آشنایی با انواع تیرآهن، مشخصات، ویژگی ها و علت نام گذاری آن ها

به قطعاتی که تحت اثر بارهای جانبی قرار می گیرند تیر یا تیرآهن (beam) گفته می شود. تیرآهن ها در سازه های بتنی و فلزی کاربرد گسترده ای داشته و بعد از میلگرد بیشترین مصرف را در ساختمان سازی دارند. همچنین از این مقطع فولادی در صنایع دیگری مانند کشتی سازی، پل سازی، اسکله سازی و … نیز استفاده می شود.

در سازه های مختلف برای تحمل تنش‌ های حاصل از نیروی برشی و لنگر خمشی از انواع تیرآهن استفاده می ‌شود. انواع تیرآهن در چهار دسته تیرآهن IPE، INP، IPB و تیرآهن لانه زنبوری قابل دسته بندی هستند و در فرآیند تولید همه آن ها از نورد گرم استفاده می شود؛ تنها برخی تفاوت های جزئی در مراحل تولید تیرآهن معمولی و هاش وجود دارد. در این مطلب، قصد داریم به بررسی انواع تیرآهن و دسته بندی آن ها، کاربرد و همچنین روش ‌های برش آن در کارخانه اشاره کنیم. تا پایان این مقاله از دانشنامه آهن  همراه باشید.

تاریخچه تیرآهناولین نیمرخ های فولادی که از نوع نبشی بود در سال ۱۸۱۹ میلادی نورد شد و نیمرخ های I شکل در سال ۱۸۸۴ ساخته شد. اولین آسمانخراش که ابداع آن به ویلیام لو بارون جنی (wiliam Le Baron Jenny) نسبت داده می شود همزمان با اعتصاب بناها عملی شد. قبل از آن، ساختمان های بلند با دیوارهای ضخیم اجرا می شد. او برای ساختمان ۱۰ طبقه خود از ستون های چدنی مدفون در مصالح و برای کف ساختمان از آهن شکل پذیر استفاده کرد.

در سال ۱۸۷۱ در ایالات متحده، آتش سوزی بزرگ شیکاگو هزاران ساختمان چوبی را ویران کرد. پس از آتش ‌سوزی، شیکاگو با ایجاد مقررات سخت ‌گیرانه‌ تر بر استفاده از مصالح ساختمانی غیر قابل احتراق مانند آجر، سنگ و سنگ آهک، تاکید کرد. راه حل های پیشنهادی استفاده از چدن و آهن فرفورژه همراه با آجرکاری بود؛ اما با رشد ساختمان سازی در شهر و نیاز به ساختمان های مرتفع، نیاز به سازه های فولادی، بیش از پیش احساس شد.

از سال ۱۸۷۵ تا ۱۹۲۰ پیشرفت در فناوری و تولید محصول فولادی افزایش یافت. در این دهه، راه ‌آهن‌ ها رشد کردند و مقاطع فولادی به مصالح ساختمانی تبدیل شد. تیرهای بال پهن یا تیرآهن IPB نیز برای اولین بار در این بازه زمانی و در سال ۱۹۰۷ در شرکت بیتلهم (Bethlehem) ساخته شد. در دهه ۱۹۴۰ نیز صدها هزار نفر در کارخانه‌ های فولاد آمریکا مشغول بودند و  از آن زمان، فولاد به طور منظم در ساخت و ساز ساختمان‌ ها استفاده می شود.

تیرآهن چیست؟

به قطعاتی که تحت اثر بارهای جانبی قرار می گیرند، تیر یا تیرآهن (beam) گفته می شود. تیرها معمولا به شکل افقی قرار داده می شوند و بارهای ثقلی را تحمل می کنند؛ ولی حالات استثنایی فراوانی نیز وجود دارد.

تیرها انواع مختلفی دارند که از آن جمله، تیرهای فرعی (joist)، نعلی درگاه ها (intel)، تیرهای اصلی (spandrel)، تیرهای طولی (stringer)، تیرهای کف (floor beams) و شاه تیر (girder) را می توان نام برد.

• تیرهای فرعی به تیرهایی گفته می شود که با فاصله کم از یکدیگر، بار کف ها و سقف های ساختمان ها را تحمل می کنند.
• تیرهای نعل درگاه در قسمت بازشو دیوارها قرار گرفته و بار روی در و یا پنجره را تحمل می کنند.
• تیرهای اصلی، بار دیوارهای خارجی، بخشی از بار کف یا ورودی ساختمان را تحمل می کنند.

• تیرهای طولی در پل ها به موازات طول پل قرار داشته و بار عبورگاه پل را تحمل می کنند.
• تیرهای کف عمود بر تیرهای طولی قرار دارند که بار عبورگاه را از تیرهای طولی به شاه تیرهای پل یا خرپاها منتقل می کنند.

• شاه تیر نیز به تیری گفته می شود که تیرهای دیگر به آن بار منتقل می کنند. شاه تیرها معمولا دارای مقطع I شکل و ارتفاع بالا هستند.

علاوه بر دسته بندی انواع تیر، با توجه به کاربردی که در بالا معرفی کردیم، انواع تیرآهن از نظر استاندارد تولید نیز قابل دسته بندی هستند که در ادامه به آن ها می پردازیم؛ اما قبل از آن باید با دو اصطلاح اصلی، یعنی بال و جان تیرآهن آشنا شوید.
جان تیر آهن : همانطور که در تصویر زیر مشاهده می کنید، به قسمت اصلی و بخش میانی تیر آهن، جان تیر آهن می گویند.
بال تیر آهن : به کناره ها و لبه های یک تیر آهن، بال تیر آهن می گویند.

تیر آهن به سه صورت یافت می‌شود.

1. تیر آهن IPE (استاندارد اروپا و ایران)
2. تیر آهن INP (استاندارد چین و روسیه)
3. تیر آهن IPB (بال پهن)

انواع استاندارد تیرآهن

تیرآهن های موجود در بازار به دو شکل مقطع I و H هستند و در چهار استاندارد زیر تولید و عرضه می شوند. بین این استانداردها نیز دو نوع تیرآهن IPB یا تیرآهن هاش و تیرآهن IPE رایج ترین و پرطرفدارترین تیرآهن در ایران محسوب می شوند. در ادامه به معرفی هر کدام از این تیرآهن ها به طور مختصر می پردازیم.

1. تیرآهن IPE
2. تیرآهن INP
3. تیرآهن IPB یا هاش
4. تیرآهن لانه زنبوری

۱- تیر  IPE یا W shape و کاربرد آن

این نوع تیرآهن از نظر ظاهری، شبیه به حرف I است و ضخامت بال هایش از ابتدا تا انتها ثابت است. به این نوع تیرآهن در ایران، تیرآهن معمولی یا تیر می گویند و در کشورهای دیگر، به نام I-beam  یا W shapes  نیز شناخته می شود. تیرآهن IPE بر اساس استانداردهای اروپایی تولید شده و در ایران بیشترین کاربرد را دارد. ارتفاع این محصول از ۸۰ تا ۶۰۰ میلی متر قابل تولید است. کاربرد تیرآهن IPE در صنعت ساختمان سازی، برای تولید خرپا، ستون و موارد دیگر استفاده می شود.

قیمت تیرآهن IPE

از عوامل موثر بر قیمت تیرآهن IPE استاندارد تولید، وزن هر شاخه تیرآهن، نوع و جنس آلیاژها و همچنین کارخانه سازنده تیرآهن IPE می باشد. به همین دلیل حتما در زمان خرید تیرآهن IPE، حتما به مشخصات تیرآهن و کارخانه تولید کننده آن توجه نمایید. در عین حال برای انتخاب بهترین قیمت این نوع تیرآهن می توانید به رصد روزانه قیمت این مقطع فولادی و مقایسه آن با سایر قیمت ها بپردازید تا بتوانید در بهترین زمان و مناسب ترین کیفیت اقدام به خرید نمایید.

۲- تیر INP یا S shape و کاربرد آن

این نوع تیرآهن، مانند تیرآهن IPE، شبیه به حرف انگلیسی I است، با این تفاوت که ضخامت بال در آن یکسان نیست و شیب حدودی ۱۷ درجه دارد. به این معنی که ضخامت بال های آن در ابتدا نازک بوده و به تدریج در انتها و در نزدیکی جان، ضخیم می گردد. تیرآهن INP طبق استاندارد آمریکا تولید شده و با نام S shapes نیز شناخته می شود. بیشترین استفاده و تولید تیرآهن INP نیز در کشورهای چین و روسیه انجام می گیرد. ارتفاع این تیرآهن (مانند تیرآهن IPE) تقریبا ۸۰ تا ۶۰۰ میلی متر است. کاربرد این نوع از تیرآهن در صنایع کشتی سازی، ساختمان سازی، سد سازی، برج سازی، اسکله سازی و پل سازی می باشد. تیرآهن های INP تحمل بار کمتری نسبت به تیرآهن‌ های IPE دارد؛ به همین دلیل، قیمت آن نیز کمتر است.

۳- تیرآهن IPB (تیرآهن هاش) یا H shape و کاربرد آن

شکل ظاهری این تیرآهن، شبیه به حرف H است؛ به همین دلیل به آن تیرآهن اچ، تیرآهن هاش یا H shapes می گویند. در تیرآهن هاش، بال و جان برابر هستند. ابعاد این تیرآهن نسبت به دو تیرآهن قبلی بیشتر است و بال های پهن تری نسبت به تیرآهن IPE دارد. ارتفاع تیرآهن IPB تقریبا بین ۱۰۰ تا ۱۰۰۰ میلی متر است. تیرآهن IPB در سه نوع سبک، سنگین و فوق سنگین، با فولادهای St52 ،St44 و St37 تولید می ‌شوند. تیرآهن هاش به دلیل مقاومت بالایی که دارد، بیشتر در ساخت ستون های ساختمان کاربرد دارد.

تیرآهن های هاش موجود در کشور در دو نوع هاش ذوب آهن و هاش وارداتی می باشند که قبل از خرید تیرآهن هاش باید به قیمت آن ها توجه نمایید. به طور کلی می توان گفت قیمت تیرآهن هاش وارداتی بیشتر از تیرآهن های تولید داخل می باشد. در همین راستا قیمت تیرآهن هاش ذوب آهن نیز علاوه بر کیفیت بالایی که دارد، به صرفه تر بوده و در سایزهای۱۴ – ۱۶ – ۱۸ – ۲۰ – ۳۰ سبک و سنگین در بازار موجود می باشد.

۴- تیر لانه زنبوری (CPE) و کاربرد آن

تیرآهن لانه زنبوری، همان تیرآهن معمولی یا IPE است که در کارگاه و با استفاده از چند مرحله برش به شکل لانه زنبوری در می آید. در واقع این نوع تیرآهن به دلیل شکل ظاهری خود و داشتن حفره هایی در طول جان تیرآهن، به این نام خوانده می شود.  تیرآهن لانه زنبوری، وزن سبک تری نسبت به سایر تیرآهن ها دارد و به دلیل وجود حفره های خود که معمولا شش ضلعی یا دایره ای است، برای عبور تاسیسات، لوله های برقی و ساخت و سازهای سبک مورد استفاده قرار می گیرد.

قیمت تیرآهن لانه زنبوری

به این دلیل که تیر لانه زنبوری معمولا از تیرآهن IPE ساخته می شود، در نتیجه قیمت تیرآهن لانه زنبوری متاثر از قیمت تیرآهن IPE خواهد بود. همچنین سایز تیرآهن و وزن آن ها بعد از تولید، در قیمت نهایی تیر زنبوری تاثیرگذار است. د

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 مستقیما به شکل، مقطع یا کیفیت محصول اشاره دارد.

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 با بال های پهن است.

همچنین نام گذاری و علامت اختصاری تیرآهن ها را به صورت زیر می توان بررسی کرد:

دلیل نام گذاری تیرآهن IPE یا W-beams

W در W-beams به معنای بال پهن یا «wide flange» بودن تیرآهن است.

IPE نیز مخفف سه عبارتI-section beam  (نشان دهنده سطح مقطع تیرآهن)،parallel flanges  (به معنی بال موازی) وEuropean  به معنی تولید بر اساس استاندارد اروپا (استاندارد UNI 5398 اروپا) می باشد.

دلیل نام گذاری تیرآهن INP یا S-beams

S در S-beams به معنای استاندارد (standard) است.

در INP نیزI  نشان دهنده سطح مقطع تیرآهن وN  به معنی narrow flanges یا بال های باریک می باشد.

دلیل نام گذاری تیرآهن IPB یا H-beams

H در H-beam به شکل ظاهری تیرآهن اشاره دارد که به شکل حرف H است.

IPB نیز نشان دهنده Wide wing wide parallel ( بال پهن موازی) است.

جدول استاندارد تیرآهن و ابعاد آن ها

استانداردهای ملی و بین المللی مصوب برای تولید انواع تیرآهن در جدول زیر، به عنوان یک مرجع گردآوری شده اند. در این جدول، علاوه بر معرفی استانداردهای تولید، مشخصات انواع تیرآهن ساختمانی از جمله سایز و وزن آن ها نیز بررسی شده اند.

تیرآهن کارخانه های مختلف را چگونه تشخیص دهیم؟

علامت مشخصه تیرآهن ها، شامل حروف اختصاری کارخانه تولیدکننده به همراه سایز تیرآهن است که روی بال آن ها حک می شود. به عنوان مثال، حروف اختصاری ESCO روی بال تیرآهن های تولیدی کارخانه ذوب آهن اصفهان حک می شود و یا علامت اختصاری تیرآهن اهواز INSIG به معنای گروه ملی فولاد ایران به همراه سایز تیرآهن می باشد.

مزایای استفاده از تیرآهن

مهم ترین مزیت های استفاده از تیرآهن در صنعت ساختمان سازی شامل موارد زیر است:

• اجرا و نصب سریع
• امکان اتصال چندین قطعه
• امکان توسعه پس از اتمام سازه
• وجود تیرها در بازار به صورت پیش ساخته
• کاربرد فراوان در ارتفاع زیاد

معایب استفاده از تیرآهن

معایب استفاده از تیرآهن در ساخت و ساز، عبارتند از:

• ضعیف شدن تیر در دمای بالا
• احتمال خوردگی
• تمایل به کمانش
• عدم اتصال مناسب قطعات به یکدیگر

کاربردهای تیرآهن

تیرآهن ها در سازه های بتنی و فلزی کاربرد گسترده ای داشته و بعد از میلگرد، بیشترین مصرف را در ساختمان سازی دارند. اصلی ترین کاربرد تیرآهن ها را می توان به صورت زیر بیان کرد:

• کفی ستون
• تیرهای اصلی (شاه تیر)
• تیرهای میانی
• خرپا
• کف سوله ها و انبارها

دیگر کاربردهای این مقطع فولادی در صنایعی مانند کشتی و اسکله سازی، پل سازی و … می باشد.

نحوه تولید تیرآهن

تیرآهن، مانند مقاطع فولادی دیگر از شمش های فولادی تولید می شود. در فرآیند ساخت تیرآهن، شمش های فولادی در کوره هایی تا دمای ۱۱۰۰ درجه سانتی گراد ذوب شده و با استفاده از غلتک به شکل دلخواه در می آیند و در طول های مشخصی برش می خورند. به طور کلی، فرآیند تولید تیرآهن در ۳ مرحله انجام می شود:

1. نورد
2. فرآیند سایزینگ
3. کنترل و بسته بندی

بسیاری از کارخانه های کشور در زمینه تولید انواع تیر آهن های فولادی فعالیت می کنند. با توجه به آمارها می توان گفت بخش عمده تولیدکنندگان این مقطع فولادی در مرکز و غرب کشور قرار دارند. از جمله این کارخانه ها می توان به کارخانه ذوب آهن اصفهان، مجتمع جهان فولاد غرب، کارخانه گروه ملی اهواز، مجتمع پروفیل صنعت ماهان، کارخانه فولاد ناب تبریز و … اشاره کرد. بین کارخانه های فوق، تیرآهن های اصفهان و اهواز از محبوبیت بیشتری برخوردارند.

کارخانه ذوب آهن، معروف ترین و بزرگترین تولید کننده تیرآهن در ایران، امکان تولید انواع تیرآهن IPE ،INP و IPB را به صورت سبک و سنگین دارا می باشد. تیرآهن های تولیدی این کارخانه مطابق با استانداردهای ملی ایران و استانداردهای بین المللی انجام می گیرد. همچنین تیرآهن های ذوب آهن از نظر وزنی نزدیک ترین مقدار را به جدول اشتال دارند و طبیعتا از کیفیت و قیمت بیشتری نیز برخوردار هستند. کارخانه گروه ملی اهواز نیز در زمینه تولید تیرآهن IPE و تیرآهن I7 (تیرآهن IPE سبک) مشغول به فعالیت می باشد. تیرآهن های تولیدی این کارخانه نیز با توجه به استانداردهای ملی ایران تولید می شوند و کیفیت بالایی دارند. می توان گفت از نقاط قوت تیرآهن های دو شهر اصفهان و اهواز، تولید طبق استانداردهای جهانی است؛ اما تفاوت هایی نیز بین آن ها وجود دارد که از جنبه های گوناگون قابل بررسی است. در مقاله زیر می توانید مقایسه بین این دو تیرآهن را مطالعه نمایید.

• کارخانه ذوب آهن اصفهان: تولید انواع تیرآهن IPE، INP و IPB به صورت سبک و سنگین
• کارخانه گروه ملی اهواز: تولید انواع تیرآهن IPE و I7 (تیرآهن IPE سبک)
• کارخانه فولاد ناب تبریز: تولید انواع تیرآهن IPE و I7
• مجتمع پروفیل صنعت ماهان: تولید انواع تیرآهن IPE
• مجتمع جهان فولاد غرب (کرمانشاه): تولید انواع تیرآهن IPE
• کارخانه ظفر بناب: تولید انواع تیرآهن IPE
• کارخانه فولاد البرز ایرانیان (فایکو): تولید انواع تیرآهن IPE
• کارخانه شاهین بناب: تولید انواع تیرآهن IPE و I7
• کارخانه فولاد یزد (احرامیان): تولید انواع تیرآهن IPE

چگونه تیرآهن تقلبی را از اصل تشخیص دهیم؟

از آنجایی که تمامی تیرآهن ها در کارخانه های تولید تیرآهن ساخته می شوند و امکان ساخت آن ها از روش های دیگر و غیر اصولی وجود ندارد، در نتیجه، تولید تیرآهن تقلبی غیر ممکن است؛ اما این به آن معنی نیست که تمامی تیرآهن های موجود در بازار از اصالت، درصد خلوص و مقاومت بالایی برخوردار هستند.

همچنین، به خاطر تاثیر بالای مقاومت و کیفیت تیرآهن در ایمنی سازه ها، حتما به پارامترهای تشخیص تیرآهن اصل و استاندارد توجه فرمایید .

تیرآهن، طبق استانداردهای مختلفی تولید می شود. همانطور که گفته شد، انواع تیرآهن های موجود در بازار، شامل تیرآهنIPB ,INP و IPE است. همچنین تیرآهن لانه زنبوری نیز از برش و اتصال تیرهای معمولی تولید می شود. هر کدام از تیرآهن هایی که ذکر کردیم، دارای مشخصات و ویژگی هایی هستند؛ به همین خاطر از آن ها استفاده های مختلفی می شود که در این مطلب شرح داده شد.

سوالات متداول انواع استانداردهای تیرآهن