وقتی صحبت از تیرآهن می‌شود، اولین موردی که به ذهنمان می‌رسد استفاده از این مقاطع فولادی در ساختمان‌های فلزی است. جایی که از تیرآهن‌های فولادی به منظور ستون‌های ساختمان، عضوهای باربر و نیز پشتیبان استفاده می‌شود. اما این آهن‌آلات کاربردهای گسترده‌تری دارند و ردپای آن را در صنایع دیگر به غیر از ساختمان‌سازی نیز می‌توان یافت. بااین‌حال، این کاربردهای تیرآهن شاید به اندازه استفاده از آن در ساختمان‌سازی چندان شناخته شده نباشند. ضمن اینکه، سایزهای مختلف از تیرآهن کاربردهای منحصربه‌فردی داشته و این مورد در رابطه با انواع این محصولات از نظر شکل و حالت نیز صدق می‌کند. در ادامه به بررسی کاربرد تیرآهن در صنایع مختلف با توجه به نوع و سایز آن‌ها می‌پردازیم.
کاربرد انواع تیرآهن فولادی چیست؟
تیرآهن‌ها بر اساس نوع و شکل سطح مقطع آن‌ها به انواع مختلف تیرآهن معمولی یا IPE، تیرآهن INP، تیرآهن هاش یا IPB و تیرآهن لانه زنبوری تقسیم می‌شوند. تیرآهن‌های اروپایی یا IPE به دلیل نسبت استحکام به وزن مطلوبی که دارند، دارای بیشترین کاربرد در ساختمان‌سازی هستند. در مقابل نیز، تیرآهن هاش سنگین‌ترین نوع تیرآهن است و اغلب کاربردهای صنعتی دارد. تمامی انواع تیرآهن‌های یاد شده دارای کاربردهای مهمی هستند که سبب شده تیرآهن فولادی پس از میلگرد، دومین محصول پرطرفدار و پرفروش در بحث ساخت‌وساز باشد.
کاربرد تیرآهن در ساختمان‌سازی
به‌طور کلی، از تیرآهن‌های IPE در ساختمان‌سازی استفاده می‌شود. این مقاطع در سایزهای 12 الی 30 در بازار موجود هستند که ازاین‌بین، تیرآهن 12، تیرآهن 14، تیرآهن 16 و تیرآهن 18 مهم‌ترین و پرکاربردترین سایزهای تیرآهن‌های معمولی در ساخت‌وساز هستند. به دلیل طول شاخه زیاد و نیز استحکام بسیار خوبی که این تیرآهن‌ها دارند، اغلب از آن‌ها در ساخت ستون‌های فلزی ساختمان استفاده می‌شود. اما این تنها یکی از کاربردهای گسترده تیرآهن در ساختمان است که در ادامه به جزئیات بیشتری از چگونگی استفاده از تیرآهن در ساختمان‌سازی اشاره خواهیم کرد.
کاربرد تیرآهن در اسکلت سازی
اسکلت یک سازه فولادی را تیرآهن‌ها تشکیل می‌دهند. این اسکلت شامل ستون‌ها و تیرها است که از آن‌ها به عنوان تیر اصلی یا شاه تیر نیز یاد می‌شود. شاه تیر با اتصال به ستون‌ها، وظیفه پشتیبانی و نگهداری از تیرهای میانی را بر عهده دارد.
کاربرد تیرآهن در کفی ستون
کفی ستون باید دارای قابلیت جوشکاری و سوراخ‌کاری باشد تا بتوان آن را به نبشی و ستون‌ها در ساختمان متصل کرد و وظیفه حفاظت از نبشی‌ها و ستون‌ها را بر عهده دارد. به همین دلیل استفاده از تیرآهن فولادی برای چنین کاربردی مناسب است، چرا که تیرآهن‌های فولادی اغلب از گرید St37 ساخته می‌شوند که نوعی فولاد کم کربن است و قابلیت جوشکاری و سوراخ‌کاری بسیار خوبی دارد.
استفاده از تیرآهن در تیرک های میانی
تیرک‌های میانی اندازه کوچک‌تری نسبت به ستون‌ها و شاه تیر دارند و به آن‌ها تیرآهن کوچک نیز گفته می‌شود. با اینکه تیرک‌های میانی نسبت به شاه تیر از اهمیت کمتری برخوردار هستند اما نمی‌توان از نقش آن‌ها در تحمل بارهای وارد بر سازه چشم‌پوشی کرد. این تیرک‌های میانی به گونه‌ای در یکدیگر قفل می‌شوند که توانایی تحمل نیرو و فشار زیاد را داشته باشند. به عبارتی، کاربرد تیرآهن به عنوان تیر میانی شامل انتقال فشار به صورت عمودی به ستون‌ها و شاه تیر است.
استفاده از تیرآهن به عنوان تیر کرومیت
تیرآهن کرومیت از تیرک‌ها باریک‌تر بوده اما طول بلندتری دارند و به همین دلیل به آن‌ها تیر باریک گفته می‌شود. تیرآهن کرومیت حاوی یک سطح نشیمنگاه بوده که بر روی تیر اصلی قرار گرفته و محکم می‌شوند.
کاربرد تیرآهن در تیر کلاف
تیر کلاف نوعی تیر افقی است که به صورت دو تیر عرضی به خرپای سقف متصل می‌شود. وظیفه تیر کلاف انتقال بار از تیرهای اصلی به ستون‌های ساختمان است.
کاربرد تیرآهن در صنایع دریایی
ساخت اسکله یکی دیگر از مهم‌ترین کاربردهای تیرآهن فولادی است. اسکله باید بتواند به عنوان یک مرکز لجستیک عمل کرده و پایه‌ای قوی داشته باشد. بنابراین باید از تیرآهن‌هایی با بیشترین استحکام و تحمل بار برای چنین کاربردی استفاده کرد. تیرآهن هاش همان چیزی است که در اینجا بیشترین کاربرد را دارد. البته تیرآهن‌های معمولی نیز در صنایع دریایی کاربرد دارند که برای مثال می‌توان به استفاده از تیرآهن‌های IPE و INP برای ساخت عرشه کشتی اشاره کرد.
کاربرد تیرآهن در ساخت پل
همچون صنایع دریایی، پل سازی نیز یک صنعت حساس تلقی می‌شود و بنابراین موادی که در ساخت پل به کار برده می‌شوند باید از استحکام و دوام مطلوبی برخوردار باشند. تیرآهن لانه زنبوری و هاش سنگین ازجمله مقاطع فولادی هستند که در پل‌سازی مورد استفاده قرار می‌گیرند.
کاربرد انواع تیرآهن در پالایشگاه ها
سازه‌های پالایشگاهی باید علاوه‌بر استحکام مطلوب، در طول زیاد ساخته شوند. به همین دلیل تیرآهن‌ها برای چنین منظوری ایدئال هستند. در بین انواع تیرآهن نیز، تیرآهن هاش به دلیل هندسه و سطح مقطع خاصی که دارد دارای بیشترین میزان تحمل در برابر نیروهای برشی و خمشی است و امکان پشتیبانی از سازه تا طول 100 متر توسط آن وجود دارد و برای کاربرد در چنین موقعیتی بسیار مناسب است.
کاربرد سایزهای مختلف تیرآهن
با اینکه تیرآهن‌ها اکثراً در طول 12 متر تولید می‌شوند اما همان‌طور که پیش‌تر به آن اشاره شد، تیرآهن‌های سایز 12 تا 18 بیشترین استفاده را در ساخت‌وساز دارند. دلیل این امر به استاندارد بودن وزن و استحکام این مقاطع فولادی در کاربردهایی مانند ساختمان‌سازی مربوط می‌شود. یکی از فاکتورهای کلیدی در ساختمان، وزن سبک آن توأم با مقاومت بالا است. این الزامات طراحی توسط تیرآهن‌های سایز 12 تا 18 به خوبی تأمین می‌شوند و به همین دلیل این سایزها از تیرآهن پرفروش‌ترین سایز تیرآهن در ایران هستند.
کاربرد تیرآهن 12
تیرآهن 12 دارای طول جان در حدود 12 سانتی‌متر و طول بال معادل 64 میلی‌متر بوده که وزن هر متر از آن در حدود 10.4 کیلوگرم است. بنابراین، یک شاخه 12 متری تیرآهن 12 دارای وزنی در حدود 125 کیلوگرم است. مهم‌ترین کاربرد تیرآهن 12 در ساختمان استفاده از آن در ساخت ستون ساختمان‌های معمولی و زیر 3 طبقه است. ازآنجایی‌که ستون‌ها مهم‌ترین بخش‌های یک اسکلت فلزی هستند، شاید بتوان به دلیل استفاده فراوان و محبوبیت این سایز از تیرآهن پی برد. در بین تیرآهن‌های 12 موجود در بازار، وزن تیرآهن 12 اصفهان حدود 126 کیلوگرم بوده که به وزن جدول اشتال تیرآهن بسیار نزدیک است و محصول این برند یکی از پرفروش‌ترین سایزهای تیرآهن در بازار ایران است. از تیرآهن 12 در پوشش سقف و نیز به عنوان تیر نیز استفاده می‌شود.
کاربرد تیرآهن 14
یکی دیگر از پرطرفدارترین سایزهای تیرآهن در ایران، تیرآهن 14 است که طول جان و بال آن به ترتیب در حدود 14 سانتی‌متر و 73 میلی‌متر است. وزن واحد طول این نوع تیرآهن نیز 12.9 کیلوگرم بوده و شاخه 12 متری از آن حدود 154.8 کیلوگرم وزن دارد. وزن تیرآهن 14 اصفهان برابر با 155 کیلوگرم بوده که مطابق با جدول اشتال است و همچون سایز 12، تیرآهن سایز 14 این کارخانه نیز حرف اول را در ایران می‌زند.
کاربرد تیرآهن 14 در ساختمان‌سازی به صورت استفاده به عنوان ستون و تیر است. بااین‌حال، کاربرد تیرآهن 14 به عنوان ستون بستگی به محاسبات فنی و الزامات طراحی داشته و اینکه چه مقدار وزن و مقاومت در سازه مورد نیاز است. تیرآهن 14 به دلیل وزن بیشتری که دارد قادر است بارهای بیشتری هم نسبت به تیرآهن 12 تحمل کند اما وزن بالاتر اغلب یک نقطه‌ضعف در نظر گرفته می‌شود تا اینکه یک مزیت باشد. در سازه‌های سبک از تیرآهن 14 برای ساخت ستون استفاده می‌شود، حال آنکه در سازه‌های سنگین‌تر به عنوان تیر فرعی ایفای نقش می‌کند.
کاربرد تیرآهن 16
تیرآهن 16 وزن و مقاومت بیشتری نسبت به سایزهای 12 و 14 دارد. از این نوع تیرآهن می‌توان در کاربردهایی مانند ساخت خرپا، نعل، پل لانه زنبوری، ستون و تیرهای فرعی استفاده کرد. مطابق با جدول اشتال، یک تیرآهن 16 استاندارد دارای وزن واحد طول 15.8 کیلوگرم است که برای یک شاخه 12 متری از آن، حدود 190 کیلوگرم می‌شود. ضخامت بال و جان این تیرآهن به ترتیب حدود 5 و 7.4 میلی‌متر است. هرچه وزن تیرآهن سنگین‌تر شود، به همان نسبت به قیمت آن نیز افزوده خواهد شد و بنابراین تیرآهن 16 نسبت به تیرآهن‌های 12 و 14 گران‌تر است.
کاربرد تیرآهن 18
این سایز از تیرآهن در بین تیرهای متوسط بیشترین استحکام و قابلیت تحمل بار را دارد که این امر از وزن بالای آن ناشی می‌شود. طول جان این تیرآهن 18 سانتی‌متر و طول بال آن 91 میلی‌متر است. هر متر از تیرآهن 18 وزنی در حدود 18.8 کیلوگرم دارد و این یعنی شاخه 12 متری آن 225 کیلوگرم است که در مقایسه با تیرآهن‌های 12، 14 و 16 بیشتر است.
بااینکه استفاده از تیرآهن در بخش‌های مختلف ساختمان تابع محاسبات دقیق و الزامات طراحی است، اما در ساخت ستون‌های اصلی برای ساختمان‌های چندین طبقه معمولاً از تیرآهن 18 استفاده می‌شود. خصوصاً در ستون‌های طبقات ابتدایی که کل وزن سازه را تحمل می‌کنند و تیرآهنی که در چنین موقعیت‌هایی به کار برده می‌شود باید دارای استحکام و مقاومت بسیار خوبی باشد.
مزایا و معایب استفاده از تیرآهن
شاید تصور کنید که چون در سازه‌های فولادی تیرآهن نقش اصلی را ایفا می‌کند، پس این مقاطع بدون هیچ‌گونه عیب و محدودیتی هستند. اما باید بگوییم که این‌طور نیست و تیرآهن‌ها با وجود مزایایی که دارند، از برخی جنبه‌ها ممکن است در حین کاربرد محدودیت‌هایی را در سازه ایجاد کنند. حال این مزایا و معایب تیرآهن چیست؟
مزایای تیرآهن فولادی
- استحکام بالا و مقاوم در برابر انواع نیروهای فشاری، کششی، خمشی و برشی
- افزایش سرعت ساخت‌وساز در صورت استفاده از تیرآهن
- کاربرد به عنوان تیر و ستون و اشغال فضای کمتر نسبت به تیرهای بتنی
- قابلیت کاربرد در ارتفاع بالا
- کمک به سبک‌سازی سازه نسبت به استفاده از اسکلت بتنی
معایب تیرآهن فولادی
- کمانش تیرآهن، مهم‌ترین عیب تیرآهن‌های فولادی
- عدم مقاومت در برابر درجه حرارت بالا
- احتمال وقوع خوردگی و زنگ‌زدگی در آن‌ها
- افت کارایی در صورت عدم اتصال و جوش‌پذیری مناسب به سایر اجزا
تولیدکنندگان انواع تیرآهن
به دلیل کاربرد تیرآهن در صنایع مختلف از ساخت‌وساز درون شهری همچون مسکن گرفته تا صنایع دریایی، پل‌سازی و غیره، این مقاطع فولادی یکی از پرفروش‌ترین مصالح ساخت‌وساز به شمار می‌روند. در نتیجه تولیدکنندگان متعددی نیز در جهت تولید و عرضه این محصول فعالیت می‌کنند تا نیاز بازار داخل به انواع تیرآهن برآورده شود تا جایی که شاهد یک رقابت نزدیک و سنگین در بین بهترین تولیدکنندگان تیرآهن در ایران هستیم.
از آنجایی‌که بیشترین حجم مصرف تیرآهن به ساخت سازه‌های اسکلت فلزی مربوط می‌شود و این سازه‌ها نیز در انواع شرایط آب و هوایی پایدارند، تولیدکنندگان تیرآهن در ایران در سرتاسر کشور پراکنده شده‌اند تا خدمات‌رسانی و خرید تیرآهن از نزدیک‌ترین تولیدکننده میسر باشد. با این حال برخی برندها به دلیل اعتبار، کیفیت محصولات و قیمت مناسبی که دارند، در بین خریداران از محبوبیت بیشتری برخوردار هستند.
برترین تولیدکنندگان تیرآهن در ایران عبارت‌اند از:
- تیرآهن ذوب آهن اصفهان
- تیرآهن فایکو
- تیرآهن اهواز
- تیرآهن یزد
- تیرآهن شاهین بناب
- تیرآهن ماهان
- تیرآهن کرمانشاه
- تیرآهن ناب تبریز
سخن پایانی
تیرآهن فولادی از آن دست مقاطعی است که تنوع زیادی بر اساس شکل سطح مقطع و کاربرد دارد و در صنایع مختلفی قابل استفاده است. بااین‌حال، آنچه که باید قبل از استفاده از تیرآهن به آن دقت شود، میزان تحمل بار و وزن سازه فلزی است. هرچه سازه سبک‌تر باشد طبیعتاً بهتر بوده اما باید دید که تا چه میزان می‌توان وزن را کاهش داد به‌نحوی‌که استحکام مطلوب همچنان حفظ شود. استفاده از تیرآهن‌های اروپایی که به تیرآهن معمولی IPE نیز معروف‌اند، آن‌هم در سایزهای 12 الی 18، برای تأمین هر دو نیاز استحکام بالا و وزن سبک ایدئال هستند. اما باید به نوع کاربرد تیرآهن در ساختمان و دیگر سازه‌ها و نقش باربری آن‌ها نیز توجه شود.
سؤالات متداول
در ادامه به برخی سوالات کاربران درباره انواع تیرآهن و مزایا و معایب استفاده از آن اشاره خواهیم کرد.
1- مهم‌ترین کاربرد انواع تیرآهن چیست؟
تیرآهن‌های معمولی IPE در ساختمان‌سازی به عنوان ستون، شاه تیر، تیرهای فرعی و غیره کاربرد دارند و تیرآهن‌های INP، IPB یا هاش و تیرآهن لانه زنبوری نیز اغلب کاربردهای صنعتی دارند.
2- بهترین سایز تیرآهن برای ساخت ساختمان کدام است؟
برای ساخت ساختمان‌های تا 3 طبقه معمولاً از تیرآهن 12، 14، 16 و 18 به عنوان ستون، تیرها، خرپا، کفی ستون و غیره استفاده می‌شود.
3- بهترین تیرآهن موجود در بازار ایران کدام است؟
کیفیت تیرآهن ذوب آهن اصفهان در بازار زبان زد است اما تیرآهن‌های فایکو، اهواز، شاهین بناب، یزد، ماهان، کرمانشاه و ناب تبریز هم جزو برندهای باکیفیت و دارای قیمت مناسب محسوب می‌شوند.