بررسی انواع تیرآهن و کاربردهای آن‌ها

تیرآهن (beam) از پراهمیت‌ترین المان‌های یک سازه است که در بخش‌های مختلف آن مثل تیر، ستون، خرپاها و غیره برای تحمل فشارهای ایجاد شده از نیروی برشی و لنگر خمشی استفاده می‌شود. این مقاطع فولادی بزرگ متشکل از یک بخش میانی که به آن جان تیر گفته شده و دو بال که در بالا و پایین آن قرار دارد ساخته شده است. تیرآهن‌ها برای تحمل بار و انتقال آن‌ به ستون‌ها یا دیوارهای نگهدارنده طراحی شده‌اند. تیرها در طیف گسترده‌ای از اشکال و اندازه‌ موجود هستند که هر کدام برای برآوردن نیازهای خاص یک پروژه طراحی شده‌اند. در این مقاله از آلور فولاد به بررسی انواع تیرآهن‌های متداول در ساخت و ساز پرداخته و کاربرد آن‌ها را در صنایع مختلف بررسی می‌کنیم.

تاریخچه تولید تیرآهن

قدمت تولید آهن به دوران باستان بازمی‌گردد، اما آهن عمدتاً برای ابزار و سلاح به جای ساخت و ساز استفاده می‌شد. انقلاب صنعتی در قرن 18 و 19 نقطه عطفی برای تیرهای آهنی بود. پیشرفت در تکنیک‌های تولید آهن، مانند کوره بلندو غیره، تولید انبوه آهن و فولاد را امکان پذیر کرده و در این مدت تیرهای چدنی رایج شد. آهن مذاب در قالب‌ها ریخته می‌شد و امکان ایجاد اشکال پیچیده و طرح‌های زینتی را فراهم می‌کرد. کاخ کریستال در لندن نمونه قابل توجهی از سازه‌ای است که به طور گسترده از تیرهای چدنی در آن استفاده شده است.
سپس تیرهای فرفورژه به عنوان جایگزین برتر برای چدن پدیدار شدند. شکل دادن به آهن گرم شده از طریق فرآیندهای آهنگری و نورد منجر به تیرهای قوی‌تر و انعطاف پذیرتر شد. تیرهای فرفورژه به دلیل خواص بهبود یافته خود در پروژه‌های مختلف ساختمانی کاربرد پیدا کردند. با این حال، ظهور تیرهای فولادی در اواخر قرن نوزدهم، شیوه‌های ساخت و ساز را متحول کرد. فولاد یک آلیاژ آهن با کربن و سایر عناصر، استحکام بالاتر، شکل پذیری بیشتر و مقاومت در برابر خوردگی بهتر را ارائه می‌دهد. تیرهای فولادی، ساخت ساختمان‌ها و پل‌های بلندتر و مستحکم‌تر را امکان‌پذیر ساخت و معماری و مهندسی مدرن را شکل داد.
امروزه تیرآهن‌های فولادی مانند تیرآهن I و تیرآهن H (تیرآهن هاش) پرمصرف‌ترین نوع تیرآهن در ساختمان سازی هستند. آن‌ها با استفاده از روش‌های پیشرفته تولید می‌شوند و برای برآوردن الزامات ساختاری خاص مهندسی شده‌اند. تاریخچه تیرآهن نشان‌دهنده نوآوری مداوم در تکنیک‌های تولید فولاد است که منجر به توسعه عناصر ساختاری قوی و همه کاره می‌شود. این پیشرفت‌ها نقشی حیاتی در تکامل معماری و مهندسی ایفا کرده‌اند و امکان ساخت سازه‌های قابل توجه در سراسر جهان را فراهم ساخته‌اند.

تیرآهن چیست؟

تیرآهن یک پروفیل فولادی است که به دو شکل رایج I و H تولید می‌شود و کاربردهای بسیار زیادی در صنعت و ساختمان‌سازی دارد. تیرآهن‌های I شامل دو نوع متداول INP و IPE و تیرآهن H، شامل دسته بندی‌های HEA و HEB و HEM می‌شود. این نکته قابل توجه است که این نامگذاری بر اساس استاندارد اروپا انجام شده و این مقاطع فولادی در کشورهای مختلف نام گذاری‌های متفاوتی دارند. انواع مختلف تیرآهن دارای خواص مکانیکی و کاربردهای خاصی هستند. در ادامه، ویژگی‌های انواع مختلف تیرآهن معرفی شده را شرح می‌دهیم:

• تیرآهن IPE
  تیرآهن IPE مخفف IPET به عنوان تیرآهن معمولی شناخته شده و شکل ظاهری شبیه حرف “I” را دارد. ضخامت آن ثابت است و بال‌های ابتدایی و انتهایی آن یکسان هستند. این نوع تیرآهن بر اساس استانداردهای اروپایی تولید می‌شود.
• تیرآهن INP
  تیرآهن INP نیز شکل ظاهری مشابه تیرآهن IPE دارد و بر اساس استانداردهای روسیه و چین تولید می‌شود. یک تفاوت مهم این تیرآهن با IPE شکل ظاهری آن بوده به این‌صورت که در نوع INP، از ضخامت بال‌ها با فاصله‌گرفتن از جان، کاسته می‌شود.
• تیرآهن هاش (بال‌پهن)
  تیرآهن هاش یا تیرآهن بال‌پهن، یکی دیگر از مهم‌ترین انواع تیرآهن است که در ساخت سازه‌های عظیم، ستون‌های برج‌ها و پل‌ها استفاده می‌شود. تیرآهن هاش بر اساس طول بال، به سه دسته HEA یا هاش سبک، HEB یا هاش سنگین و HEM یا هاش فوق سنگین تقسیم می‌شود.
• تیرآهن لانه زنبوری
  تیرآهن لانه زنبوری یا شبکه، به صورت متنوعی تولید می‌شود و شکل ظاهری آن شبیه به لانه زنبور است. این نوع تیرآهن در سال 1910 میلادی اختراع شد و برای تحمل بارهای خمشی بزرگتر استفاده می‌شود. همچنین، تیرآهن‌های دیگری نیز وجود دارند که بر اساس شکل و استفاده‌ی آن‌ها در صنایع مختلف نامگذاری می‌شوند. انتخاب نوع مناسب تیرآهن بر اساس نیازهای سازه و پروژه مورد نظر، از اهمیت بالایی برخوردار است.

اندازه‌های متداول تیرآهن در کاربردهای مختلف

سایزهای تیرآهن متنوعی وجود دارد که هر کدام برای استفاده در پروژه‌ها و کاربردهای مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرند. در زیر، برخی از انواع سایزهای تیرآهن را معرفی می‌کنیم:

• سایز 12: تیرآهن با سایز 12 معمولاً در پروژه‌های ساختمانی کوچک و سبک مورد استفاده قرار می‌گیرد.
• سایز 14: این سایز از تیرآهن در کاربردهایی مانند ساختمان‌های مسکونی، کارگاه‌ها و پروژه‌های متوسط استفاده می‌شود.
• سایز 16: تیرآهن با سایز 16 برای ساختمان‌های بزرگتر، پل‌ها و پروژه‌های صنعتی استفاده می‌شود.
• سایز 18: این سایز از تیرآهن در پروژه‌هایی با نیاز به استحکام و پشتیبانی بیشتر استفاده می‌شود، مانند پروژه‌های ساختمانی بلند و پل‌های بزرگ.
• سایز 20: تیرآهن با سایز 20 معمولاً برای پروژه‌هایی با نیازهای بسیار بزرگتر و سنگین‌تر مورد استفاده قرار می‌گیرد، مانند پروژه‌های صنعتی و سازه‌های بزرگ.

به علاوه، سایزهای دیگری نیز وجود دارند که با توجه به نیازهای خاص پروژه و استانداردهای مربوطه مورد استفاده قرار می‌گیرند.

فرآیند تولید تیر آهن

فرآیند تولید تیرآهن، مشابه بسیاری از مقاطع فولادی دیگر، با استفاده از فرآیند نورد گرم انجام می‌شود. در ادامه توضیح مراحل اصلی تولید تیرآهن را آورده‌ایم:

• آماده‌سازی شمش‌های فولادی: در ابتدا، شمش‌های آماده ساخته شده از مواد اولیه فولادی مناسب وارد فرآیند می‌شوند. این شمش‌ها در ابعاد و ضخامت‌های مشخصی تهیه می‌شوند.
• نورد اولیه: شمش‌های فولادی در طول فرآیند از غلتک‌های نورد عبور می‌کنند. در این مرحله، شمش‌ها تحت فشار قرار می‌گیرند و طول آن‌ها افزایش می‌یابد، اما ارتفاع آن‌ها کاهش می‌یابد. این مرحله به صورت تکراری انجام می‌شود تا ابعاد مورد نظر برای تیرآهن به دست آید.
• نورد میانی و پایانی: در این مرحله، شکل نهایی تیرآهن ایجاد می‌شود. شمش‌ها از غلتک‌هایی عبور می‌کنند که به صورت عمودی و افقی کار می‌کنند. این غلتک‌ها به شکل و ابعاد دلخواه شمش‌ها اشکال می‌دهند و تیرآهن را شکل می‌دهند.
• خروج و برش: پس از عبور از غلتک‌ها، تیرآهن به صورت خطی و در اندازه و استاندارد مناسب از خط نورد خارج می‌شود. سپس برای بدست آوردن طول دلخواه، تیرآهن قطع و برش می‌شود.
  توجه داشته باشید که جزئیات فرآیند تولید تیرآهن ممکن است بسته به شرکت‌ها و واحدهای تولیدی مختلف و همچنین نوع تیرآهن متغیر باشد.

کاربردهای تیر آهن چیست؟

تیرآهن یکی از مهمترین مواد ساختمانی است که در صنعت ساخت و ساز استفاده می‌شود. کاربردهای اصلی تیرآهن عبارتند از:

• اسکلت بندی ساختمان‌ها: تیرآهن به عنوان عضو اصلی در اسکلت بندی ساختمان‌ها استفاده می‌شود. این تیرها قادرند بارهای عمودی را از ساختمان به سطح زمین منتقل کنند و برای ایجاد استحکام و سختی در ساختمان‌ها بسیار مهم هستند.
• پل‌ها و سازه‌های بزرگ: در پروژه‌های ساخت پل‌ها و سازه‌های بزرگ مانند تونل‌ها، تیرآهن به عنوان عضو اصلی استفاده می‌شود. این تیرها برای تحمل بارهای سنگین و ایجاد استحکام در سازه‌ها بکار می‌روند.
• ستون‌ها: تیرآهن در ساخت ستون‌ها استفاده می‌شود. ستون‌ها نقش پشتیبانی و انتقال بار را در ساختمان‌ها بر عهده دارند و تیرآهن‌ها به عنوان ستون‌های عمودی استفاده می‌شوند.
• صفحات فولادی و کفی ستونی: در ساخت صفحات فولادی و کفی ستونی نیز از تیرآهن استفاده می‌شود. این تیرها در ایجاد سازه‌های مسطح و پشتیبانی از کفی‌ها و سقف‌ها نقش دارند.
• سازه‌های کلاف: تیرآهن در سازه‌های کلاف نیز استفاده می‌شود. سازه‌های کلاف به صورت افقی در سقف قرار می‌گیرند و بار تیر اصلی را به ستون‌ها منتقل می‌کنند.
• تیرهای باریک کرومیت: تیرهای باریک کرومیت به عنوان اجزای سازه‌ها در پروژه‌های خاص مورد استفاده قرار می‌گیرند. این تیرها طول بیشتر و ضخامت کمتری نسبت به تیرهای معمولی دارند.
  تیرآهن‌ها با اندازه‌ها و سایزهای مختلف در بازار موجود هستند و براساس نیازهای پروژه و استانداردهای مربوطه انتخاب می‌شوند.

مزایای تیر آهن

• استحکام و ظرفیت تحمل بار: تیرهای آهن، به ویژه تیرهای فولادی، استحکام و ظرفیت باربری بالایی را فراهم می‌کنند و به آن‌ها اجازه می‌دهد تا بارهای سنگین و نیروهای قابل توجهی را تحمل کنند. این باعث می‌شود که آن‌ها برای ساخت سازه‌های بزرگ‌مقیاس مانند ساختمان‌ها، پل‌ها و تاسیسات صنعتی مناسب باشند.
• تطبیق پذیری: تیرهای آهنی در اشکال، اندازه‌ها و پیکربندی‌های مختلف وجود دارند که تطبیق پذیری در طراحی و ساخت را ارائه می دهند. آن‌ها می‌توانند برای برآوردن نیازهای پروژه خاص مهندسی شوند و به راحتی در سیستم‌های ساختاری مختلف ادغام شوند.
• دوام: تیرآهن به ویژه تیرهای فولادی به دوام معروف هستند. آن‌ها مقاومت بسیار خوبی در برابر خوردگی، هوازدگی و آفات از خود نشان می‌دهند و می‌توانید از طول عمر سازه‌هایی که در آن‌ها از تیرآهن استفاده می‌شود اطمینان حاصل کنید.
• مقاومت در برابر آتش: تیرهای فولادی در مقایسه با سایر مصالح ساختمانی مانند چوب دارای خواص ذاتی مقاوم در برابر آتش هستند. آن‌ها نمی‌سوزند و می‌توانند یکپارچگی ساختاری خود را در شرایط دمای بالا حفظ کنند و ایمنی آتش‌سوزی را افزایش دهند.
• سرعت ساخت: تیرهای آهنی در خارج از محل پیش ساخته می‌شوند که امکان ساخت سریع‌تر را در مقایسه با روش‌های سنتی در محل می‌دهد. این مورد می‌تواند به کاهش زمان و هزینه‌های ساخت کمک کند.

معایب تیر آهن

• هزینه: تیرآهن، به ویژه آن‌هایی که از فولاد ساخته شده‌اند، در مقایسه با سایر مصالح ساختمانی می‌توانند نسبتاً گران باشند. هزینه ساخت، حمل و نقل و نصب باید در هنگام استفاده از تیر آهن در نظر گرفته شود.
• وزن: تیرهای آهنی می‌توانند سنگین باشند، به خصوص در اندازه‌ها و طول‌های بزرگتر. این ویژگی ممکن است به تجهیزات و نیروی کار اضافی در طول فرآیندهای حمل و نقل و نصب نیاز داشته باشد.
• حساسیت به خوردگی: در حالی که تیرهای فولادی دارای مقاومت ذاتی در برابر خوردگی هستند، همچنان در برابر خوردگی در طول زمان آسیب پذیر هستند، به ویژه در محیط‌های خورنده یا اگر نگهداری مناسب نادیده گرفته شود. پوشش‌های محافظ یا نگهداری منظم ممکن است برای جلوگیری یا کاهش خوردگی لازم باشد.
• هدایت حرارتی: تیرهای آهن، به ویژه تیرهای فولادی، رسانایی حرارتی بالایی دارند. این بدان معنی است که آن‌ها می توانند گرما را به سرعت انتقال دهند و در شرایطی که عملکرد عایق یا حرارتی نگران کننده است، می‎‌تواند یک نقطه ضعف باشد.
• اثرات زیست محیطی: تولید تیرهای آهن، به ویژه تیرهای فولادی، مصرف انرژی و انتشار کربن قابل توجهی دارد. علاوه بر این، استخراج و فرآوری سنگ آهن می‌تواند اثرات زیست محیطی داشته باشد. با این حال، تلاش‌هایی برای بهبود پایداری و قابلیت بازیافت مواد مبتنی بر آهن در حال انجام است.

توجه به این نکته مهم است که مزایا و معایب ممکن است بسته به زمینه خاص، نیازهای پروژه و نوع تیر آهن مورد استفاده متفاوت باشد. تجزیه و تحلیل مهندسی مناسب و در نظر گرفتن نیازهای پروژه برای تصمیم گیری آگاهانه در مورد استفاده از تیر آهن، در ساخت و ساز ضروری است. ایران صنعت فولاد فعالی دارد و تیرآهن را در داخل کشور تولید می‌کند تا بتواند تقاضای پروژه‌های عمرانی و زیربنایی را تامین کند.

کارخانه‌ تولیدکننده تیرآهن در ایران

کارخانه‌های متعددی در ایران در زمینه تولید تیرآهن فعالیت دارند.برخی از تولیدکنندگان بزرگ تیرآهن در ایران عبارتند از:

شرکت ذوب آهن اصفهان: یکی دیگر از تولیدکنندگان بزرگ فولاد در ایران است که در اصفهان واقع شده است. آن‌ها دارای سبد محصولات متنوعی از جمله تیرآهن هستند که با استفاده از فرآیندهای تولید پیشرفته تولید می‌شوند.
شرکت فولاد خوزستان: در اهواز واقع شده و به ظرفیت تولید فولاد معروف است. آن‌ها محصولات مختلف فولادی از جمله تیرآهن را برای تامین نیاز بخش‌های ساختمانی و زیرساختی تولید می‌کنند.
این‌ها تنها چند نمونه از شرکت‌های فولادی در ایران هستند که در تولید تیرآهن فعالیت می‌کنند. ایران دارای صنعت فولاد با سابقه‌ای است که می‌تواند نیازهای بازار داخلی را برآورده کند. سایر تولید کننده‌های تیرآهن در ایران در لیست زیر جای داده شده‌اند:

• فایکو
• ظفر بناب
• شاهین بناب
• کارخانه فولاد ناب تبریز
• آریان فولاد
• کارخانه جهان فولاد غرب در کرمانشاه
• پروفیل صنعت ماهان

سخن پایانی

تیرآهن‌ها اجزای سازه‌ای ضروری هستند که در ساخت و ساز برای پشتیبانی و توزیع موثر بارها استفاده می‌شوند. انواع مختلفی از تیرآهن‌های مورد بحث در این مقاله کاربردهای متنوعی دارند، از پل‌ها و آسمان خراش‌ها گرفته تا ساختمان‌های مسکونی و سازه‌های صنعتی. با درک ویژگی‌ها و کاربردهای هر نوع تیر، مهندسان و معماران می‌توانند هنگام انتخاب مناسب‌ترین تیرآهن، برای پروژه‌های خاص خود تصمیمات آگاهانه بگیرند.