یکی از انواع تیرآهنهای موجود در بازار، تیرآهن لانه زنبوری است؛ این تیرآهن به سبب شباهت زیادی که به لانه زنبور دارد، به این نام شهرت پیدا کرده است. در واقع تیرآهن لانه زنبوری همان تیرآهن ساده ای است که به کمک دستگاههای مخصوص روی آن شش ضلعی هایی به شکل لانه زنبور تعبیه شده است. تیرآهن لانه زنبوری کاربرد های خاص خود را دارد که البته در برخی مواقع استفاده از آن ممنوع میباشد؛ در ادامه این مطلب از دکتر آهن، برند رسمی فولاد رامیار صنعت دلایل ممنوعیت استفاده از تیر لانه زنبوری را گفتهایم.
تیرآهن لانه زنبوری چیست؟
تیرآهن لانه زنبوری یا CPE نوعی تیرآهن است که روی جان آن حفره هایی به شکل شش ضلعی یا دایره تعبیه شده است. برای ساخت تیرآهن لانه زنبوری، ابتدا جان تیرآهن برش داده میشود؛ سپس از محل برش داده شده طوری به یکدیگر متصل میشوند که حفره های دایره یا شش ضلعی روی آنها شکل میگیرد.
مزایای تیرآهن لانه زنبوری
استفاده از تیرآهن در برخی از سازه ها مزایایی دارد که در ادامه خواهیم گفت:
- از فضای خالی ایجاد شده روی جان تیرآهن می توان به راحتی برای عبور تاسیسات ساختمانی و برقی استفاده کرد.
- برش های تیرآهن لانه زنبوری سبب کاهش وزن سازه میشود.
- سختی و مقاومت خمشی تیرآهن لانه زنبوری افزایش مییابد.
- استفاده از این تیرآهن به سبب وزن کمتری که دارد به صرفه است.
- ارتفاع تیر لانه زنبوری بیشتر از سایر تیرآهن ها است.
معایب استفاده از تیرآهن لانه زنبوری
یکی از معایب تیرآهنهای لانه زنبوری عدم رعایت استاندارد در فرآیند برشکاری آن است؛ حفره های شش ضلعی ایجاد شده روی جان تیرآهن باید در کارگاه های برشکاری انجام شود. در بسیاری از موارد این کار طبق استاندارد انجام نشده و همین امر میتواند سبب کاهش مقاومت تیرآهن در برابر نیروهای مختلف شود.
یکی دیگر از معایب تیرآهن لانه زنبوری، جوشکاری آنها است. در زمان جوشکاری دمایی حدود 4000 درجه سانتی گراد به فولاد وارد میشود که همین مسئله میتواند تا حدودی خواص فیزیکی فولاد را تغییر دهد. وجود حفره روی جان تیرآهن سبب افزایش تنش برشی در محل اتصال تیر به ستون میشود. برای برطرف کردن این مسئله باید از ورق های تقویتی فلزی در محل اتصال استفاده کنیم. این اتصال نیاز به جوشکاری دارد که حرارت ناشی از آن تنش حرارتی به تیرآهن وارد میکند.
یکی دیگر از مشکلاتی که تیرآهن لانه زنبوری دارد، لهیدگی در قسمتی است که بار متمرکز شده است؛ فشار ناشی از بار گاها سبب له شدن تیرآهن میشود.
استفاده از تیرآهن لانه زنبوری چه مواقعی مجاز است؟
همانطور که گفتیم یکی از معایب تیرآهن لانه زنبوری، لهیدگی بر اثر تحمل وزن زیاد است. برای رفع این مشکل نقطه ای که بار متمرکز شده است با جوش دادن ورق مقاوم میکنند. در اینصورت میتوان با خیال راحت تری از تیر لانه زنبوری استفاده کرد.
یکی دیگر از مزایای تیر لانه زنبوری، این است که میتوان تاسیسات مختلف را از داخل حفره های آن به راحتی عبور داد. همین امر سبب میشود تا نیازی به استفاده از سقف کاذب نباشد؛ عدم استفاده از سقف کاذب، ارتفاع سقف و بار مرده را کاهش میدهد و در هزینه نهایی صرفه جویی میشود.
دلایل ممنوعیت تیرآهن لانه زنبوری چیست؟
تیرآهن لانه زنبوری با وجود مزایایی مانند وزن کمتر، افزایش ارتفاع مقطع و امکان عبور تأسیسات از میان حفرهها، در برخی بخشهای سازه با محدودیت یا ممنوعیت استفاده روبهرو است. در حال حاضر، آییننامههای جدید فولادی استفاده از این نوع تیرآهن را در قابهای خمشی ممنوع کردهاند و تنها در قابهای مفصلی و دهانههای غیرمهاربندیشده میتوان از آن استفاده کرد.
دلیل اصلی این محدودیت، کاهش بخشی از ظرفیت باربری تیر در اثر ایجاد حفره در جان مقطع و وابستگی زیاد عملکرد آن به کیفیت برش، جوشکاری و تقویتهای اجرایی است. از آنجا که در قابهای خمشی و دهانههای مهاربندیشده، نیروهای ناشی از زلزله و بارهای جانبی فشار زیادی به اعضای سازه وارد میکنند، ممکن است تیرآهن لانه زنبوری نتواند این تنشها را بهخوبی تحمل کند. به همین دلیل، استفاده از این مقطع در برخی کاربردها با احتیاط جدی همراه است؛ برای آشنایی بیشتر با فرآیند ساخت آن نیز میتوانید به مطلب «نحوه ساخت تیرآهن لانه زنبوری» مراجعه کنید. در ادامه به بررسی برخی از مواردی که باعث ممنوعیت استفاده تیرلانه زنبوری میشود پرداختهایم.
کاهش مقاومت برشی
یکی از مهمترین دلایل ممنوعیت تیرآهن لانه زنبوری، کاهش مقاومت برشی آن به دلیل وجود حفرهها در جان تیر است. جان تیرآهن نقش اصلی را در تحمل نیروهای برشی دارد و زمانی که بخشی از آن برش خورده و بهصورت حفرههای ششضلعی یا دایرهای درمیآید، ظرفیت برشی مقطع بهویژه در نواحی نزدیک تکیهگاه کاهش پیدا میکند. این موضوع در بخشهایی از سازه که نیروی برشی زیادی وجود دارد، میتواند باعث ضعف عملکرد تیر و افزایش احتمال آسیب یا شکست موضعی شود؛ به همین دلیل استفاده از این نوع تیرآهن در محلهای بحرانی بدون تقویت مناسب مجاز نیست.
کاهش مقاومت خمشی
تیرآهن لانه زنبوری به دلیل تغییر شکل جان، در برابر تنشهای خمشی نیز حساستر میشود. اگرچه افزایش ارتفاع تیر میتواند در برخی شرایط باعث بهبود ظرفیت خمشی شود، اما وجود حفرهها باعث ایجاد تمرکز تنش در اطراف بازشوها و بروز خمشهای ثانویه در مقطع میشود. این تنشها در صورت طراحی یا اجرای نامناسب، میتوانند مقاومت خمشی تیر را کاهش دهند و عملکرد آن را در برابر بارهای وارده مختل کنند. به همین علت، استفاده از تیرآهن لانه زنبوری در تیرهای اصلی یا محلهایی که ممان خمشی بالایی دارند، معمولاً با محدودیت جدی همراه است.
کاهش خواص فولاد در محل جوش
یکی دیگر از دلایل ممنوعیت یا محدودیت استفاده از تیرآهن لانه زنبوری، تأثیر جوشکاری بر خواص مکانیکی فولاد است. در فرآیند تولید این نوع تیرآهن، تیر اصلی برش داده شده و دو نیمه آن پس از جابهجایی مجدد به یکدیگر جوش داده میشوند. اگر عملیات جوشکاری با کیفیت پایین، بدون کنترل دمای مناسب یا خارج از استاندارد انجام شود، ناحیه جوش و اطراف آن دچار ضعف، تردی یا کاهش مقاومت میشود. این موضوع میتواند ایمنی تیر را کاهش دهد و در سازههایی که نیاز به عملکرد مطمئن و پایدار دارند، استفاده از آن را پرریسک کند.
امکان لهشدگی تیرآهن در محل تمرکز بار
در تیرآهن لانه زنبوری، به دلیل وجود حفرهها و عدم یکپارچگی کامل جان تیر، احتمال لهشدگی یا کمانش موضعی در نواحی تحت تمرکز بار افزایش مییابد. این مشکل معمولاً در محل تکیهگاهها، اتصال تیر به ستون یا نقاطی که بار متمرکز به تیر وارد میشود، بیشتر دیده میشود. در چنین شرایطی، جان تیر توان کافی برای توزیع یکنواخت نیرو را ندارد و ممکن است دچار تغییر شکل، خمیدگی یا لهیدگی موضعی شود. به همین دلیل، استفاده از تیرآهن لانه زنبوری در این نواحی بدون پر کردن حفرهها یا نصب ورق تقویتی، از نظر فنی قابل قبول نیست.
حساسیت بالا به کیفیت اجرا
تیرآهن لانه زنبوری برخلاف تیرآهن معمولی، به فرآیند ساخت و اجرای دقیقتری نیاز دارد. کوچکترین خطا در برش، جابهجایی دو نیمه، جوشکاری یا نصب ورقهای تقویتی میتواند باعث کاهش ظرفیت باربری و ایجاد ضعف در مقطع شود. از آنجایی که بسیاری از تیرآهنهای لانه زنبوری در کارگاههای غیراستاندارد تولید میشوند، احتمال وجود عیوب جوش، ناهمراستایی و کاهش کیفیت فولاد در آنها بیشتر است. همین وابستگی زیاد به کیفیت اجرا، یکی از دلایل اصلی محدودیت استفاده از این نوع تیرآهن در پروژههای حساس و سازههای اصلی محسوب میشود.
محدودیت استفاده در تیرهای اصلی سازه
یکی از موارد مهم در ممنوعیت تیرآهن لانه زنبوری، استفاده از آن در تیرهای اصلی سازه است. تیرهای اصلی وظیفه انتقال بارهای مهم سازهای را بر عهده دارند و معمولاً تحت اثر همزمان نیروهای برشی و خمشی قابل توجه قرار میگیرند. به دلیل وجود حفرهها در جان تیر لانه زنبوری، عملکرد آن در این شرایط نسبت به تیرآهن معمولی ضعیفتر و حساستر است. بنابراین در بسیاری از پروژهها، استفاده از تیرآهن لانه زنبوری برای تیرهای اصلی، تیرهای پل و نواحی با بارگذاری سنگین توصیه نمیشود یا تنها در صورت طراحی دقیق و تقویت مناسب قابل بررسی است.
دلایل ساخت تیرهای لانه زنبوری
اصلی ترین دلیل ساخت تیرهای لانه زنبوری، تولید تیرآهن با وزن مشابه یک تیرآهن معمولی ولی با مقاومت و پهنای بیشتر است. ایجاد حفره های روی تیر لانه زنبوری به کمک دستگاه برش لانه زنبوری تیرآهن، سبب کاهش وزن آن تا حد زیادی میشود. از آنجایی که قیمت تیرآهن وابسته به وزن آن است، کاهش وزن تیرهای لانه زنبوری میتواند از نظر اقتصادی به صرفه باشد. با توجه به این اوصاف، تولید تیرآهن های لانه زنبوری منجر به ساخت سازه هایی با وزن کمتر و قیمت ارزانتر خواهد شد.
از دلایل دیگر ساخت تیرآهن لانه زنبوری میتوان به ساختار خاص آن اشاره کرد. حفرههای موجود روی بدنه تیرآهن این امکان را فراهم میکند تا لوله ها و سیم کشیها به سادگی از آنها عبور کند. پیشنهاد می کنیم برای مطالعه کامل تر در این باره مطلب " هدف از ساخت تیرآهن لانه زنبوری " را مطالعه کنید.
کاربرد تیرآهن لانه زنبوری
علاوه بر ممنوعیت تیر لانه زنبوری، این سازه فولادی کاربردهایی نیز دارد. از کاربرد تیرآهن لانه زنبوری میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
- کاربرد در تیرهای با مقاطع ظاهری یکنواخت یا متغیر در قابهای صفحهای دارای تیرهای شیبدار؛
- برای استفاده در تیرهای فرعی که دو سر آنها مفصلی باشد؛
- امکان استفاده در تیرهای قابهای لنگرگیر و مهاربندیشده؛
- قابل استفاده در ساخت سقف، پارکینگ، راهپله و پلسازی؛
- برای استفاده در تیرهای طولی یا عرضی عرشه پلها؛
- قابل استفاده در تیرهای شبکههای تکلایه فضاکار؛
- امکان کاربرد در تیرچهها و تیرهای مختلط در بتن؛
- امکان استفاده در دهانههای مهاربندینشده؛
- استفاده در تیرهای ماشینآلات ساختمانی؛
- مورد استفاده در طراحی قابهای خمشی؛
راهکارهای تقویت تیرآهن لانه زنبوری
برای جبران ضعفهای سازهای و افزایش ایمنی تیرآهنهای لانه زنبوری، روشهای مهندسی مشخصی وجود دارد که با اجرای دقیق آنها میتوان ظرفیت باربری مقطع را بهطور قابلملاحظهای ارتقا داد. در ادامه به اصلیترین راهکارهای تقویت این تیرها اشاره میکنیم:
- تقویت بالها با ورق فولادی: جوش دادن ورقهای فولادی ضخیم به زیر بالهای بالا و پایین تیرآهن، باعث افزایش ممان اینرسی و در نتیجه بالا رفتن چشمگیر مقاومت خمشی مقطع میشود.
- پوششدهی حفرههای جان: نصب ورقهای فلزی روی حفرههای موجود در جان تیر (بهویژه در نزدیکی تکیهگاهها که تنش برشی حداکثر است)، مقاومت برشی تیر را بهشدت بهبود میبخشد.
- افزودن پروفیل مکمل: جوش دادن یک پروفیل یا تیرآهن دیگر بهصورت موازی با تیر لانه زنبوری، سطح مقطع کلی را افزایش داده و توانایی تیر برای تحمل بارهای سنگین را چندین برابر میکند.
- استفاده از تسمه و کلافهای تقویتی: نصب تسمههای فولادی یا کلافهای عرضی در نقاطی که تحت تمرکز نیروهای برشی هستند، از تغییر شکل، کمانش موضعی و لهیدگی جان جلوگیری میکند.
- پرکردن حفرهها با بتن: در برخی شرایط خاص، پر کردن فضای داخلی حفرههای لانه زنبوری با بتن یا فومهای سخت، باعث افزایش صلبیت و یکپارچگی تیر شده و از افت کارایی آن جلوگیری میکند.
- بهکارگیری ورقهای لچکی (گوه): نصب ورقهای تقویتی (گوه) در محل اتصال تیر به ستون، تنشهای محلی وارده را کاهش داده و استحکام و پایداری اتصال را در برابر نیروهای سازهای تضمین مینماید.
راهکار نهایی برای رفع ممنوعیت و استفاده تیرآهن لانه زنبوری
راهکار نهایی برای رفع ممنوعیت تیرآهن لانه زنبوری، در مواردی که آییننامه بهصورت صریح استفاده از آن را منع نکرده باشد، اصلاح نقاط ضعف سازهای و افزایش ظرفیت عملکردی این مقطع است. به بیان ساده، هر جا که بتوان با تقویت جان و بال تیر، ضعفهای برشی، خمشی و موضعی را کنترل کرد، امکان استفاده ایمنتر از تیرآهن لانه زنبوری نیز بیشتر خواهد شد. برای این منظور، معمولاً از ترکیب بتن، فولاد و انواع ورقهای تقویتی در نواحی بحرانی استفاده میشود تا مشکلاتی مانند کاهش مقاومت برشی، خمش ثانویه، ناپایداری پیچشی جانبی، کمانش موضعی و اثرات تغییر شکلهای ثانویه کاهش یابد. در کنار این موارد، کیفیت ساخت نیز اهمیت بسیار زیادی دارد؛ زیرا در ایران تیرآهن لانه زنبوری بهصورت مستقیم در کارخانهها تولید نمیشود و اغلب در کارگاهها، معمولاً با استفاده از تیرآهن IPE ساخته میشود. بنابراین، اطمینان از استاندارد بودن فرآیند برش، جوشکاری و تقویت در کارگاه تولیدکننده، مهمترین شرط برای استفاده مطمئن از این نوع تیرآهن به شمار میرود.
خرید تیرآهن لانه زنبوری
خرید تیرآهن لانه زنبوری نیازمند شناخت دقیق فنی و بررسی شرایط پروژه است؛ چرا که با وجود مزایای متعدد این مقطع در سبکسازی سازه و عبور تأسیسات، محدودیتهای ساختاری آن باعث شده تا استفاده از این نوع تیرآهن، همواره منوط به رعایت استانداردهای سختگیرانه مهندسی باشد. نکته حائز اهمیت برای متقاضیان این محصول این است که در حال حاضر کارخانههای بزرگ نورد کشور، تیرآهن لانه زنبوری را به صورت یک محصول نهایی و آماده (دپو شده) تولید نمیکنند؛ بلکه این مقاطع کاملاً به صورت سفارشی و بر اساس نقشه و ابعاد درخواستی مشتری، در کارگاههای تخصصی برش و جوشکاری آمادهسازی میشوند. به همین دلیل، کیفیت و ایمنی نهایی تیرآهن به شدت تحت تأثیر دقت در برش، مهارت تیم جوشکاری و استفاده از ورقهای تقویتی استاندارد است و خرید از مجموعههای معتبر اهمیت ویژهای دارد.
در نهایت
تیرآهن لانه زنبوری با طراحی هوشمندانه خود راهکاری ایدهآل برای سبکسازی سازه و افزایش ظرفیت باربری در دهانههای غیرمهاربندیشده و سقفهای کامپوزیت محسوب میشود؛ هرچند که محدودیتهایی در استفاده از آن در قابهای خمشی و بادبندها وجود دارد. برای بهرهمندی از مزایای این مقطع و پیشگیری از چالشهای فنی نظیر کاهش مقاومت برشی یا خمشی، رعایت استانداردهای دقیق در فرآیند برش، جوشکاری و تقویت با ورقهای فولادی الزامی است. شما میتوانید جهت اطمینان از کیفیت نهایی و تطابق محصول با استانداردهای مهندسی، تیرآهن لانه زنبوری مورد نیاز پروژه خود را به راحتی از طریق شرکت دکتر آهن تهیه کنید. برای دریافت مشاوره تخصصی، اطلاع از قیمت تیرآهن و ثبت سفارش، کافی است با شماره ۰۳۱۵۵۰۵۷ تماس بگیرید و از خدمات کارشناسان مجرب این مجموعه بهرهمند شوید.
سوالات متداول در مورد ممنوعیت استفاده از تیر لانه زنبوری
آیا برای استفاده از تیرآهن لانه زنبوری محدویتی وجود دارد؟
بله، چون وجود حفره در جان تیرآهن لاله زنبوری باعث تغییر توزیع تنش می شود، همچنین جوشکاری در تیرآهن مقاومت آن را کمتر می کند.
چه راهی برای رفع ممنوعیت تیرآهن لاله زنبوری وجود دارد؟
رفع عیوب آن بهترین راه حل برای رفع ممنوعیت های استفاده از تیرآهن لاله زنبوری است. به جز موردهای که استفاده از تیرآهن لاله زنبوری در آئین نامه به روشنی، غیر مجاز مشخص شده است.
کدام دلایلی که باعث ممنوعیت تیرآهن لانه زنبوری می شود، مهم است؟
مهم ترین دلایلی که سبب ممنوعیت تیرآهن لانه زنبوری می شود، عبارت است از:
1- افت مقاومت خمشی
2- افت مقاومت برشی
3- احتمال له شدگی تیرآهن
4. افت مقاومت و تغییر خاصیت فولاد در محل برش
آیا تیرآهن لانه زنبوری برای تیرهای اصلی سازه مناسب است؟
خیر، معمولاً استفاده از تیرآهن لانه زنبوری در تیرهای اصلی توصیه نمیشود؛ زیرا این بخشها تحت نیروهای برشی و خمشی زیادی قرار دارند و وجود حفره در جان تیر میتواند مقاومت آن را کاهش دهد.
