تیرآهن چیست؟ کاربرد انواع تیرآهن در ساختمان سازی

تیرآهن نقش بسیار مهمی در پایداری و استحکام سازه‌ها ایفا می‌کند و به عنوان پایه‌ای برای تحمل بارهای سنگین و توزیع یکنواخت نیروها در ساختمان‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد. انواع مختلف تیرآهن‌ها، هر کدام با ویژگی‌های خاص خود، برای کاربردهای گوناگون در ساختمان‌سازی به کار گرفته می‌شوند. در ادامه با ما همراه باشید تا به معرفی انواع تیرآهن و کاربرد آن در صنایع بپردازیم.

تیرآهن چیست؟

تیرآهن (Steal beam) یکی از اجزای اساسی در ساخت و ساز است که برای تحمل بارهای مختلف و انتقال آن‌ها به نقاط دیگر استفاده می‌شود. این عنصر فولادی به صورت نوارهای بلند و باریک با مقاطع عرضی متنوع مانند I، H و C تولید می‌شود.

تیرآهن‌ها به دلیل استحکام بالا و انعطاف‌پذیری در پروژه‌های ساختمانی و عمرانی بسیار مورد استفاده قرار می‌گیرند و می‌توانند بارهای سنگین را به طور مؤثر تحمل کنند.

تیرآهن‌ها در ابعاد و اشکال مختلفی تولید می‌شوند و برای شناسایی آن‌ها از علائم اختصاری خاصی استفاده می‌شود که به توضیح ویژگی‌ها و کاربردهای آن‌ها کمک می‌کند. این ابزار در سازه‌های فلزی، پل‌ها و ساختمان‌ها به کار می‌رود و انتخاب صحیح نوع و ابعاد تیرآهن بر اساس نیازهای پروژه و بارهای مورد نظر، نقش کلیدی در ایمنی و دوام ساختار دارد.

بیشتر بخوانید: آهن اسفنجی چیست و چگونه تولید می‌شود؟

تیرآهن چگونه ساخته می‌شود؟

برای ساخت تیرآهن، ابتدا باید فرآیند نورد گرم انجام شود که شامل استفاده از مخلوطی از آهن، کربن و مقادیر کمی از عناصر دیگر است. تفاوت اصلی بین تیرآهن‌ها در شکل آن‌ها است که بسته به نیازهای پروژه، انتخاب یا تطبیق داده می‌شود.

فرآیند ساخت تیرآهن شامل مراحل مختلف صنعتی به شرح زیر است:

• ذوب‌ریزی (Foundry): برای قالب‌گیری، آهن باید در کوره‌هایی با دماهای بالا ذوب شده و به صورت بلوک‌های ریخته‌گری شده درآید.
• ریخته‌گری (Strained): ماده مذاب در قالب‌ها ریخته می‌شود تا قطعات با شکل‌های از پیش تعیین شده ایجاد شود.
• گرمایش (Heating): قطعات آهن در کوره‌هایی با دماهای بالا گرم می‌شوند.
• نورد گرم (Hot lamination): فلز از میان مجموعه‌ای از رولرها (Rollers ) با فشار و دمای بالا عبور می‌کند تا شکل داده شده و ضخامت آن به ابعاد مورد نظر کاهش یابد. در این مرحله، شکل نهایی تیرآهن ایجاد می‌شود.
• خنک‌سازی و پایان فرایند: در مرحله آخر، تیرآهن‌ها خنک شده و در صورت نیاز، فعالیت‌های اضافی برای بهبود خواص مکانیکی یا حفاظت در برابر خوردگی (مانند گالوانیزه کردن یا پوشش‌های حفاظتی) به آن‌ها اعمال می‌شود.

فرآیند دقیق ممکن است بسته به نوع خاص تیرآهن و استانداردهای صنعتی متفاوت باشد.

قبل از ادامه با انواع تیرآهن، ضروری است که سه مفهوم کلیدی بال (Wing)، جان (Soul) و عدد (Number) را درک کنیم.

• عدد: به عمق یا ارتفاع مقطع تیرآهن به میلی‌متر اشاره دارد و برای تمام قالب‌ها به کار می‌رود.
• جان: بخش عمودی مقطع و هدف آن جذب نیروهای برشی است.
• بال‌ها: عناصر افقی هستند که توسط جان به هم متصل شده و مسئول جذب نیروهای عمود بر مقطع هستند. ضخامت بال‌ها (و جان) با افزایش ارتفاع تیرآهن بیشتر می‌شود.

بیشتر بخوانید: سازه کش بستی (Tensegrity) چیست و انواع آن کدامند؟

انواع مختلف تیرآهن

تیرآهن‌ها در انواع مختلفی تولید می‌شوند که هر یک برای کاربردهای خاصی در ساخت و ساز و مهندسی عمران طراحی شده‌اند (منبع). در زیر به معرفی برخی از انواع اصلی تیرآهن می‌پردازیم:

تیرآهن I (IPE)

تیرآهن I که به شکل حرف «I» انگلیسی است، یکی از پرکاربردترین نوع تیرآهن‌ها در صنعت ساخت و ساز است. این نوع تیرآهن با بال‌های موازی خود، استحکام و مقاومت بالایی در برابر بارهای خمشی دارد و معمولاً در ساخت سقف‌ها، پل‌ها و سایر سازه‌های معمولی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

طراحی خاص این تیرآهن باعث می‌شود که بتواند بارهای سنگین را تحمل کند، در حالی که وزن نسبتاً کمی دارد.

تیرآهن H (HEB، HEM)

تیرآهن H به دلیل شکل حرف «H» انگلیسی، دارای سطح مقطع بزرگی است که آن را برای استفاده در سازه‌های بزرگ و بلند بسیار مناسب می‌کند. این نوع تیرآهن به ویژه در ساختمان‌های بلند، برج‌ها و سازه‌های صنعتی که نیاز به تحمل بارهای بسیار سنگین دارند، به کار می‌رود.

طراحی این تیرآهن به گونه‌ای است که مقاومت بالایی در برابر نیروهای جانبی و خمشی دارد که برای سازه‌های پیچیده و بلند ضروری است.

تیرآهن T

تیرآهن T از برش تیرآهن‌های I یا H ساخته می‌شود و به شکل حرف «T» است. این تیرآهن‌ها به دلیل طراحی خاص خود، برای سازه‌هایی که نیاز به تحمل بار در یک جهت خاص دارند، مناسب هستند. تیرآهن T معمولاً در سازه‌های فلزی سبک‌تر و در بخش‌هایی که نیاز به توزیع بار به صورت متوازن است، استفاده می‌شود.

تیرآهن لانه زنبوری (CPE)

تیرآهن لانه زنبوری با داشتن حفره‌های شش‌ضلعی در امتداد جان خود، به دلیل وزن سبک‌تر و قابلیت عبور دادن تأسیسات و کابل‌ها از میان این حفره‌ها، مورد توجه قرار گرفته است.

این تیرآهن‌ها از برش و جوش تیرآهن‌های I یا H ساخته می‌شوند و بیشتر در سقف‌ها و سازه‌های سبک کاربرد دارند. طراحی این تیرآهن به کاهش وزن سازه کمک می‌کند در حالی که استحکام کلی آن را حفظ می‌نماید.

تیرآهن IPN

تیرآهن IPN نیز دارای مقطع I شکل است، اما با بال‌هایی که غیر موازی هستند. این تیرآهن‌ها بیشتر در سازه‌های خاص و سبک به کار می‌روند، جایی که نیاز به استحکام زیاد و وزن کم وجود دارد. این ویژگی‌ها باعث می‌شود که تیرآهن IPN در پروژه‌هایی که نیاز به ترکیبی از مقاومت و سبک‌وزنی دارند، انتخاب مناسبی باشد.

تیرآهن C یا ناودانی (UPN)

تیرآهن C که به نام ناودانی نیز شناخته می‌شود، به شکل حرف «C» است و معمولاً در ساخت قاب‌های فلزی، چارچوب‌های سبک و پروژه‌های صنعتی و ساختمانی کوچک‌تر به کار می‌رود.

این نوع تیرآهن به دلیل طراحی باز و شکل خاص خود، برای استفاده در سازه‌هایی که نیاز به پشتیبانی جانبی و اتصالات آسان دارند، بسیار مناسب است. ناودانی‌ها اغلب در ساخت و سازهای سبک و پروژه‌های صنعتی کوچک‌تر به کار می‌روند.

بیشتر بخوانید: اجرای اسکلت فلزی ساختمان دو طبقه چه مراحل و نکاتی دارد؟

ابعاد تیرآهن

ابعاد به مشخصاتی مانند ارتفاع (h)، عرض بال (b)، ضخامت بال (t) و ضخامت جان (s) بستگی دارد. این ابعاد بر اساس استانداردهای مختلفی مثل استاندارد اروپایی (IPE, IPN)، استاندارد آمریکایی (W-Beam, S-Beam)و استانداردهای محلی تعیین می‌شوند.

• ارتفاع (h): ارتفاع تیرآهن از فاصله میان دو بال (لبه‌های افقی تیر) اندازه‌گیری می‌شود و یکی از مهم‌ترین مشخصات تیرآهن است. این ارتفاع معمولاً بر حسب میلی‌متر بیان می‌شود و مثلاً در تیرآهن‌های IPE، عدد ارتفاع تیرآهن بیانگر ارتفاع آن است. مثلاً IPE 200 به معنای ارتفاع 200 میلی‌متر است.
• عرض بال (b): عرض بال، فاصله لبه‌های افقی تیرآهن است. این عرض معمولاً نسبت به ارتفاع کمتر است و برای تیرآهن‌های مختلف می‌تواند متفاوت باشد.
• ضخامت بال (t1): ضخامت بال، ضخامت لبه‌های افقی تیرآهن است که معمولاً بر حسب میلی‌متر بیان می‌شود.
• ضخامت جان (s): ضخامت جان، ضخامت بخش عمودی تیرآهن است که مرکز تیرآهن را تشکیل می‌دهد و بارهای عمودی را تحمل می‌کند.
• وزن تیرآهن: وزن تیرآهن نیز از دیگر مشخصات مهم است که با واحد کیلوگرم بر متر (kg/m) بیان می‌شود. وزن تیرآهن به ابعاد و نوع پروفیل بستگی دارد.

این ابعاد و مشخصات تعیین می‌کنند که تیرآهن در چه پروژه‌هایی و برای تحمل چه بارهایی مناسب است. معمولاً این اطلاعات در جدول‌های مهندسی یا کاتالوگ‌های تولیدکنندگان موجود است و باید بر اساس نیاز پروژه انتخاب شوند.

کاربرد تیرآهن در صنایع مختلف

تیرآهن یکی از مهم‌ترین و پرکاربردترین مصالح ساختمانی است که در صنایع مختلف برای اهداف متنوعی استفاده می‌شود. در زیر به بررسی برخی از کاربردهای مهم تیرآهن در صنایع مختلف می‌پردازیم:

صنعت ساختمان‌سازی

در صنعت ساختمان‌سازی، تیرآهن به عنوان یکی از اصلی‌ترین عناصر سازه‌ای به کار می‌رود. از تیرآهن برای ساخت قاب‌ها، ستون‌ها، پل‌ها، سقف‌ها و سازه‌های فلزی مختلف استفاده می‌شود.

به دلیل استحکام بالا و توانایی تحمل بارهای سنگین، تیرآهن‌ها به عنوان عناصر اصلی در سازه‌های بلند مانند آسمان‌خراش‌ها و برج‌ها به کار گرفته می‌شوند. همچنین، تیرآهن‌ها در ساخت پل‌ها و تونل‌ها نقش کلیدی دارند و باعث افزایش ایمنی و دوام سازه می‌شوند.

صنعت نفت و گاز

در صنعت نفت و گاز، تیرآهن‌ها به عنوان بخشی از ساختارهای پشتیبان و فریم‌های فلزی برای تجهیزات سنگین مانند دکل‌های حفاری، مخازن ذخیره‌سازی و سازه‌های ساحلی استفاده می‌شوند.

تیرآهن‌ها به دلیل مقاومت بالا در برابر شرایط محیطی سخت، انتخاب مناسبی برای این صنعت هستند. آن‌ها همچنین در ساخت و نصب خطوط لوله و پلتفرم‌های دریایی نقش مهمی دارند.

صنعت خودروسازی

در صنعت خودروسازی، تیرآهن‌ها به صورت گسترده‌ای در تولید و مونتاژ خودروها به کار می‌روند. از تیرآهن‌ها در ساخت قاب‌های خودرو، شاسی‌ها و بخش‌های مختلف بدنه استفاده می‌شود. این تیرآهن‌ها به دلیل وزن سبک و استحکام بالا، به افزایش ایمنی و کارایی خودروها کمک می‌کنند.

صنعت کشتی‌سازی

در صنعت کشتی‌سازی، تیرآهن‌ها به عنوان عناصر سازه‌ای اصلی برای ساخت بدنه و فریم کشتی‌ها استفاده می‌شوند. تیرآهن‌ها به دلیل مقاومت در برابر خوردگی و قابلیت تحمل بارهای سنگین، برای ساخت سازه‌های دریایی و زیرساخت‌های مربوط به کشتی‌سازی بسیار مناسب هستند. آن‌ها همچنین در ساخت اسکله‌ها و سازه‌های بندری به کار می‌روند.

صنعت ماشین‌آلات و تجهیزات سنگین

در ساخت ماشین‌آلات و تجهیزات سنگین، تیرآهن‌ها برای ساخت اسکلت و قاب‌های مقاوم به کار می‌روند. این تیرآهن‌ها به دلیل استحکام بالا و توانایی تحمل بارهای سنگین، برای ساخت جرثقیل‌ها، ماشین‌آلات صنعتی و تجهیزات معدنی استفاده می‌شوند.

بیشتر بخوانید: سقف تیرچه کرومیت چیست و چگونه اجرا می شود؟ اجزای، ویژگی ها، مزای و معایب

صنعت برق

در صنعت برق، تیرآهن‌ها به عنوان ساختارهای پشتیبان برای نصب خطوط انتقال برق و برج‌های برق استفاده می‌شوند. این تیرآهن‌ها به دلیل مقاومت در برابر بارهای ناشی از باد و وزن سنگین کابل‌ها، برای ساخت و نگهداری این سازه‌های حیاتی بسیار اهمیت دارند.

تیرآهن‌ها به دلیل ویژگی‌های منحصر به فرد خود، در صنایع مختلف به عنوان عناصر اصلی و پشتیبان مورد استفاده قرار می‌گیرند و نقش مهمی در افزایش ایمنی و دوام سازه‌ها ایفا می‌کنند.

مزایای رایج تیرهای فولادی

تیرهای فولادی در پروژه‌های مختلفی استفاده می‌شوند و مزایای بسیاری برای سازندگان دارند (منبع). در اینجا برخی از مزایای تیرهای فولادی آورده شده است:

• استحکام بهبود یافته: تیرهای فولادی بارهای سنگین را در دهانه‌های طولانی بدون خم شدن یا شکست تحمل می‌کنند. این یکی از ویژگی‌های اصلی آن‌هاست که آن‌ها را برای تأمین پایداری و یکپارچگی ساختاری در سازه‌های مختلف ایده‌آل می‌کند.
• همه کاره: تنوع تیرهای فولادی به معماران، سازندگان و مهندسان اجازه می‌دهد تا سازه‌های منحصر به فرد و نوآورانه‌ای ایجاد کنند و استفاده بهینه از فضا را افزایش دهند.
• صرفه‌جویی اقتصادی: در حالی که تیرهای فولادی در ابتدا هزینه بالاتری نسبت به سایر مواد دارند، اما صرفه‌جویی اقتصادی بلندمدت آن‌ها یکی از مزایای مهم استفاده از آن‌هاست. تیرآهن‌ها همچنین، به حداقل تعمیر و نگهداری نیاز دارند.
• نصب آسان: تیرهای فولادی نیازی به ساخت در محل ندارند و نصب آن‌ها در محل بسیار راحت است. این ویژگی به کاهش زمان ساخت کمک می‌کند.
• مقاومت در برابر احتراق: در زمینه ساخت و ساز، حریق یکی از حوادث مهمی است که نیاز به توجه فراوان دارد. خوشبختانه تیرهای فولادی نمی‌سوزند، بنابراین در صورت آتش‌سوزی سطح ایمنی بالاتری را فراهم می‌کنند.
• دوستدار محیط زیست: تیرهای فولادی قابل بازیافت و استفاده مجدد هستند و تقاضا برای مواد خام و فرآیندهای تولید پر انرژی را کاهش می‌دهند و در نتیجه به حفظ محیط زیست و کاهش ردپای کربن کمک می‌کنند.
• دوام: تیرهای فولادی نسبت به تیرهای چوبی کمتر مستعد پوسیدگی، تاب برداشتن یا آسیب توسط موریانه هستند و طول عمر سازه‌ها را تضمین کرده و هزینه‌های تعمیر و نگهداری و جایگزینی را کاهش می‌دهند.

انواع تیرآهن فولادی بر اساس پشتیبانی

تشخیص و تمایز انواع مختلف تیرآهن‌های فولادی می‌تواند چالش‌برانگیز باشد. در این بخش به بررسی انواع مختلف آن‌ها و کاربردهایشان پرداخته می‌شود.

تیرآهن‌های ساده (Simply Supported Beams)

این نوع تیرآهن‌ها دارای بال‌هایی در دو انتهای خود هستند اما محدودیت‌های چرخشی ندارند. این تیرهای پشتیبان در اشکال مختلفی مانند ستون‌ها، دیوارها یا سایر عناصر سازه‌ای که قابلیت پشتیبانی عمودی را دارند، ارائه می‌شوند.

این تیرها در پشتیبانی خود آزادی چرخش دارند، به این معنی که انتهای تیر اجازه دارد بچرخد یا دوران کند که این امکان را به تیر می‌دهد تا تغییر شکل‌های عمودی ناشی از بارهای اعمال‌شده را تطبیق دهد. چرخش در پشتیبان‌ها واکنش‌های عمودی و افقی ایجاد می‌کند و تیر تحت بارهای اعمال‌شده خم می‌شود.

تیرهای ساده در بسیاری از پروژه‌ها و محیط‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرند؛ به عنوان مثال، اغلب برای پشتیبانی از دال‌های کف ساختمان یا سیستم‌های سقف به کار می‌روند.

تیرآهن‌های ثابت (Fixed Beams)

این نوع تیرآهن‌های فولادی در دو انتها دارای بال‌هایی هستند که آن‌ها را پشتیبانی می‌کند، اما نسبت به تیرهای ساده بسیار محکم‌تر و بدون حرکت هستند و از دوران جلوگیری می‌کنند زیرا به‌صورت ثابت یا محکم به پشتیبان‌ها متصل شده‌اند. تیرآهن‌های ثابت می‌توانند نیروهای خمشی را تحمل کرده و بارهای سنگین‌تری نسبت به تیرآهن‌های ساده تحمل کنند.

تیرآهن‌های ترکیبی (Composite Beams)

این تیرآهن‌ها از ترکیب فولاد و بتن ساخته می‌شوند که باعث می‌شوند مقاومت بیشتری در برابر نیروهای خمشی و شکستگی داشته باشند.

قسمت فولادی بیشتر تنش‌های کششی را تحمل می‌کند، در حالی که بتن مقاومت قابل توجهی در برابر فشار را فراهم می‌کند. اجزای فولادی و بتنی از طریق اتصالات برشی مانند گل‌میخ‌ها یا اتصالات برجسته به یکدیگر متصل می‌شوند. این اتصالات امکان انتقال نیروها بین فولاد و بتن را فراهم می‌کنند.

تیرآهن‌های کنسولی (Cantilever Beams)

انواع مختلفی از تیرآهن‌های فولادی وجود دارند که هر کدام در دو انتها به‌طور متفاوتی پشتیبانی می‌شوند؛ برخی از آن‌ها آزاد هستند، در حالی که برخی ثابت هستند.

این نوع تیرآهن‌ها دارای یک انتهای ثابت و یک انتهای آزاد هستند. تیرآهن‌های کنسولی برای مقاومت در برابر نیروهای خمشی و برشی از طریق انتهای ثابت طراحی شده‌اند و می‌توانند بارهای اعمال‌شده در انتهای دیگر را پشتیبانی کنند.

این تیرآهن‌ها در موارد مختلفی که نیاز به برآمدگی‌های سازه‌ای یا انواع دیگر مقاطع فولادی دارند، استفاده می‌شوند. نمونه‌هایی از کاربرد آن‌ها شامل بالکن‌ها، سقف‌های سایبانی و برخی از انواع پل‌ها است. تیرآهن‌های کنسولی امکان طراحی‌های جذاب و استفاده بهینه از فضا را فراهم می‌کنند.

تیرآهن‌های ممتد (Continuous Beams)

تیرآهن‌های ممتد در دسته‌ای قرار می‌گیرند که دارای چندین پشتیبان هستند و می‌توانند تا سه پشتیبان داشته باشند. برخلاف تیرهای ساده، تیرآهن‌های ممتد انتهای آزاد ندارند. پشتیبان‌ها که به نام پشتیبان‌های میانی نیز شناخته می‌شوند، از چرخش جلوگیری کرده و نقاط انتقال بار اضافی را در طول تیر فراهم می‌کنند.

وجود چندین پشتیبان در تیرهای ممتد امکان توزیع یکنواخت‌تر بارها و لحظات خمشی را فراهم می‌کند. تیرآهن‌های ممتد معمولاً در سازه‌های با دهانه بلند مانند پل‌ها، ساختمان‌های بزرگ و سیستم‌های کف استفاده می‌شوند.

تیرآهن‌های دارای برآمدگی (Over-Hanging Beams)

این تیرآهن‌ها در طرح‌های مختلفی ارائه می‌شوند، اما انتخاب شما بستگی به سطح پشتیبانی و توزیع بار مورد نیاز دارد. آن‌ها معمولاً در طراحی ساختمان‌هایی که نیاز به برآمدگی یا پیش‌آمدگی دارند، استفاده می‌شوند.

برای مثال، می‌توانند راهروهای سرپوشیده، پنجره‌های بیرون‌زده یا ویژگی‌های معماری را ایجاد کنند. ملاحظات طراحی برای تیرهای برآمده به نوع تیر مورد استفاده، میزان و محل بارهای اعمال‌شده و سطح پایداری و زیبایی‌شناسی مورد نیاز بستگی دارد.

تیرآهن‌های دارای دو برآمدگی (Double Over-Hanging Beams)

مشابه تیرآهن‌های دارای برآمدگی، این تیرها به‌صورت ساده یا کنسولی طراحی می‌شوند و پشتیبانی اضافی در هر دو انتهای تیر و فضای مورد نیاز برای اهداف معماری یا عملکردی خاص فراهم می‌کنند.

آن‌ها معمولاً در سازه‌هایی که نیاز به برآمدگی متقارن در دو انتها دارند، استفاده می‌شوند. می‌توان آن‌ها را در طراحی‌های معماری که شامل برآمدگی‌ها، بالکن‌ها یا سایبان‌ها هستند، مشاهده کرد. طراحی آن‌ها با در نظر گرفتن بارهای اعمال‌شده، ابعاد تیر، خواص مواد و سطح پایداری مورد نیاز انجام می‌شود تا از یکپارچگی سازه و توزیع مناسب بارها اطمینان حاصل شود.

تیرآهن‌های مشبک (Trussed Steel Beams)

تیرآهن‌های مشبک عناصر سازه‌ای هستند که با اعضای مثلثی مورب ترکیب شده‌اند. آن‌ها پشتیبانی و سختی اضافی به تیر ارائه می‌دهند. این تیرها با اتصال اعضای فولادی به صورت مثلثی یا شبکه‌ای برای انتقال نیروها و مقاومت در برابر نیروهای کششی و فشاری به‌طور کارآمد تشکیل می‌شوند.

انواع تیرآهن بر اساس هندسه

طبقه‌بندی تیرآهن‌ها بر اساس هندسه به شکل، ساختار و پروفیل تیرها اشاره دارد. از نظر هندسی، تیرآهن‌ها به شکل‌های مستقیم، منحنی یا مخروطی (مخروطی‌شکل) تقسیم می‌شوند (منبع). در ادامه به بررسی دقیق‌تر این تیرآهن‌ها می‌پردازیم.

تیرآهن مستقیم

تیرآهن مستقیم دارای شکلی خطی است که در طول خود مقطع عرضی یکنواختی دارد و از موادی مانند فولاد، چوب، یا بتن مسلح ساخته می‌شود. این تیرآهن‌ها قادر به مقاومت در برابر بارها و نیروهای مختلف مانند وزن سازه، بارهای زنده و باد هستند.

از نظر موقعیت، تیرهای مستقیم فرآیند یکسانی برای همه شرایط ندارند؛ بنابراین می‌توانند به‌صورت افقی یا عمودی قرار گیرند تا از سازه‌های مختلف پشتیبانی کنند. آن‌ها در پل‌ها، ساختمان‌های صنعتی، سقف‌ها و سدها مورد استفاده قرار می‌گیرند.

تیرآهن منحنی

برخلاف تیرهای مستقیم، تیرآهن‌های منحنی با پروفیلی منحنی طراحی می‌شوند که می‌تواند به‌صورت قوس دایره‌ای، بیضی، یا منحنی پیچیده‌تر باشد. تیرآهن‌های منحنی از نظر زیبایی‌شناسی و عملکرد سازه‌ای مزایای منحصر به فردی را ارائه می‌دهند.

تیرآهن‌های منحنی جلوه‌ی بصری را افزایش می‌دهند و حس زیبایی و شکوه را به ساختمان‌ها یا سازه‌ها می‌بخشند و ظاهری متمایز و جذاب ایجاد می‌کنند. از قوس‌های بزرگ و سقف‌های گنبدی تا پل‌های منحنی زیبا، این عناصر به جذابیت معماری کمک کرده و به زیبایی کلی طراحی می‌افزایند.

شکل منحنی این تیرآهن‌ها به توزیع بارها و نیروها به شکل کارآمدتر کمک می‌کند و ظرفیت باربری را بهبود می‌بخشد. آن‌ها می‌توانند برخی نیروها، مانند فشار در یک قوس را بهتر تحمل کنند، زیرا نیروهای اعمال‌شده را به نیروهای فشاری در طول منحنی تبدیل می‌کنند.

تیرآهن مخروطی‌شکل (Tapered Beam)

ابعاد مقطع عرضی تیرآهن‌های مخروطی شکل، در طول خود به تدریج تغییر می‌کند. این تیرآهن‌ها با مقطع عرضی بزرگ‌تر در یک انتها شروع می‌شوند و به تدریج به مقطع عرضی کوچک‌تر در انتهای دیگر می‌رسند. تیرآهن‌های مخروطی‌شکل برای بهینه‌سازی عملکرد سازه‌ای و برآورده کردن نیازهای مهندسی خاص طراحی شده‌اند.

مخروطی‌شکل بودن باعث کاهش وزن تیرآهن می‌شود در حالی که استحکام آن حفظ می‌شود. کاهش تدریجی مقطع عرضی، مواد اضافی را حذف کرده و در نتیجه ساختاری سبک‌تر به‌وجود می‌آورد که این امر در کاربردهایی مانند مهندسی هوافضا یا پل‌های با دهانه بلند بسیار اهمیت دارد.

انواع خرابی تیرآهن و نحوه پیشگیری از آن‌ها

خرابی تیرآهن می‌تواند به دلایل مختلفی رخ دهد، اما برخی از انواع رایج خرابی تیرآهن شامل کمانش، شکست برشی و انحراف بیش از حد است.

با درک این خرابی‌ها، می‌توانید اقداماتی پیشگیرانه برای حفظ یکپارچگی سازه‌ای تیرآهن‌ها انجام دهید. در زیر به برخی از این خرابی‌ها و راه‌های پیشگیری از آن‌ها اشاره می‌کنیم:

کمانش (Buckling)

کمانش زمانی اتفاق می‌افتد که تیرآهن تحت بارهای فشاری دچار خمش یا خمیدگی جانبی می‌شود. برای جلوگیری از کمانش، می‌توان از تکنیک‌های طراحی مانند افزایش عرض یا ضخامت تیرآهن، افزودن تقویت‌کننده‌ها یا برانکارها، یا استفاده از مقاطعی با مقاومت بالاتر در برابر کمانش استفاده کرد.

همچنین استفاده از سیستم‌های پشتیبانی و برانکارهای مناسب برای جلوگیری از کمانش در تیرآهن‌ها ضروری است.

شکست برشی (Shear Failure)

شکست برشی زمانی رخ می‌دهد که نیروهای موازی با صفحه تیرآهن از ظرفیت مقاومت آن تجاوز کنند که منجر به لغزش یا پاره شدن تیرآهن می‌شود. برای جلوگیری از شکست برشی، تیرآهن را با اتصالات برشی مانند گل‌میخ‌ها یا میلگردهای تقویتی برشی تقویت کنید. همچنین، اطمینان از اینکه طراحی تیرآهن نیروهای برشی پیش‌بینی‌شده را در نظر گرفته و تقویت یا صفحات فولادی کافی برای مقاومت در برابر آن‌ها فراهم می‌کند، بسیار مهم است.

انحراف بیش از حد (Excessive Deflection)

انحراف بیش از حد به خمیدگی یا خم شدن بیش از حد تیرآهن اشاره دارد که از حدود قابل قبول فراتر می‌رود. با انتخاب اندازه‌های مناسب تیرآهن، استفاده از مقاطع سخت‌تر، یا افزودن پشتیبانی‌های اضافی، می‌توان انحراف را در محدوده‌های مجاز کنترل کرد و یکپارچگی سازه‌ای و ثبات آن را حفظ کرد.

علاوه بر اقدامات خاص برای هر نوع خرابی، اطمینان از استفاده از مواد فولادی با کیفیت بالا و تأیید انطباق آن‌ها با استانداردهای مربوطه نیز حائز اهمیت است. بازرسی‌های منظم در حین ساخت و ساز به شناسایی عیوب یا مشکلات در مراحل اولیه کمک می‌کند.

سخن آخر

تیرآهن‌ها به عنوان یکی از اجزای حیاتی در ساخت و ساز، نقش بی‌بدیلی در ایجاد استحکام و پایداری سازه‌ها دارند. شناخت انواع تیرآهن و کاربردهای آن‌ها، امکان انتخاب مناسب‌ترین گزینه را برای هر پروژه فراهم می‌کند و به افزایش ایمنی و دوام سازه کمک می‌کند.

با توجه به اهمیت و نقش تیرآهن‌ها در ساختمان‌سازی، درک دقیق از ویژگی‌ها و نحوه استفاده صحیح از آن‌ها برای هر مهندس و معمار ضروری است. با انتخاب درست و استفاده بهینه از تیرآهن‌ها، می‌توان سازه‌هایی مقاوم و پایدار ساخت که در برابر چالش‌های مختلف، عملکردی مطلوب داشته باشند.