اگر از یک شخص متخصص یا مهندس ساخت و ساز، در ارتباط با مصالح مورد نیاز یا مقاطع مهمی که امنیت آن سازه را تامین میکند، سوال شود، بیشک پروفیلهای تیرآهن از اولین مواردی است که به آن اشاره میکنند؛ چراکه این مقاطع مقاومت مورد نیاز سازه را برآورده خواهند کرد.
امروزه صنعت عمران پیشرفت چشمگیری نسبت به گذشته داشته است و مصالح گوناگونی در صفر تا صد یک پروژه مورد استفاده قرار میگیرد. تیرآهن لانه زنبوری، یکی از انواع تیرآهن است که پیشینه درازی در این صنعت دارا میباشد. در ادامه این مطلب، این مقطع فولادی را بیشتر معرفی میکنیم و به بررسی کاربردها و مزایای استفاده از آن میپردازیم. با شاهین فلز سپاهان همراه شوید.
تاریخچه تیرآهن لانه زنبوری
برای اولین بار شخصی به نام هورتون از شرکت آهن شیکاگو در سال 1910 ساخت تیرآهن لانه زنبوری را پیشنهاد کرد و بیان داشت که در صورت نیاز میتوان مقدار اساس مقطع را بدون افزایش وزن بالا برد. توسعه تیرآهنهای لانه زنبوری نیز به سال ۱۹۲۸ باز میگردد.
اولین کاربرد تیرآهنهای توسعه یافته لانه زنبوری برخلاف امروزه که بیشترین استفاده را در کشور آلمان دارد، در کشورهای اروپایی به جز آلمان بود. پس از آن، در کشور آلمان نیز میل به استفاده از مصالح بنابر زیبایی ظاهری منجر به آن شد که این نوع تیرآهن، بیش از صرفهجویی با هدف زیباسازی استفاده گردد.
پس از جنگ جهانی دوم، مهندسان صنعت ساخت و ساز با کمبود فولاد مواجه شدند. به همین دلیل از تیرآهنهای لانه زنبوری که دارای قیمت مناسبتری بوده و نسبت به وزن آن، از مقاومت قابل توجهی برخوردار بودند، استفاده شد.
در نتیجه میتوان اظهار نمود که تیرآهن لانه زنبوری از دهه ۱۹۵۰ به عنوان راه حل ترجیحی در ساختمان سازی به کار گرفته شد و معمولا در اروپا برای کاهش هزینههای سازههای فولادی مورد استفاده قرار میگرفت.
تیرآهن لانه زنبوری چیست؟
تیرآهن لانه زنبوری (به انگلیسی honeycomb beams) یکی از انواع تیرآهن بوده که در پهنای جان آن، خانههای توخالی به شکل پنج ضلعی وجود دارد که به نوعی شبیه به لانهی زنبور میباشد. این تیرآهن با عنوان تیرآهن شبکه یا CPE نیز شناخته میشود.
در پاسخ به این سوال که علت ایجاد حفره بر تیرآهن چیست میتوان گفت این امر با آن هدف صورت میگیرد که تیرآهن بتواند با کمترین میزان تغییر شکل، کمان خمشی بیشتری را تحمل نماید. فلسفه ایجاد تیر لانه زنبوری آن است که با افزایش ارتفاع تیرآهن، بدون مصرف مصالح اضافی، قدرت خمشی مقطع یا ممان اینرسی دورانی افزایش پیدا کند.
بنابراین استفاده از این مقاطع به عنوان تیرآهن حائز اهمیت است. با استفاده از تکنولوژیهای برش به کمک پانچ یا شعله آتش میتوان تیرآهن نورد شده را به صورت زیگزاگ برش داد. سپس با انتقال یکی از نیمههای بریده شده به اندازه نیم برش روی نیمه دیگر، دو نیمه تیر در محل تماس به همدیگر جوش داده میشوند.
با توجه به اینکه ممان اینرسی تیرهای لانه زنبوری با حفظ وزن آن، بهطور قابل ملاحظهای افزایش مییابد، صرفه جویی قابل توجهی در مصرف مصالح انجام میشود و با استفاده از این تیرها نیازی به استفاده از پروفیلهای نورد شده سنگین وجود ندارد.
روش ساخت تیر لانه زنبوری
برای ساخت این مقطع فولادی از 2 روش زیر استفاده میگردد:
- روش سرد یا کوپال
در این روش، با استفاده از دستگاه قطع کن سنگین که مجهز به گیوتین مخصوص است، تیرآهن به شکل سرد در امتداد خط شکسته قطع میشود.
- روش گرم یا برنول
در این روش خطوط برش ترسیم شده، سپس بدنه تیرآهن به منظور جلوگیری از تاب برداشتن با چند نقطه جوش بر روی سطح صاف، ثابت میشود. برای برش از دستگاه برش برنول که حاصل از سوختن گاز استیلن و اکسیژن میباشد، استفاده میشود. این روش در ایران کارایی بیشتری دارا است.
انواع تیرآهن لانه زنبوری کدام است؟
تیرآهنهای لانه زنبوری از مناظر مختلفی قابل دستهبندی میباشند که در ادامه به شرح و بررسی هر کدام خواهیم پرداخت:
- انواع تیر لانه زنبوری از نظر اندازه و ابعاد
تیرآهنهای لانه زنبوری از تیرآهن سایزهای ۱۲ تا ۳۰ میلیمتر ساخته میشوند که در نهایت، سایز یا ارتفاع آنها تا ۱.۵ برابر تیرآهنهای معمولی افزایش پیدا میکند. همچنین این تیرآهن در شاخههای ۱۲ متری با افزایش حدود ۱۵ تا ۲۰ سانتیمتر در طول، تولید و عرضه میشود.
- انواع تیر لانه زنبوری از نظر شکل حفره
حفرههایی که در طول جان تیرآهنها ایجاد میشود، میتواند در اشکال مختلفی اجرا گردد. رایجترین شکل تیرآهن لانه زنبوری، سوراخهای شش ضلعی و دایرهای میباشد:
- سوراخ شش ضلعی
برای ساخت این نوع حفره، یک برش طولی در جان تیر اصلی به صورت خطوط شکسته زیگزاگ ایجاد میشود. سپس قسمت بریده شده بالایی با یک پله انتقال روی قسمت بریده شده پایینی حرکت داده شده و دو قسمت در محل مشخص به یکدیگر جوش میشوند.
با این کار، ارتفاع تیر به اندازه ارتفاع برش زیگزاگ افزایش مییابد و حفرههای متوالی شش ضلعی در جان تیرآهن ایجاد میگردد. ذکر این نکته نیز خالی از لطف نیست که تیرآهنهای لانه زنبوری با سوراخ شش ضلعی، زیبایی ظاهری بیشتری ایجاد میکنند.
2. سوراخ دایرهای
برای ساخت این نوع تیرآهن، در طول خط مرکزی جان تیرآهن، الگوهای نیم دایره برش داده میشود. در مرحله بعد، درست مانند تیرآهن نوع قبل، دو نیمه تیرآهن روی هم قرار داده شده و به یکدیگر جوش داده میشوند. در نهایت، تیرآهن لانه زنبوری با سوراخ دایره ایجاد میشود.
قابل ذکر است که سوراخهای دایرهای به دلیل آنکه مساحت داخلی سوراخ در آنها بزرگتر است، برای عبور تجهیزات و تاسیسات مناسبتر هستند و نسبت به حالت شش ضلعی، تمرکز تنش کمتری دارا میباشند.
- انواع تیر لانه زنبوری از نظر خط برش
طراحی حفرهها به روشهای متفاوتی بر روی جان تیرآهن انجام میگردد. از جمله این روشها پانیر یا لیتسکا است. در این دو روش طراحی، به وسیله یک سری عملیات مشخص، شکل روی مقطع جان را طراحی کرده و در نهایت برش میزنند.
مشخصات تیرآهن لانه زنبوری
مشخصات و ویژگیهای این تیرآهن که منجر به تمایز آن از انواع دیگر میشود، به شرح زیر است:
- ارتفاع
حداکثر ارتفاع یا سایز تیرآهن را میتوان تا ۲۸ سانتیمتر افزایش داد که منجر به آن میشود که برای طراحیهای با دهانه عریض و دهانه باز بهینه باشد.
- طراحی نامتقارن
ایجاد حفره در طول جان تیرآهن و افزایش عمق آن، منجر به کاهش وزن تیر و افزایش ظرفیت حمل بار آن میگردد.
- کارآمدی قابل توجه
یکی از اصلیترین مشخصات این تیرآهن، کارآمد بودن آن است؛ چراکه امکان افزایش عمق تیرآهن بدون افزایش وزن وجود دارد. در نتیحه، این نوع تیرآهن برای افزایش ظرفیت باربری بسیار کارآمد است و ۴۰% ظرفیت حمل لحظهای بیشتری دارد.
ممنوعیت تیر لانه زنبوری در چه مواردی میباشد؟
مواردی که استفاده از این مقطع فولادی با محدودیتهایی همراه است، به شرح زیر میباشد:
- برای اعضای باربر جانبی در قابهای خمشی معمولی، متوسط و ویژه نمیتوان از تیرآهنهای لانه زنبوری استفاده نمود.
- در تیرهای پل دو سر مفصل که نیاز است تیرهای فرعی با برشهای زیاد روی جان آن قرار گیرد، نمیتوان از تیر لانه زنبوری استفاده کرد.
- نمیتوان تیرآهن لانه زنبوری را بهعنوان تیرهای دهانههای مهاربندی شده همگرای معمولی، ویژه و واگرا به کار گرفت.
مزایا و معایب تیرآهن لانه زنبوری چیست؟
استفاده از هر مقطع فولادی با مزایا و معایب مختلفی همراه است. درنظرگیری این نکته که مزایای استفاده از محصولی لزوما بیشتر از معایب آن باشد، حائز اهمیت بسیاری است.
1. مزایا
مزایای این نوع از تیرآهن به شرح زیر است:
- به علت ارتفاع بیشتر نسبت به تیرآهنهای معمولی، ظرفیت تحمل لنگر خمشی بالاتری دارند.
- وزن پایین آن، منجر به کاهش ۲۰ تا ۵۰ درصد وزن کلی سازه میگردد.
- امکان ساخت سازه با حداقل استفاده از مصالح را فراهم میکند.
- سوراخهای این تیرآهن، امکان نصب آسانتر تجهیزات را فراهم مینماید و مشکل افزایش ارتفاع بیش از حد ساختمان برطرف میگردد.
- باعث انعطاف و زیبایی بیشتر در ساختار سازه شده و فضای داخلی را وسیعتر نشان میدهد.
- منجر به ورود نور طبیعی و افزایش روشنایی سازه میشود.
- در صورت درخواست، سوراخ های لانه زنبوری به اشکال دایره، شش ضلعی، هشت ضلعی و سینوسی قابل اجرا است.
- حفرههای بدنه منجر به کاهش سطح رنگ تیرآهن و در نتیجه هزینههای رنگ کاری میشود.
- به دلیل وزن پایین، حمل و نقل آن آسان است.
- به تعمیر و نگهداری بالایی نیاز ندارد.
- استفاده از این مقطع فولادی، مشکلات ارتعاش کف را به حداقل میرساند.
- در صورت افزایش بار میتوان تیرآهن را به صورت نامتقارن طراحی کرد.
- میتوان از آنها در ساخت کف دالهای بتنی پیش ساخته و پیش تنیده استفاده نمود.
2. معایب
معایب استفاده از تیرآهن لانه زنبوری شامل موارد زیر میشود:
- نسبت به دیگر انواع تیرآهن، مقاومت برشی کمتری دارد.
- دارای ضریب امنیتی پایینتر و امکان گسیختگی است.
- به علت جوشکاری در این تیرآهن، خواص فولاد کمی تغییر میکند.
- جان تیرآهن نسبت به تیرآهنهای دیگر ضعیفتر میباشد.
- امکان له شدگی بخشهای جوش خورده وجود دارد.
- در صورتی که استانداردهای ساخت به خوبی رعایت نشود، احتمال تخریب تیرآهن زیر بار وارد شده وجود خواهد داشت.
- استفاده از تیر لانه زنبوری به عنوان تیر همبند در دهانههایی که بادبندهای واگرا دارند، مجاز نیست.
کاربرد تیرآهن لانه زنبوری شامل چه مواردی میشود؟
در ادامه قصد داریم به شرح مهمترین موارد استفاده این مقطع فولادی بپردازیم:
- کاربرد به عنوان تیر و ستون
- استفاده در سقفهای تیرچه و بلوک یا تیر کف در ساختمانهای بلند
- کاربرد به عنوان تیر در سیستمهای کامپوزیت و پلهای عابر پیاده
- کاربرد در دهانههای مهاربندی نشده و قابهای لنگرگیر
- استفاده به عنوان تیر جرثقیل و تیرهای ماشین آلات ساختمانی
مقاطع تیرآهن لانه زنبوری
ابعاد تیر لانه زنبوری وابسته به نوع مقطع آن است. مقاطع تیرآهن لانه زنبوری به صورت زیر میباشد:
سایز تیرآهن | مقدار افزایش سایز (جان) بعد از تولید تیر لانه زنبوری |
CPE140 | حدود ۷ cm |
CPE160 | حدود ۷ cm |
CPE180 | حدود ۷ cm |
CPE200 | حدود ۷ cm |
CPE220 | حدود ۷ تا ۹ cm |
CPE240 | حدود ۷ تا ۹ cm |
CPE270 | حدود ۷ تا ۹ cm |
CPE300 | حدود ۷ تا ۹ cm |
محاسبه وزن تیر لانه زنبوری
برای محاسبه وزن تیرآهن لانه زنبوری میتوان از فرمول زیر بهره برد:
قیمت تیرآهن لانه زنبوری
عوامل مختلفی مانند نوع تیرآهن، اندازه، شکل حفرهها، ضخامت ورق مصرفی، قیمت متریال اولیه، نوسانات بازار ارز، هزینههای جابهجایی و نیروی کار و غیره، بر قیمت تمام شده این تیرآهن اثرگذار خواهند بود.
جمع بندی
تیرآهن لانه زنبوری که با نامهای شبکه تیرآهن یا CPE شناخته میشود، از انواع تیرآهن بوده که بر سطح جان خود حفرههایی به شکل دایره یا شش ضلعی دارا است. این تیرآهن ظرفیت تحمل لنگر خمشی بالایی دارد، وزن آن کم است و میتوان از آن به عنوان تیر و ستون، در سقفهای تیرچه و بلوک و غیره استفاده گردد.
منبع (Resource): Honeycomb Beam Manufacturing
سوالات متداول
کاربرد تیرآهن لانه زنبوری چیست؟
از این تیرآهن به عنوان تیر و ستون، سقف و تیرچه و غیره استفاده میگردد.
ممنوعیت تیر لانه زنبوری در چه مواردی میباشد؟
از این تیرآهن برای اعضای باربر جانبی در قابهای خمشی معمولی، متوسط و ویژه، در تیرهای پل دو سر مفصل و بهعنوان تیرهای دهانههای مهاربندی شده همگرای معمولی، ویژه و واگرا نمیتوان استفاده کرد.
قیمت تیرآهن لانه زنبوری چگونه محاسبه میشود؟
نوع تیرآهن، اندازه، شکل حفرهها، ضخامت ورق مصرفی، قیمت مواد اولیه و غیره بر قیمت تمام شده این مقطع فولادی اثرگذار خواهند بود.