تیرآهن ها در انواع سازه های فلزی و غیر فلزی، وظیفه تحمل بارهای وارده به سازه را برعهده داشته که این بارها می توانند به صورت استاتیکی و یا دینامیکی باشند. مقاومت تیرآهن به گونه ای است که بارهای وارده را به ستون ها و دیوار ها منتقل کرده تا این بارها توسط اجزای یاد شده در نهایت به زمین منتقل شوند. تحمل بار تیرآهن به نوع تیرآهن برحسب استاندارد های مختلف و کیفیت ساخت آنها بستگی دارد. همچنین وزن تیرآهن ها نیز یک فاکتور مهم در میزان مقاومت تیرآهن و تحمل بار آن می باشد.
مقاومت تیرآهن و تحمل بار آن به چه عواملی بستگی دارد؟
مقاومت تیرآهن بر اساس میزان تحمل بارهای وارده به صورت کششی و یا فشاری تعیین می شود که این امر تابع عوامل گوناگونی می باشد. استانداردها مهم ترین فاکتور تعیین کننده خواص و ویژگی های یک ماده هستند. بر اساس همین استاندارد ها نیز مشخص می شود میزان تحمل و استحکام هر قطعه مهندسی که تیرآهن هم جزوی از آنهاست، چقدر است. یکی از رایج ترین استانداردهای تیرآهن ها، تولید بر اساس استاندارد ساخت می باشد که بر این اساس انواع تیرآهن های زیر را خواهیم داشت:
- تیرآهن IPE
- تیرآهن INP
- تیرآهن IPB
- تیرآهن لانه زنبوری یا CNB
در بین انواع استاندارد تیرآهن ها، تیرآهن هاش یا IPB، به دلیل وزن بیشتر و نیز اندازه بال و جان بیشتر نسبت به سایرین، مقاومت و تحمل بار بیشتری را ارائه می دهد. حال آنکه تیرآهن لانه زنبوری به دلیل برخورداری از حفراتی دایره ای و یا شش ضلعی در قسمت جان، وزن کمتری داشته و برای کاربردهایی که نیاز به نسبت استحکام به وزن بالاتری است، مناسب تر می باشد. بنابراین استاندارد ساخت و نیز وزن تیرآهن ها دو فاکتور بسیار تاثیرگذار در میزان مقاومت و تحمل بار تیرآهن ها می باشند.
همچنین میزان عناصر آلیاژی به کار رفته در ساخت تیرآهن نیز بسیار مهم بوده و چنانچه تیرآهن کیفیت لازم را نداشته باشد و یا میزان عنصر کربن در ترکیب شیمیایی آن کم باشد، میزان مقاومت و تحمل بار به مراتب کمتری نسبت به یک تیرآهن استاندارد و با کیفیت، خواهد داشت. . تفاوت تیرآهن IPB و IPE و INP را مطالعه کنید.
تاثیر نوع به کارگیری تیرآهن بر مقاومت و تحمل بار آن
وزن، ترکیب شیمیایی و نیز استاندارد ساخت از عوامل بسیار مهم در تعیین میزان مقاومت و استحکام انواع تیرآهن ها می باشند اما یکی دیگر از فاکتور های تاثیر گذار، نوع به کار گیری تیرآهن می باشد. تیرآهن ها بر حسب اینکه در سازه مورد نظر باید چه نقشی را ایفا کنند، به شکل های مختلفی مورد استفاده قرار می گیرند که شامل موارد زیر می شود:
- شاه تیر : شاه تیر که به آن تیرآهن اصلی نیز اطلاق می شود، باید دارای بیشترین میزان مقاومت و حد تحمل بار باشد؛ چراکه بارهای اصلی وارده بر سازه را تحمل خواهد کرد و سبب انتقال این بارها به تیرچه ها و یا تیرهای فرعی می شود. محل نصب شاه تیر، ستون ها و یا سقف ها می باشد.
- تیرچه: همان تیرآهن های فرعی بوده که به تعداد زیاد و در فاصله بین تیراصلی یا همان شاه تیر و دیوار قرار گرفته تا بارهای اصلی وارده بر شاه تیر را به دیوار ها منتقل کنند.
- تیر نعل درگاهی: وظیفه تحمل بار در قسمت های متحرک ساختمان نظیر در و پنجره را بر عهده داشته تا از وارد آمدن بارها به دیوار های متصل به آنها و تخریب دیوارهای اطراف آنها جلوگیری کنند.
- تیرهای لبه ای (کناری): وظیفه این تیرها تحمل در برابر بارهای اضافی بوده که در قسمت کلاف بندی و در کنار ساختمان نصب می شوند و به نوعی، وظیفه حفظ تیرآهن های سقف و دیوارهای اطراف را برعهده دارند.
مقاومت و تحمل بار انواع سایزهای تیرآهن
تیرآهن ها همانند سایر مقاطع فولادی دارای تنوع سایز گسترده ای بوده که رایج ترین آنها سایزهای 12 تا 18 می باشند. قبل از ادامه مطالعه با انواع تیرآهن آشنا شوید. میزان تحمل بار و مقاومت هر یک از این سایز ها چقدر بوده و برای چه کاربردی مناسب می باشند را در ادامه گفته ایم.
مقاومت تیرآهن 12 و مشخصات آن
تیرآهن 12 یکی از پرکاربرد ترین سایزهای تیرآهن در ایران بوده که دارای ضخامت یکسان در قسمت بال مطابق با استاندارد IPE می باشد. این تیرآهن در شاخه 12 متری دارای وزن 125 کیلوگرم بوده که نسبت به سایر سایزهای پرکاربرد، وزن کمتری را دارا می باشد. یکی از مهم ترین دلایل استفاده از تیرآهن سایز 12، استفاده در بخش های ظریف سازه به دلیل وزن مناسب آن می باشد. مقاومت تیرآهن 12 و نیز وزن مناسب آن، سبب استفاده از آن در کاربردهایی نظیر پوشش سقف و نیز ستون ها می شود اما در سازه های بزرگ تر باید از تیرآهن های با مقاومت و وزن بیشتر استفاده کرد.
مقاومت تیرآهن 14 و مشخصات آن
از دیگر تیرآهن های پرمصرف، تیرآهن 14 می باشد که در شاخه های 6 و 12 متری تولید می شوند. تحمل بار تیرآهن 14 به دلیل وزن بیشتری که نسبت به تیرآهن 12 دارد، بیشتر از آن می باشد. البته باید خاطر نشان کرد که این تیرآهن در وزن های 120، 130 و 140 تولید می شود که به ترتیب به تیرآهن های 14 سبک، متوسط و سنگین معروف اند. مقاومت تیرآهن 14 بیشتر از تیرآهن 12 بوده و بنابراین علاوه بر کاربرد به عنوان پوشش سقف و تیرهای فرعی، به عنوان ستون اصلی نیز در سازه های نه چندان عظیم به کار برده می شود.
مقاومت تیرآهن 16 و مشخصات آن
تیرآهن 16 نسبت به تیرآهن 12 و 14 دارای وزن بیشتری بوده چرا که طول جان آن بیشتر از آنها می باشد. بنابراین تحمل بار تیرآهن 16 بالا بوده و این عامل سبب استفاده از آن به عنوان ستون اصلی حتی در سازه های بزرگ می شود. این تیرآهن در شاخه 12 متری دارای وزنی در حدود 190 کیلوگرم بوده در دسته تیرآهن های سنگین قرار می گیرد.
مقاومت تیرآهن 18 و مشخصات آن
تحمل بار تیرآهن 18 نسبت به تیرآهن های 12، 14 و 16 بیشتر است. این نوع تیرآهن دارای بیشترین وزن در واحد طول نسبت به نوع های ذکر شده می باشد. تیرآهن 18 در شاخه 12 متری دارای وزنی حدود 225 کیلوگرم بوده و بنابراین مقاومت تیرآهن 18 بسیار بالا می باشد. به دلیل تحمل بار بسیار بالای تیرآهن 18، در تیرها و ستون های اصلی به منظور تحمل بار های اصلی وارده به سازه از آن استفاده می شود.
محاسبه تحمل بار تیرآهن
همانطور که پیش تر گفته شد، تحمل بار تیرآهن به عوامل متععدی بستگی داشته و کاربرد آنها، تابع این امر است که مقاومت تیرآهن چقدر است و به چه میزان می تواند بارهای وارده را تحمل کرده و منتقل کند. بنابراین برای مشخص کردن عملکرد تیرآهن ها در سازه ها، نیازمند دانستن و محاسبه تحمل بار تیرآهن ها هستیم.
تحمل بار تیرآهن ها به وزن، طول و ضخامت جان، طول و ضخامت بال، مساحت سطح مقطع و دیگر پارامترهای وابسته به شکل تیرآهن بستگی داشته که این عوامل در کنار یکدیگر، میزان تحمل بار تیرآهن ها در هر سایز و اندازه را به دست می دهند. میزان تحمل بار تیرآهن ها در سایز های مختلف در جدول تحمل بار تیرآهن قابل مشاهده می باشد. نکته قابل توجه برای راهنمایی خرید تیرآهن این است که قبل از خرید باید به مقاومت آن ها توجه داشته باشید.
سوالات متداول
1- مقاومت تیرآهن به چه عواملی بستگی دارد؟
استاندارد تولید، وزن، ابعاد و سایز تیرآهن ها از جمله عوامل تاثیرگذار بر تحمل بار تیرآهن ها می باشند. این عوامل در انواع تیرآهن ها متفاوت بوده که سبب تفاوت کارایی و نقش تیرآهن ها در سازه ها می شود.
2- میزان تحمل بار تیرآهن های مختلف چقدر است؟
تحمل بار تیرآهن 18 نسبت به سایر تیرآهن های پرکاربرد بیشتر بوده که این امر ناشی از بیشتر بودن وزن آن می باشد. کمترین تحمل بار نیز مربوط به تیرآهن 12 بوده که در سازه های کوچک تر به کار برده می شود.
3- مهم ترین کاربرد تیرآهن ها بر اساس میزان تحمل بار آنها چیست؟
میزان تحمل بار تیرآهن سبب تنوع کاربرد آنها شده به گونه ای که برای تیرهای فرعی و پوشش سقف ها از تیراهن های 12 و 14 و برای تیرهای اصلی از تیرهای با مقاومت بیشتر استفاده می شود.
