ضعف ساختمانهای چندین ساله به علت فرسودگی سازه و همچنین غیر ایمن بودن ساختمانهای جدید به دلیل عدم نظارت و کاربرد نادرست مصالح، از جدیترین مشکلات صنعت ساختمان ایران به شمار میرود. قرار گرفتن در منطقهای زلزلهخیز و لزوم ساخت ساختمانهای ضد زلزله باعث اهمیت چندین برابری نحوه کاربرد و اجرای برخی مصالح سازهای مهم در تیر و ستونها مانند تیرآهن و میلگرد و بتن شده است. در این مقاله بهطور ویژه درباره نقش تیرآهن در مقاوم و ایمنسازی ساختمان صحبت خواهیم کرد.
با آغاز دوران مدرن و اوج گرفتن ساختمان سازی صنعتی مصالح جدیدی موردنیاز بود. تولید فولاد یکی از مهمترین دلایلی بود که توانست ساخت برجهای بلندمرتبه را امکانپذیر کند. به همین دلیل انواع مقاطع فولادی و به ویژه تیرآهنها تولید شدند و در طول زمان به شکل امروزی پیشرفت کردند. تیرآهن فولادی به دلیل استحکام و دوام بالا بهراحتی میتوانست وزن ساختمانها را تحمل و به پی منتقل کند. سبکسازی ساختمان نسبت به بتن و سرعت بالا در ساختوساز از مهمترین دلایل رواج تیرآهن در ساختمان سازی به شمار میرود. از طرفی فولاد یک متریال بازیافت پذیر است و چرخه استفاده از آن هرگز از بین نمیرود.
انواع تیرآهن از نظر شکل ظاهری و خواص مکانیکی به دستههای زیر تقسیم میشوند که هریک کاربرد مخصوص به خود را دارد. در راهنمای جامع خرید انواع تیرآهن انتخاب و نحوه خرید تیرآهن را به سادگی توضیح دادهایم.
تیرآهن IPB
تیرآهن IPB یا هاش با سطح مقطع به شکل H است. این تیرآهن دو بال پهن و عریض دارد و در سایزهای 10 الی 100 سانتیمتر تولید میشود. قیمت هاش نسبت به تیرآهن IPE بیشتر و گرانتر است و به همین دلیل استفاده از آنها رواج زیادی ندارد. از این تیرآهن بیشتر جهت کنترل نیروهای برشی و لنگر خمشی در دهانههای بزرگ مانند سولهها و مجتمعهای تجاری بزرگ استفاده میشود. تیرآهن IPB یا هاش براساس تفاوت در ضخامت جان و بال به سه نوع سبک، سنگین و هاش فوق سنگین تقسیم میشود.
تیرآهن IPE
در ایران به دلیل کاربرد فراوان به عنوان تیرآهن معمولی شناخته میشود. نسبت به سایر تیرآهنها جرم بالاتری داشته و به همین علت راندمان مقاومتی یعنی نسبت وزن مقطع به واحد طول بیشتری دارد. تیرآهنهای IPE براساس استانداردهای اروپایی طراحی و تولید میشوند که اساس استانداردهای سازهای ایران نیز هستند. تیرآهن IPE با سطح مقطع به شکل آی I انگلیسی است که ضخامت بال در این تیرآهن از لبه جان تا انتهای بال ثابت است. بهصرفه بودن قیمت تیرآهن IPE از مهمترین دلایل رواج استفاده از آن است. در این میان قیمت تیرآهن 16 و 14 به همراه قیمت تیرآهن 18 را میتوان مهمترین قیمتها در بازار تیرآهن IPE دانست.
تیرآهن INP
تیرآهن INP مطابق با استاندارد چین و روسیه به شیوه نورد گرم تولید میشود و به دلیل صرفه اقتصادی کمتر نسبت به تیرآهنهای IPE کمتر مورد استفاده قرار میگیرند. تیرآهن INP با سطح مقطع به شکل آی I انگلیسی است که ضخامت بال تیر با فاصله گرفتن از جان کاهش مییابد. توصیه میشود از این تیرآهنها در مواقعی استفاده شود که به عرض بال کمتر یا به ضخامت زیاد بال در مجاورت جان نیاز است. همچنین زمانی که نیروی برشی بالایی وجود دارد استفاده از این تیرآهن توصیه میشود.
تیرآهن CPE یا لانه زنبوری
تیرآهن لانه زنبوری به شکل حفره کندوی زنبور است که از برش زیگزاگ جان تیرآهن و جوشکاری آن بر رویهم ساخته میشود. به دلیل استفاده از فولاد کمتر وزن سبکتری دارد و معمولاً برای پوشش سقفها و کفها در مواقعی که دهانه تیر بالا باشد و بار وارده کم، مورد استفاده قرار میگیرد. به دلیل ارتفاع بیشتر و جرم کمتر، مقاومت خمشی بالایی دارد اما در مقابل نیروهای برشی مقاومت کمتری از خود نشان میدهد. قیمت تیرآهن لانه زنبوری هم به دلیل سبکتر بودن نسبت به سایر تیرآهنها کمتر است.
در ایران انواع تیرآهن در سایزهای 12 الی 32 بهصورت سبک و سنگین تولید و روانه بازار میشوند. از این میان پرکاربردترین سایزهای تیرآهن در کشور نیز سایزهای 12، 14، 16 و 18 است. به همین دلیل اطلاع از آخرین تغییرات قیمت تیرآهن 18 ، 16 و 14 برای فعالان بازار بسیار مهم است. هرچه ارتفاع و فشار وارده بر سازه بیشتر شود سایز تیرآهن مورد استفاده هم بیشتر خواهد شد. بهصورت کلی از انواع سایز تیرآهنها در ساخت ستونها، شاه تیر، تیرک میانی، تیر کلاف، تیرهای باریک کرومیت، ساخت خرپا، نعل، پوشش سقف و کفی ستون استفاده میکنند. به عنوان نمونه از تیرآهنهای سایز 18 در سازههای مرتفع و سنگین و از تیرآهن سایز 20 در ساختمانهای عظیم و یا طبقات پایینی سازهها استفاده میشود.
گاهی تیرآهنهای اولیه استفاده در ساختمان به دلایلی نظیر انتخاب سایز نامناسب، زنگزدگی، آسیب ناشی از نیروهای زیاد مانند زلزله، جوشکاری نامناسب دچار آسیب ناشی از کمانش و گسیختگی در محل درزها میشوند. در چنین مواردی حتماً باید ساختمان و تیرآهن مورد نظر به روشهای زیر باعث تقویت ستون، تقویت تیر و تقویت اتصالات شود:
افزایش مقاومت برشی تیرآهنهای ستون به وسیله جوش دادن سرتاسری ورقهای فولادی موازات جان و بال تیرآهن
افزایش مقاومت برشی تیرآهنهای ستون به وسیله جوش دادن ورقهای فولادی به شکل تیغههای عمودی در فواصل مشخص به جان و بال تیرآهن
افزایش مقاومت برشی و خمشی تیرآهنهای ستون زنگزده و دارای خوردگی با ترکیب کاور (ژاکت) بتنی و میلگرد دورتادور تیرآهن
افزایش مقاومت برشی و خمشی تیرآهنهای تیر با استفاده از ورقهای متقارن با محور ستون ساختمان و در مقابل بالهای تیرآهن (بال بالایی و پایینی)
افزایش مقاومت خمشی تیرآهنهای تیر به وسیله جوش دادن نبشی یا ورق به موازات جان تیرآهن
افزایش مقاومت کششی تیرآهن به وسیله کامپوزیتها و الیاف FRP
افزایش مقاومت اتصالات به وسیله اتصالات صلب تیر به ستون، وصله تیر و ستونها
تیرآهن یکی از پرکاربردترین مقاطع فولادی است که در ساخت تیر و ستون بیشترین کاربرد را دارد. انتقال بار اصلی و وزن سازههای فلزی به وسیله تیرآهنها انجام میشود، از همین رو دقت در انتخاب درست سایز و نظارت بر نحوه اجرای آن به ویژه مرحله جوشکاری یا پرچ کردن، میتوان مقاومت و ایمنی ساختمان را تضمین کند. در صورت آسیب به تیرآهنهای استفاده شده حتماً باید در اسرع وقت تیرآهنها را به روش ژاکت بتنی یا فلزی تقویت کرد.
