

از تیرآهن H  معمولا در پروژه‌های ساختمانی و مهندسی، به ویژه در ساخت ساختمان‌ها و پل‌ها استفاده می‌شوند. یکی از مزایای اصلی تیرآهن H این است که ظرفیت باربری بالاتری نسبت به تیرآهن I دارند. این به دلیل پهن‌تر بودن فلنج‌های آن‌ها (تیرآهن افقی که شکل "H" را تشکیل می‌دهند) است و سطح بیشتری را برای توزیع وزن فراهم می‌کند. این امر باعث می‌شود که تیرآهن H به ویژه برای استفاده در سازه های بزرگ مانند ساختمان های بلند، پل ها و تاسیسات صنعتی که نیاز به تحمل بارهای سنگین دارند، مناسب باشند. تیرآهن H در سازه‌های اسکلت فلزی برای ساخت ساختمان های تجاری، صنعتی و مسکونی نیز کاربرد فراوانی دارند. آنها به عنوان تکیه‌گاه اصلی سازه برای کف و دیوارها و همچنین برای ایجاد پایداری در ساختار کلی استفاده می‌شوند. تیرآهن H در ساخت پل‌ها و سایر پروژه‌های مهندسی عمران نیز کاربرد فراوانی دارند.

کاربرد تیرآهن لانه زنبوری

یکی از مزایای اصلی تیرآهن لانه زنبوری این است که سبک وزن و در عین حال مستحکم هستند و نسبت مقاومت به وزن خوبی را ارائه می‌دهند. به همین علت از آن‌ها در سازه‌هایی که وزن آن‌ها مورد توجه است، مانند مهندسی هوافضا، دریایی و خودرو استفاده می‌شود. از تیرآهن لانه زنبوری در ساخت‌وساز ساختمان‌ها به ویژه در سیستم‌های کف و سقف نیز استفاده می‌شود. تیرآهن لانه زنبوری پشتیبانی سازه‌ای را ارائه می‌دهند و در عین حال امکان فضاهای باز بزرگ را نیز فراهم می‌کنند و آن‌ها را برای استفاده در ساختمان‌هایی با سقف‌های بلند یا نورگیرهای بزرگ مناسب می کند. همچنین از تیرآهن لانه زنبوری در ساخت پل‌ها استفاده می‌شود که باعث پشتیبانی سازه‌ای و پایداری عرشه و عناصر باربر پل می‌شود. در ساخت پروژه های مهندسی عمران مانند دیوارهای حائل و دیوارهای صوتی نیز از این تیرآهن‌ها استفاده می‌شود. سایر کاربردهای رایج عبارتند از: مواد اصلی در پانل‌های ساندویچ، مورد استفاده در ساخت پره‌های توربین بادی با کارایی بالا، پانل‌های قطارهای پرسرعت و همچنین در طراحی مبلمان و سایر محصولات مصرفی. 

کاربرد سایزهای مختلف تیرآهن

اندازه تیر به ابعاد آن، به‌ویژه عمق و عرض آن اشاره دارد. استفاده از تیرها با اندازه‌های مختلف به پروژه ساختمانی خاص و باری که باید تحمل کنند بستگی دارد. به‌طورکلی، تیرآهن‌های کوچک‌تر در ساخت‌وسازهای مسکونی و کاربردهای سبک استفاده می‌شود، درحالی‌که تیرآهن‌های بزرگ‌تر در ساخت‌وسازهای تجاری و صنعتی و کاربردهای سنگین استفاده می‌شود.

تیرآهن کوچک‌تر، مانند اندازه 6 یا 8، اغلب در ساخت‌وسازهای مسکونی برای قاب‌بندی کف و سقف، و برای حمایت از ایوان‌ها و عرشه‌ها استفاده می‌شود. تیرآهن با اندازه متوسط، مانند اندازه 10 یا 12، اغلب در ساخت‌وسازهای تجاری و صنعتی سبک برای قاب‌بندی کف و سقف، و برای حمایت از نیم طبقه و بالکن استفاده می شود. آنها همچنین ممکن است برای کاربردهای متوسط مانند انبارها یا ساختمان‌های اداری استفاده شوند. تیرآهن بزرگتر، مانند سایز 14 یا 16، در سازه‌های صنعتی و تجاری سنگین برای قاب‌بندی کف و سقف و برای پشتیبانی از تجهیزات سنگین استفاده می‌شود. آن‌ها همچنین ممکن است در ساخت پل‌ها، ساختمان‌های تجاری با دهانه بزرگ و سایر کاربردهای سنگین استفاده شوند

سخن پایانی

همان‌طور که در این مقاله به آن پرداختیم، تیرآهن به عنوان یکی از پراستفاده‌ترین محصولات فولادی در صنعت ساختمان‌سازی و بسیاری از صنایع دیگر شناخته می‌شود. قابلیت‌های منحصر به فرد این محصول در کنار مقاومت بسیار بالایی که دارد، سبب شده تا به انتخاب اول پروژه‌های مختلف تبدیل شود. به طور کلی، تیرآهن یکی از اصلی‌ترین ابزارها برای رسیدن به استحکام در سازه‌های گوناگون در حوزه ساختمان‌سازی و دیگر صنایع است و با توجه به اهمیت زیادی که دارد، به طور مستقیم بر ایمنی و کیفیت پروژه تأثیر می‌گذارد. بنابراین باید حتما در انتخاب تیرآهن مناسب پروژه خود دقت داشته باشید.