در ساخت و سازها از تیرهای فولادی با مدل های متفاوتی استفاده می شود که هر کدام ویژگی های خاصی دارند. عموما مهندسان و طراحان ساخت و ساز این تیر ها را با توجه به نوع سازه و موقعیت آن ها به کار می برند. تیرهای به کار رفته در ساختمان سازی باید ظرفیت مقاومت در برابر بارهای وارد شده به سازه را داشته باشند. استفاده از مقاطعی که از لحاظ اقتصادی به صرفه بوده و در شرایط مختلف مقاومت خوبی از خود نشان دهند یکی از موارد مهم و مورد توجه برای سازندگان ساختمان سازی هستند. نیمرخ های مناسب برای تیرها در نظر گرفته شده اند که یکی از آنها تیر آهن لانه زنبوری(Castellated Beam) است، اما این تیرها دارای محدودیت های زیادی در ساخت و ساز بوده تا آنجا که استفاده از آن را محدود کرده اند. در این مقاله قرار است با این تیرها و محدودیت های کاربردشان در ساختمان سازی بیشتر آشنا شویم.
تیر آهن لانه زنبوری و کاربرد آنها در ساخت سازه
خانه های قدیمی گلی و سنگی اغلب با تیرهای چوبی نگه داشته می شدند تا اینکه فکر تازه ای به سر بشر زد و آن هم استفاده از تیرهای آهنی بود. این مقطع را ستون نگه داری خانه می دانند. در واقع تیرهای آهن نقش هرکول را در نگه داری مصالح و حفظ ساختمان ها دارند. این مقاطع در مدل های مختلفی تولید شده که استفاده و کاربرد آنها در ساختمان های مختلف وظیفه مهندسان و پیمانکاران است.
یکی از این مقاطع تیر آهن لانه زنبوری بوده که به دلیل ظاهر سوراخ دار خود به لانه زنبوری شهرت داشته و در کشور ما نیز طرفدران زیادی دارد. گروهی از مهندسان و پیمانکاران استفاده از تیر آهن لانه زنبوری را در ساختمان سازی منع می کنند؛ در حالیکه گروهی دیگر لانه زنبوری ها را به سایر تیرها ترجیح می دهند. این روزها تیرآهن های لانه زنبوری در سازه ها به وفور استفاده شده و در پل سازی و ساخت سقف ساختمان ها به جهت سبک سازی کاربرد زیادی دارند. اما در زمان استفاده از تیرهای لانه زنبوری باید چند معیار مهم را در نظر داشت که شامل موارد زیر می شوند:
- اطلاع از میزان مقاومت در اتصالات
- تعیین میزان جان تیر آهن
- بررسی و چک کردن سوراخ هایی که روی تیر آهن قرار دارند
- بررسی کردن قسمت هایی از لبه های تیرآهن زنبوری که جوشکاری شده اند.
- رعایت کلیه ضوابط تعیین شده در آیین ساختمان سازی
با مزایا و معایب تیرهای لانه زنبوری آشنا شویم
تیرهای نورد شده یا جان پر لنگر خمشی زیاد یا خیز کمتری را ایجاد می کنند؛ در حالیکه تیر آهن لانه زنبوری تحمل بیشتری داشته و مقاوم تر ساخته می شوند. این تیر ها در طول خود دارای سوراخ هایی شش ضلعی شبیه به لانه زنبور بوده به همین دلیل به این نام شناخته می شوند. در ادامه به بعضی از مزایای این تیرها آشنا می شویم:
- در تیر آهن لانه زنبوری که سطح مقطع ثابت دارند میانگین ارتفاع تیرها تا یک و نیم برابر افزایش یافته، این عامل موجب افزایش ممان اینرسی و اساس مقطع آن ها شده که استحکام و قدرت بیشتری خواهد داشت.
- ظاهر سوراخ شده این تیرها را که دیده اید. این سوراخ ها به نوعی صرفه جویی در مصرف فولاد به حساب آمده و از لحاظ اقتصادی به صرفه است.
- در بسیاری موارد کارفرمایان جهت رد کردن لوله و سیم های برق و تاسیسات، آن ها را از سوراخ های تیرها رد می کنند. این عامل موجب افزایش ارتفاع مفید سقف ساختمان شده؛ چراکه گاهی جهت عبور تاسیسات از سقف مجبورند تا آن را به صورت غیر مفید ارتفاع داده که اغلب زیبایی سقف را از بین می برد.
- کاهش وزن سازه ها که خود در استحکام ساختمان تاثیر مثبتی دارد
- تیر آهن لانه زنبوری ممان و تحمل بار بیشتری داشته و از این لحاظ برای ساختمان های چند طبقه بسیار مناسب هستند.
اما این تیرها دارای معایبی بوده که باعث شده استفاده از آن ها را در ساخت و ساز منع کنند. با هم با چند نمونه از آنها آشنا شویم:
- جهت یکپارچه و یکدست کردن سرتاسری این تیرها باید تمام تیر را جوشکاری کنند.
- جوشکاری تیر آهن لانه زنبوری موجب تغییر خواص فولاد به کار رفته در آن ها و کم نمودن مقاومت تیر شده که خود در مقاومت و پایداری ساختمان تاثیر منفی خواهد گذاشت.
- کاهش مساحت تیر موجب ایجاد ضعف در قسمت جان آن شده و پتانسیل کمانش جان تیر را افزایش می دهد که این عامل نیز خود در مقاومت تیر آهن تاثیر منفی خواهد گذاشت.
- سوراخ هایی که روی سطح تیر وجود داشته اغلب بعد از مدت زمانی کوتاه تنش را در گوشه های خود متمرکز کرده و در نتیجه موجب حفظ قدرت کامل آن در زمان زلزله خواهد شد.
- گاهی تیر آهن لانه زنبوری را به عنوان تیرچه به کار می برند که موجب مدفون شدن بتن شده و بعضی از حفره ها با بتن پر نشده که خود در میزان استحکام تیرچه اثر منفی خواهد گذاشت.
- نیاز به جوشکاری های وسیع برای ورق های فولادی مانند ورق سیاه بر روی سطح تیر.
- این تیرها به دلیل افزایش ارتفاع جان و نسبتی که عرض تیر به ضخامت آن دارد قدرت فشرده شدن را ندارد.
- این تیرها با سوراخ های خود اغلب فاقد مصالح فولادی در جان تیر بوده که استحکام آنها را ضعیف می کند.
- با استفاده از جوش های کارگاهی که اغلب بی کیفیت هستند مقاومت برشی آن ها پایین آمده و آنها را ضعیف می کنند که وجود این ضعف در تیر آهن لانه زنبوری جهت استفاده برای مهاربندی و قاب های خمشی گزینه مناسبی به حساب نمی آید.
بر چه اساسی سوراخ های زنبوری در این تیرها به کار می روند؟
جهت ایجاد سوراخ ها در تیرهای آهن باید قوانین و اصولی خاص توسط سازندگان آن رعایت شود که این ضوابط را باید در بخش هایی خاص رعایت کرد. به عنوان نمونه در هنگام ایجاد سوراخ در جان تیر بایستی این نکته را در نظر داشت که این سوراخ ها باید از نواحی حفاظت شده تیر که در ابتدا، انتها و نیمه میانی آن قرار دارند دور بوده در واقع باید خارج از این نواحی باشند. نکته ای دیگر این که اطراف سوراخ های تیر باید به گونه ای تقویت شده که مقاومت تیر از لحاظ خمشی یا برشی دچار افت و تنزل نشود.
چه زمانی استفاده از تیر آهن لانه زنبوری در سازه مجاز است؟
- در یک سیستم مهار بندی شده می توان این تیرها را در دهانه های غیر مهاربندی شده استفاده کرد.
- لانه زنبوری ها را می توان در تیرهای فرعی با دو سر مفصلی به کار برد.
نکته: دو سر تیرهای پل عموما از نوع مفصلی است که چون تیرهای فرعی روی آن ها قرار گرفته و برشی زیادی در جان تیر ایجاد می کنند، بهتر است از لانه زنبوری ها استفاده نشود.
نتیجه گیری
تیر آهن یکی از انواع آهن آلات ساختمانی می‌باشد. می توانید ساختمانی را مثال بزنید که در ساخت آن از تیرآهن استفاده نشده و دوام زیادی داشته باشد؟ قطعا خیر. اگر به بافت تاریخی شهر خود رفته و خانه های گلی و قدیمی _ که اغلب اگر به موزه تبدیل نشده باشند جز تلی از خاک چیزی از آنها نمانده است_ ببینید متوجه اهمیت تیرهای آهنی خواهید شد. استفاده از فولاد و تیر آهن در سازه به عمر و استحکام آن می افزاید. ممکن است ساختمان های امروزی که اغلب نیز از تیرهای آهنی مستحکم ساخته شده اند تا قرن ها عمر کنند، خدا را چه دیدید؟ اما استفاده از این تیرها نیز محدودیت هایی دارند که نمونه ای از آنها تیر آهن لانه زنبوری است. در این مطلب با بعضی از دلایل محدود شدن استفاده از تیرهای لانه زنبوری آشنا شدیم. بر اساس این نکات است که مهندسان و کارفرمایان اغلب تیرهای لانه زنبوری را در ساختمان سازی محدود می کنند. پس قبل از استفاده از آنها حتما به محدودیت های کاربردشان توجه نموده تا دچار مشکلات بعدی نشوید.