روش تولید انواع تیرآهن، مواد تشکیل دهنده و استانداردهای تولید

فرآیند تولید تیرآهن نقش زیادی در قیمت هر کیلوگرم از این محصول فولادی دارد. به همین دلیل قبل از خرید آن لازم است اطلاعات کافی در مورد نحوه تولید و قیمت آن کسب کنیم. علاوه بر روش های تولید تیرآهن، آشنایی با انواع تیرآهن از نظر شکل ظاهری، مشخصات، استاندارد و کشور تولید کننده آن از دیگر پارامترهای مهم در انتخاب این مقطع فولادی می باشد. در این مقاله از دانشنامه آهن ملل، ابتدا به معرفی انواع تیرآهن و روش های تولید آن می پردازیم و در ادامه، اطلاعات مربوط به تحمل بار، برش و دیگر مشخصات تاثیرگذار در انتخاب تیرآهن را بررسی می کنیم.

معرفی تیرآهن

به طور کلی به قطعاتی که تحت اثر بارهای جانبی قرار دارند، تیر می گویند. تمامی انواع تیرها معمولا به شکل افقی قرار می گیرند، اما حالات استثنایی نیز وجود دارد. منظور از تیرآهن، تیری است که از فولاد ساخته شده باشد. تیرآهن، یکی از مهم ترین مقاطع فولادی در ساختمان سازی است. شکل مقطع آن به شکل حرف I یا H است و وظیفه آن، مقاومت در برابر نیروهای برشی و لنگرهای خمشی می باشد. همچنین سطح مقطع تیرآهن ها از دو بال عمود بر جان تشکیل شده است.

انواع تیرآهن

تیرآهن ها در انواع مختلفی تولید می شوند و از نظر ظاهری، خواص مکانیکی و نوع کاربرد، بسیار متفاوت هستند. مهم ترین دسته بندی تیرآهن را در ادامه معرفی می کنیم:

• تیرآهن IPE که پرکاربردترین تیرآهن در ساخت و ساز می باشد، شباهت زیادی به حرف I انگلیسی دارد. تولید این نوع تیرآهن بر اساس استانداردهای اروپایی بوده و بال های آن ضخامت ثابتی دارد.
• تیرآهن INP بر اساس استاندارد آمریکا طراحی شده و در کشورهای چین و روسیه تولید می شود. تفاوت تیرآهن INP و تیرآهن IPE در ضخامت بال های آن ها است؛ به طوری که ضخامت بال های تیرآهن IPE ثابت می باشد، اما بال های تیرآهن INP شیب دار بوده و به همین دلیل، ضخامت در تمام طول بال برابر نیست.
• تیرآهن IPB یا تیرآهن هاش نیز یکی دیگر از انواع تیرآهن پرکاربرد در ساخت و ساز می باشد. در این نوع تیرآهن که سطح مقطعی شبیه به حرف H دارد، طول جان و بال برابر است.

توصیه می کنیم برای آشنایی بیشتر با انواع استانداردهای تیرآهن و کاربرد آن ها مقاله زیر را مطالعه کنید.

همچنین تیرآهن ها را می توان از نظر نحوه و محل استفاده، به سه نوع تیر اصلی، تیر فرعی و تیرکلاف تقسیم بندی کرد:

• تیر اصلی: تیر اصلی به صورت افقی به ستون ها وصل می شود. وظیفه آن انتقال بار جانبی از تیرهای فرعی به ستون ها است.
• تیر فرعی: تیر فرعی به صورت افقی به تیرهای اصلی متصل می گردد تا انتقال بار به تیر اصلی انجام شود.
• تیرکلاف:  تیر کلاف نیز به صورت افقی نصب می شود و وظیفه انتقال نیرو از تیر عرضی به ستون را بر عهده دارد. تیر کلاف به دو تیر عرضی متصل می شود که در سقف و خرپای ستون ها قرار دارد.

حا که به طور کلی با انواع تیر آشنا شدیم، لازم است اصطلاح تیرچه را نیز بشناسیم. اگرچه تیر و تیرچه از منظر نام‌گذاری، مشتقات یکدیگر به نظر می رسند، اما با هم بسیار تفاوت دارند. در ادامه، تفاوت تیر و تیرچه را بیان می کنیم تا این دو عضو را با یکدیگر اشتباه نگیرید.

تفاوت تیر و تیرچه چیست؟

تفاوت اصلی تیر و تیرچه در نوع اتصال و کاربرد آن است. وظیفه تیر، انتقال بار به ستون است، اما با استفاده از تیرچه، بارها به تیرهای اصلی منتقل می گردند و مستقیماً به ستون ها متصل نمی شوند. اینگونه می توان گفت که تیر، اصلی ‌ترین عضو باربر یک سقف و تکیه گاه افقی اصلی سازه است که وزن تیرچه ‌ها و عناصر دیگر ساختمان را تحمل می کند.  اما تیرچه عضو پیش ساخته ‌ای (متشکل از بتن و آرماتورهای فولادی) است که به صورت افقی بین ستون ‌های ساختمان، دیوارها و یا تیرهای ساختمان قرار می‌گیرد و در ترکیب با تیرچه های دیگر، سقف و یا کف را در برابر نیروهای زنده و مرده پشتیبانی می‌کند. در واقع، تیرچه شکلی از تیر است که معمولاً فواصل نسبتاً کوتاهی را پوشش می‌دهد.

تیر و تیرچه از نظر اندازه نیز با یکدیگر تفاوت دارند. به طور کلی می توان گفت تیرها از نظر اندازه، بزرگتر از تیرچه هستند؛ اما پارامتر اندازه به تنهایی تعیین کننده نیست، بلکه در بیشتر موارد نحوه استفاده از تیرها تفاوت این دو عضو را تعیین می کند. به این صورت که اگر از تیری به عنوان تکیه گاه اصلی در حالت افقی استفاده شود به آن تیر اصلی می گویند و اگر به عنوان تکیه گاه کوچک در سازه مورد استفاده قرار گیرد، تیرچه نامیده می شود.

استانداردهای تولید تیرآهن

استانداردهای مختلف بین المللی برای تولید انواع تیرآهن وجود دارد که تولیدکنندگان موظف به اجرای آن ها هستند. استاندارد ملی ایران نیز برای هر کدام از انواع تیرآهن ها استاندارد مخصوص به خود را تدوین کرده که به صورت زیر می باشد:

• استاندارد ملی ایران برای تولید تیرآهن IPE: استاندارد شماره ۱۷۹۱ و ۱۶۳۴۸
• استاندارد ملی ایران برای تولید تیرآهن INP: استاندارد شماره ۳۲۷۷
• استاندارد ملی ایران برای تولید تیرآهن IPB (تیرآهن هاش): استاندارد شماره ۱۳۷۸۱ – ۱۳۷۷۹ – ۱۴۴۸۴

نحوه ساخت تیرآهن

تولید تیرآهن ممکن است فرآیند نسبتا ساده ای به نظر برسد، اما تحقیقات، تجربه و تلاش بسیاری برای تک تک تیرهای موجود انجام می شود. مرز باریکی میان تیرهای فولادی بی کیفیت و تیرهای فولادی اصولی و مقرون به صرفه وجود دارد و اطمینان از کیفیت تیرها کار بسیار سختی می باشد.

اگر با صنعت فولاد آشنایی دارید، احتمالا می دانید که نورد گرم یکی از روش های ساخت تیرآهن ها می باشد. تیرآهن هایی مانند تیرآهن IPE، تیرآهن هاش و تیرآهن INP تولیدی در کارخانه های معتبر، با استفاده از فرآیند نورد ساخته می شوند. اما راه های دیگری نیز برای تولید تیرآهن وجود دارد. به طور کلی می توان گفت تیرآهن های فولادی را از روش های نورد، اکستروژن، جوش یا پرچ تولید می کنند که در ادامه به شرح هرکدام می پردازیم.

تولید تیرآهن با فرآیند نورد: تیرآهن ها می توانند از روش نورد گرم یا سرد تولید شوند. در ساخت تیرهای نورد گرم، شمش آهن را در دمای بالاتر از ۱۰۰۰ درجه سانتی گراد ذوب می کنند و سپس، عملیات نورد و پرداخت روی آن انجام می گیرد. تفاوت در روش نورد سرد نیز مربوط به فرآیند پرداخت می باشد که طولانی تر از نورد گرم است. در نورد سرد، فولادِ سرد شده خروجی نورد گرم، طی فرآیندی در دمای محیط، نوردکاری می‌ شود.

نورد تیرآهن به روش گرم معمولا برای ساخت تیرهای H استفاده می شود. طی این فرآیند در خط تولید تیرآهن برای کاهش سطح مقطع ورق فولادی از غلتک های چرخان استفاده می شود. پس از مرحله نورد است که شمش فولاد به شکل تیرآهن در می آید. در انتهای مراحل تولید تیرآهن نیز این مقطع فولادی بسته به نیاز برش داده می شود. در ادامه، فرآیند برش تیرآهن شرح داده می شود.

تولید تیرآهن با جوشکاری و پرچ: تیرآهن ها را می توان با جوشکاری نیز ساخت. در این فرآیند، ورق های فلزی طبق ابعاد مورد نظر بریده شده و با استفاده از ابزارهای جوش صنعتی به یکدیگر جوش داده می شوند.

در روش ساخت تیرآهن با استفاده از پرچکاری نیز ورق های فلزی بریده می شوند، سوراخ هایی در قطعات فلزی ایجاد می شود و توسط پرچ ها کنار هم نگه داشته می شوند.

تولید تیرآهن اکسترود شده: تیرآهن را می توان با فرآیند اکستروژن نیز ساخت. در این فرآیند، سطح مقطع شمش (که می تواند سرد یا گرم باشد) با عبور از قالبی با شکل خاص، کاهش پیدا می کند. سپس، یک قطعه جدا کننده بین فلز و پیستون قرار می گیرد و فلز به واسطه پیستون به داخل قالب، فشرده می شود. در آخر، تیرآهن اکسترود شده از طرف دیگر کشیده می شود تا صاف گردد.

تولید تیرآهن لانه زنبوری

تولید تیرآهن لانه زنبوری متفاوت از تیرآهن های دیگر است. زیرا این تیرآهن به صورت مستقیم در کارخانه تولید نمی شود. در واقع تیرآهن لانه زنبوری با استفاده از تیرآهن IPE ساخته می شود.

برا این کار از تیرآهن های IPE سایز ۱۲ تا ۳۰ سانتی متر  استفاده می کنند. روش کار به این صورت است که ابتدا تیرآهن را به کارگاه ساخت تیر لانه زنبوری منتقل می کنند.  سپس جان تیرآهن را به صورت منحنی برش می دهند. این کار با استفاده از شابلن و به دو روش پانیر یا لیتسکا انجام می شود. با این کار تیرآهن به دو نیم تقسیم می شود. بعد از برش تیرآهن، با جابه‌جایی دو قسمت برش خورده در راستای طول و جوش دادن آن ها به یکدیگر، تیرآهن لانه زنبوری با حفره هایی در طول جان ایجاد می شود.

این حفره ها معمولا دایره یا شش ضلعی هستند. نحوه جوش دادن تیرآهن نیز به دو صورت انجام می شود: یک طرف جوش یا فول جوش.

نکته ای که در تولید تیرآهن لانه زنبوری باید توجه کنید، افزایش طول و جان تیرآهن لانه زنبوری در مراحل ساخت است. به گونه ای که سایز این تیرآهن بعد از ساخت، ۷ تا ۹ سانتی متر افزایش می باشد و طول آن نیز حدود ۱۵ تا ۲۰ سانتی متر افزایش می یابد.

تیرآهن از چه موادی ساخته می شود؟

پرکاربردترین مواد تشکیل دهنده تیرآهن فولاد معمولی یا فولاد کربنی است. همان ‌طور که از اسم تیرآهن فولاد کربنی مشخص است، عنصر غالب در این نوع تیرآهن، کربن است که باعث می شود تیرآهن ساخته شده، از سختی و دوام بالایی برخوردار باشد.

بعد از تیرآهن فولاد کربنی، دیگر انواع تیرآهن های آلیاژی پرکاربرد، شامل تیرآهن آلیاژ فولاد ضدزنگ و آلیاژهای کروم، نیکل، منگنز، مس و … می باشد. همچنین انواع پرکاربرد آلیاژ تیرآهن بر اساس استاندارد ASTM، شامل استاندارد ASTM A36، ASTM A53، ASTM A572 و … است که توصیه می کنیم در مقاله «در ساخت تیرآهن از چه آلیاژی استفاده می شود؟» اطلاعات کامل هر استاندارد و آلیاژ را مطالعه نمایید.

مزایا و معایب تیرآهن در سازه

استفاده از تیرآهن در ساخت و ساز، معایب و مزایایی دارد. از جمله مزایای استفاده از تیرآهن می توان به موارد زیر اشاره کرد:

• تیرآهن عضو پیش ساخته ای است که امکان بروز ایراد و اشکال در قطعه را به صفر نزدیک می کند.
• ساخت سازه های اسکلت فلزی (به خصوص اگر از تیرآهن در آن ها استفاده شود)، بسیار سریع تر از سازه های دیگر به انجام می رسد.
• تیرآهن ها بهترین گزینه برای ساخت سازه های مرتفع می باشند.
• یکی دیگر از مهم ترین مزایای تیرآهن، امکان توسعه در فاز بعدی است.
• تیرآهن ها و کلیه پروفیل های آهنی، فضای کمتری را نسبت به مقاطع سازه های بتنی اشغال می کنند؛ بنا بر این، صرفه اقتصادی بیشتری دارند.

از جمله مهم ترین معایب استفاده از تیرآهن نیز می توان به موارد زیر اشاره کرد:

• یکی از معایب تیرآهن، عدم مقاومت در برابر خوردگی در شرایط جوی نامناسب و محیط های مرطوب است که برای محافظت و نگهداری از آن، نیاز به هزینه جانبی می باشد.
• تیرآهن ها در برابر خمش، مقاومت بالایی ندارند.
• مشکل دیگر تیرآهن، عدم کنترل کافی بر اتصال بین قطعات است. برای این منظور از پیچ و مهره یا جوشکاری استفاده می شود.

برش تیرآهن

در حال حاضر، انواع روش های برش تیرآهن به دو روش کوپال (روش سرد) و بارنول (روش گرم) است. در برشکاری به روش سرد، تیرآهن، بدون استفاده از حرارت و با دستگاه هایی مانند کاتر برش داده می شود. در برش کاری گرم نیز تیرآهن با استفاده از انرژی گرمایی در اشکال مختلف (مانند برش پلاسما و لیزری) بریده می شود. در مقاله زیر، انواع روش های برشکاری تیرآهن و انواع دستگاه های برش گرم و سرد معرفی شده اند.

محاسبه بارهای تیرآهن

شاید مهم ترین و مشکل ترین وظیفه مهندس طراح، تعیین میزان دقیق بارهای وارده بر سازه (به خصوص بارهای وارده بر تیرآهن) می باشد. به طور کلی از هر نوع باری که بر سازه اثر می گذارد، نمی توان صرف نظر کرد. مهم ‌ترین پارامتر برای مقاومت تیرآهن در برابر بارگذاری های انجام شده نیز مربوط به شرایط طراحی و ساخت محصول و رعایت اصول استاندارد است. به طوری که اگر محصولات، طبق استانداردهای ملی و بین ‌المللی تولید شوند، میزان تحمل بار هر نوعی از تیرآهن را توسط جداولی که در مقاله زیر آورده ایم می توان به راحتی به دست آورد. برای مشاهده جداول تحمل بار تیرآهن و اطلاعات مربوط به این موضوع، مقاله زیر را مطالعه نمایید.

کاربردهای تیرآهن

تیرآهن به علت ساختار محکمی که دارد، در ساخت انواع سازه های ساختمانی، مخصوصا در ساختمان های مرتفع و بزرگ استفاده می شود؛ از جمله در کف ساختمان، ستون ها، تیرهای اصلی (شاه تیر)، تیرهای میانی، خرپا و کف سوله ها و انبارها.

علاوه بر ساختمان های تجاری و مسکونی، از این مقطع فولادی برای ساخت ریل قطارهای برقی (مترو)، آسانسور و غیره نیز استفاده می گردد. همچنین کاربرد انواع تیرآهنH  شکل که دارای جان و بال های ضخیم تری هستند برای ساخت سکوها و پل ها می باشد.

کارخانه‌ های تولید کننده تیرآهن

به دلیل ذخایر بالای آهن در کشور، کارخانه های بسیاری در سراسر ایران وجود دارند که انواع تیرآهن های فولادی را تولید می کنند. از آنجا که سهم بزرگی از کیفیت و قیمت تیرآهن، مربوط به کارخانه تولید تیرآهن می شود، لازم است قبل از اقدام به خرید، ابتدا با کارخانه های تولید کننده این مقطع فولادی و تیرآهن های تولیدی آن ها آشنا شوید تا بتوانید مناسب ترین انتخاب را با توجه به نیاز خود داشته باشید. در مقاله زیر می توانید لیستی از برترین تولید کنندگان تیرآهن در ایران و انواع تیرآهن های تولیدی آن ها را مشاهده کنید.

قیمت و خرید تیرآهن

در پروژه های ساختمانی از تیرآهن در تناژ بالا استفاده می شود و به همین دلیل، قیمت آن تاثیر زیادی بر هزینه نهایی پروژه خواهد داشت. در تعیین قیمت تیرآهن، عوامل بسیاری از جمله قیمت روز آن، مسائل سیاسی و اقتصادی، قیمت جهانی آهن آلات، نوسانات ارز، نوع و ابعاد تیرآهن، کارخانه های سازنده و وزن تیرآهن نقش دارند.

برای خرید بهترین کیفیت و قیمت تیرآهن، لازم است به کارخانه تولید کننده نیز توجه کرده و از شرکت های معتبر خرید کنیم. جهت اطلاع از نرخ دقیق آن ها همواره باید از سایت ها و مراکز معتبر کمک گرفت. آهن ملل با سال ها تجربه در فروش کلیه مقاطع فولادی، یکی از قابل اعتمادترین مرجع های استعلام قیمت لحظه ای آهن آلات است.

سخن آخر

عملکرد تیرهای اصلی و تیرچه ها با یکدیگر متفاوت است. همچنین، شاه تیر بزرگ تر و سنگین تر از تیرچه ها می باشد. مهم ترین روش تولید تیرآهن ها استفاده از  نورد گرم است. تیرآهن نورد شده در اندازه دلخواه به دو روش کوپال یا برنول برش می خورد. کارخانه های بزرگی در کشور وجود دارند که تیرآهن های باکیفیت تولید می کنند. از جمله بزرگترین و مهم ترین آن ها کارخانه ذوب آهن اصفهان است که متعاقبا قیمت بیشتری نسبت به تیرآهن تولیدی کارخانه های دیگر دارد. قیمت تیرآهن، علاوه بر کارخانه تولید کننده به عوامل دیگری مانند نوسانات ارز و دلار، قیمت جهانی آهن و … بستگی دارد. به طور کل، نوسان قیمت تیرآهن، تاثیر بسیاری بر هزینه پروژه های ساختمانی دارد.

سوالات متداول نحوه تولید تیرآهن، کاربرد آن