قبل از این که در مورد کاربرد انواع تیرآهن در ساختمان صحبت کنیم، بهتر است شناختی از انواع آن داشته باشیم.
تیرآهن IPE به تیرآهن نیم‌پهن یا سبک نیز معروف است و یکی از پُرکاربردترین‌‌ها در مصارف گوناگون است. ظاهر این نوع تیرآهن به شکل I انگلیسی است و بارزترین ویژگی‌اش این است که ضخامت بال‌ها در ابتدا و انتهای آن کاملاً یکسان است.
تیرآهن بال‌پهن یا IPB که به عنوان تیرآهن هاش نیز شناخته می‌شود، به علت شباهت ظاهری‌اش به حرف انگلیسی H به این نام معروف شده است. طول بال‌ها در تیرآهن‌های هاش (H) نسبت به تیرآهن‌های IPE بیشتر است
فهرست مطالب
- بخش اول:انواع تیر آهن
- بخش دوم:تیر آهن اسکلت فلزی ساختمان دو طبقه
- بخش سوم:هر سایز تیرآهن چه کاربردی دارد؟
- بخش چهارم:حداکثر طول تیر آهن در سقف
- بخش پنجم:محاسبه تیرآهن برای ساختمان دو طبقه
- بخش ششم:محاسبه تیرآهن برای ساختمان یک طبقه
انواع تیر آهن
کفی ستون:
کفی ستون، یکی از مهمترین کاربردهای استفاده از تیرآهن در ساختمان‌سازی است. از مزایای استفاده از این محصول، امکان دریل‌کاری و ایجاد سوراخ یا مشعل‌کاری برای اتصال پیچ و برش‌کاری است. این کفی‌ها در اصل، برای اتصال نبشی به ستون بسیار پُرکاربرد هستند و به دلیل قابلیت پیچ‌کاری و جوش می‌توانند مانند بستری عمل کنند که از نبشی و ستون‌ها به خوبی محافظت می‌کند.
تیرهای اصلی (شاه تیر):
از تیرآهن میتوان به عنوان شاه‌تیر در ستون‌ها استفاده کرد. شاه‌تیر به ستون‌ها متصل می‌شود و مهمترین وظیفه‌اش این است که تیرک‌های میانی هر طبقه را نگه دارد.
ستون ها:
تیرآن‌های هاش یا همان بال‌پهن اگر با مقاطع تقریباً مربعی‌شکل استفاده شوند، برای ستون‌ها (به خصوص ستون‌های قطور) گزینه‌ی مناسبی هستند. اگر ساختمان، بیش از یک طبقه داشته باشد، میتوان از تیرآهن به عنوان ستون یکپارچه استفاده کرد؛ به صورتی که طول ستون از سقف طبقه‌ی بالا بیرون زده شود تا ستون طبقه‌ی بعدی را به آن متصل کند.
تیرک‌های میانی:
تیرک‌ها از ستون‌ها و شاه‌‌تیرها کوچک‌تر هستند و به عنوان تیرآهن کوچک نیز شناخته می‌شوند. قطعاً اهمیت تیرک‌ها از شاه‌تیر کمتر است، اما از آنجایی که تیرآهن در تحمل وزن ساختمان نقش بسیار مهمی را ایفا می‌کند، این تیرک‌ها در بالا و پایین تیرآهن‌ها قرار می‌گیرند.
تیرک‌های میانی به نحوی در هم قفل می‌شوند که بتوانند فشار و نیروی زیادی را تحمل کنند. در اصل، مهمترین وظیفه‌ی تیرک‌های میانی این است که فشار را به صورت عمودی به شاه‌تیر و ستون‌ها منتقل کند.
تیرآهن خرپا:
از تیرآهن در ساخت خرپا هم استفاده می‌شود به گونه‌ای که تیرها را مانند خرپا کنار هم قرار می‌دهند تا در سقف انبار و سوله‌ها قابل استفاده باشند.
تیرهای باریک کرومیت:
این نوع تیرها، از تیرک‌ها باریک‌تر هستند اما طول آن‌ها بلند‌تر است؛ به همین خاطر به آن‌ها تیرک‌های باریک گفته می‌شود. تیرک‌های باریک کرومیت یک سطح نشیمن‌گاه دارند که بر روی تیر اصلی جا داده می‌شوند. تیرآهن‌های تراس، بر خلاف این نوع تیرک‌ها، با هر سیستمی سازگارند و به همین دلیل تنوع بیشتری هم دارند.
تیر آهن اسکلت فلزی ساختمان دو طبقه
اسکلت ساختمان دو طبقه:
اسکلت‌بندی ساختمان دو طبقه مانند هر سازه‌ی ساختمانی دیگری اصول و مراحلی دارد که در ادامه به طور خلاصه به آن می‌پردازیم. فرقی نمی‌کند با سازه‌ی فولادی سروکار داشته باشیم یا سازه‌ی بتنی در هر حال مرحله‌ی اول بنا کردن اسکلت ساختمان، گودبرداری است و اگر ساختمان دارای زیزمین هم باشد گودبرداری زیادتر انجام می‌شود. پس از گودبرداری و انجام آزمایش بر روی خاک و نمونه‌برداری از آن نوبت به بتن مگر می‌رسد.
بتن‌ریزی با هدف ایجاد سطحی صاف به عنوان زیربنای اصلی ساختمان انجام می‌گیرد چرا که کل اسکلت ساختمان بر روی کف سوار می‌شود و از این نظر کاملا صاف بودن کف حائز اهمیت است و در استحکام و تعادل سازه نقش اساسی دارد. در این مرحله نوبت به آرماتوربندی می‌رسد که باز هم برای سازه‌های فولادی و بتنی مشابه و ضروری است. بعد از آرماتوربندی، محل قرارگیری صفحات و ستون‌ها مشخص شده، قالب‌گیری نیز انجام می‌شود و همه‌چیز برای بتن‌ریزی پی آماده می‌شود.
نکته‌ی مهم این مرحله این است که باید پیش از بتن‌ریزی، بتن به خوبی در میکسرها مخلوط شده، یکنواخت و کاملا همگن شده باشد و حین بتن‌ریزی و پس از آن عملیات مرطوب‌سازی همواره تداوم داشته باشد. در مرحله بعد صفحات روی آرماتورها قرار می‌گیرند تا تیرها بر روی آن‌ها قرار گیرند. در مرحله‌ی صفحه‌گذاری بتن شل با فشار لابه‌لای این صفحات تزریق می‌شود تا اتصال انجام شده و فضای خالی در زیر این صفحات باقی نماند که به این عملیات اصطلاحا هواگیری گفته می‌شود و بدین منظور انجام می‌گیرد که پس از کار گذاشتن ستون هیچ نشستی در این صفحات اتفاق نیافتد.
مرحله‌ی بعدی اجرای ستون‌هاست که با استفاده از جرثقیل و علم‌کردن تیرآهن و گذاشتن آن‌ها بر روی صفحات انجام می‌گیرد که برای طبقه‌ی دوم تیرآهن‌های کمتری را به تیرآهن‌های طبقه‌ی اول جوش می‌دهند. پس از آن تیرها بنا نهاده می‌شوند و عملیات تیرچه‌ریزی انجام می‌شود تا سقف و کف ساختمان بر روی این تیرها قرار گیرد. آخرین مرحله‌ی برپا داشتن اسکلت فلزی ساختمان دو طبقه اجرای باربندها و در نهایت نصب راه‌پله‌های بین طبقه‌ی اول و دوم است.
فرمول محاسبه وزن تیرآهن:
برای اینکه بتوانیم وزن تیرآهن مورد نیاز در یک پروژه‌ی ساختمانی را ارزیابی کرده و بدست آوریم ابتدا باید نوع آن را مشخص کرده و با استفاده از وزن مخصوص آن نوع در جدول اشتال و استفاده از فرمول زیر وزن تیرآهن مربوطه را بدست آوریم.
طول تیرآهن (متر) * وزن مخصوص تیرآهن (با توجه به جدول اشتال)=
محاسبه حجم تیرآهن مصرفی در ساختمان دو طبقه:
به طور کل مقدار آهن‌آلات و همینطور تیرآهنی که در ساخت هر متر مربع از سازه‌ای بدان نیاز داریم به عوامل بسیاری نظیر نوع سازه، نوع تیرآهن، نظر مهندس ناظر و… بستگی دارد اما مهمترین عامل فلزی یا بتنی بودن اسکلت ساختمان است. مثلا اگر اسکلت‌بندی ساختمانی فلزی باشد به جز وزن آرماتور سقف به ازای هر متر مکعب به 40 تا 70 کیلوگرم آهن‌آلات نیازمندیم که عمده آن به وزن تیرآهن برمی‌گردد در حالی که اگر با سازه‌ای بتنی سر و کار داشته باشیم در شرایطی مشابه به ازای هر متر مربع سازه به 35 تا 60 کیلوگرم آهن‌آلات نیاز است.
البته پارامترهای دیگری نیز در این بین مهم هستند و حجم تیرآهن برای پروژه‌های مختلف با توجه به نوع کاربری سازه می‌تواند متفاوت باشد و در کل تعیین دقیق تعداد تیرآهن‌های مورد نیاز کار ساده‌ای نیست و به همین دلیل نیاز به کار کارشناسی دارد که بر عهده‌ی مهندسین سازه است. اما همین تخمین حدودی میزان آهن‌آلات نیز برای تصمیم‌گیری و محاسبه‌ی هزینه‌ی تمام شده‌ی یک پروژه‌ی ساختمانی بسیار ارزشمند، مفید و راه‌گشاست.
بنابراین همانگونه که تخمین وزن میلگرد مورد نیاز در ساختمان‌سازی اهمیت دارد تخمین درست وزن تیرآهن نیز اهمیت بسزایی دارد چرا که پس از محاسبه وزن تیرآهن و با اطلاع از قیمت روز تیرآهن می‌توانیم برآورد قیمتی صحیحی از هزینه‌ی پروژه بدست آوریم. نکته دیگری که در خرید تیرآهن اهمیت بسیاری دارد این است که هنگام خرید تیرآهن نبایست تنها به قیمت توجه داشت و دنبال ارزان‌ترین تیرآهن موجود در بازار بود زیرا کیفیت تیرآهن نیز بسیار مهم است و چنانچه از تیرآهن‌های با کیفیت در اسکلت‌بندی ساختمان استفاده نشود ایمنی ساختمان به طور جدی به خطر میافتد که ممکن است هزینه‌های مالی و جانی بسیاری به بار بنشاند.
هر سایز تیرآهن چه کاربردی دارد؟
تیرآهن‌ها بر اساس اندازه و سایز مشخص‌شده 12، 14، 16، 18 و یا 20 بسته به نوع پروژه و نوع کاربری تولید و مورد استفاده قرار داده می شوند. بیشترین کاربرد تیرآهن‌ها در قسمت‌های مختلف اسکلت بندی ساختمان، ساخت پل و سازه های صنعتی و فلزی است که به منظور انتقال نیروهای خمشی و برشی استفاده می شود.
هدف اصلی استفاده از تیرآهن جلوگیری از فروپاشی سازه است. مهمترین کاربردهای تیرآهن از جمله استفاده به‌عنوان ستون، خرپا و نعل ساختمان، استفاده به‌عنوان تیر در پوشش سقف و ایجاد پل‌های لانه زنبوری است که با توجه به سایز و اندازه مشخص می‌شود که کدام تیرآهن در چه پروژه‌ای استفاده شود.
تیرآهن با سایز 12:
تیرآهن سایز 12 با محدوده وزنی بین 10.4 الی 26.8 کیلوگرم در ازای هر متر و استاندارد مورد استفاده برای ساخت، تولید می شود. بیشتر برای ساخت ستون، پوشش سقف سازه و تیر کاربرد دارد.
تیرآهن سایز 14:
بر اساس استاندارد مورد استفاده، یکی از پرکاربردترین و پرمصرف‌ترین نوع تیرآهن به شمار می آید. محدوده وزنی بین 12.9 الی 33.7 کیلوگرم دارد و در اکثر کارخانه های تولید تیرآهن داخلی ساخته و به بازار عرضه می شود. در حالت کلی تیرآهن سایز 14 در ساخت ستون، خرپا، نعل و تیر در پوشش سقف سازه استفاده می شود.
نوع سنگین‌تر این تیرآهن با توجه به وزن آن برای قسمت‌هایی از سازه که نیاز به تحمل نیروی بیشتری دارد استفاده می شود. تیرآهن 14 در نوع لانه زنبوری بیشتر در ساخت پل کاربرد دارد.
تیرآهن ساز 16:
تیرآهن سایز 16 بر اساس استانداردهای متفاوت وزن متغیر بین 15.8 الی 41.6 کیلوگرم در هر متر دارد. این نوع تیرآهن از نوع کاربردی است که در ساخت خرپا، نعل، تیر در پوشش سقف و پل لانه زنبوری استفاده می‌شود.
تیرآهن سایز 18:
تیرآهن سایز 18، کاربردی مشابه با تیرآهن‌های سایز 14 و 16 دارد. این نوع تیرآهن با استفاده از استانداردهای IPE، INP و IPB تولید می شود و وزن هر متر آن در محدوده بین 18.8 الی 49.1 کیلوگرم متغیر است. به علت وزن بیشتر و سنگین بودن تیرآهن سایز 18 بیشتر در سازه های بزرگ و سنگین کاربرد دارد.
تیرآهن سایز 20:
یکی از متداول‌ترین نوع تیرآهن است که تمامی کارخانه‌ها می‌توانند در اندازه و سایزهای متفاوت آن را تولید و روانه بازار کنند. این نوع تیرآهن در هر متر وزنی معادل 22.4 تا 60 کیلوگرم دارد. تیرآهن سایز 20 به دلیل وزن و مقاومت بالا، غالبا در سازه های بزرگ و یا در طبقات زیرین سازه استفاده می‌شود.
حداکثر طول تیر آهن در سقف
فاصله و حداکثر طول تیرآهن در سقف چقدر باید باشد؟
حداکثر طول تیرآهن در سقف به نوع سقف ،اندازه دهانه سقف ، فاصله ستون ها از یکدیگر ،نقشه سازه ، تعداد طبقات و بسیاری عوامل دیگر بستگی دارد . به همین علت نمیتوان مقدار مشخصی را به طور کلی در نظر گرفت . طول تیرآهن ها در سقف با توجه به ویژگی های یک سازه مشخص میگردد.
میتوان گفت حداکثر طول تیرآهن یا تیرچه سقف با اندازه حداکثر دهانه سقف متناسب است دهانه سقف ها در انواع متفاوت در حدود 7 تا 12 متر میباشد .این اعداد با توجه به ویژگی های سازه کاملا متغیر هستند.
یکی از مهم ترین پروفیل های ساخت و ساز، تیرآهن سقف است که وظیفه آن گرفتن نیروهای برشی و وزن تنش های لنگر خمشی است. انواع تیرآهن با استانداردهای گوناگون تولید می شوند؛ تیرآهن های INP که طراحی آن ها بر اساس استانداردهای اروپایی است به عنوان پروفیل نرمال معروف هستند. این نوع تیرآهن در طول های 8 و 16 متر و ارتفاع های 80، 100، 120 و 600 میلی متری در بازار وجود دارد. هر یک از انواع تیرآهن دارای طول،سایز و ارتفاع خاصی است و در هر نوع سقفی نیز فاصله تیرآهن سقف تفاوت دارد. در این مقاله با معرفی انواع سایز تیرآهن و کاربرد آن ها در ساختمان سازی به بررسی حداکثر طول تیرآهن در سقف می پردازیم.
محاسبه تیرآهن برای ساختمان دو طبقه
اسکلت‌بندی ساختمان دو طبقه مانند هر سازه‌ی ساختمانی دیگری اصول و مراحلی دارد که در ادامه به طور خلاصه به آن می‌پردازیم. فرقی نمی‌کند با سازه‌ی فولادی سروکار داشته باشیم یا سازه‌ی بتنی در هر حال مرحله‌ی اول بنا کردن اسکلت ساختمان، گودبرداری است و اگر ساختمان دارای زیزمین هم باشد گودبرداری زیادتر انجام می‌شود.
پس از گودبرداری و انجام آزمایش بر روی خاک و نمونه‌برداری از آن نوبت به بتن مگر می‌رسد. بتن‌ریزی با هدف ایجاد سطحی صاف به عنوان زیربنای اصلی ساختمان انجام می‌گیرد چرا که کل اسکلت ساختمان بر روی کف سوار می‌شود و از این نظر کاملا صاف بودن کف حائز اهمیت است و در استحکام و تعادل سازه نقش اساسی دارد.
در این مرحله نوبت به آرماتوربندی می‌رسد که باز هم برای سازه‌های فولادی و بتنی مشابه و ضروری است. بعد از آرماتوربندی، محل قرارگیری صفحات و ستون‌ها مشخص شده، قالب‌گیری نیز انجام می‌شود و همه‌چیز برای بتن‌ریزی پی آماده می‌شود.
نکته‌ی مهم این مرحله این است که باید پیش از بتن‌ریزی، بتن به خوبی در میکسرها مخلوط شده، یکنواخت و کاملا همگن شده باشد و حین بتن‌ریزی و پس از آن عملیات مرطوب‌سازی همواره تداوم داشته باشد. در مرحله بعد صفحات روی آرماتورها قرار می‌گیرند تا تیرها بر روی آن‌ها قرار گیرند.
در مرحله‌ی صفحه‌گذاری بتن شل با فشار لابه‌لای این صفحات تزریق می‌شود تا اتصال انجام شده و فضای خالی در زیر این صفحات باقی نماند که به این عملیات اصطلاحا هواگیری گفته می‌شود و بدین منظور انجام می‌گیرد که پس از کار گذاشتن ستون هیچ نشستی در این صفحات اتفاق نیافتد.
مرحله‌ی بعدی اجرای ستون‌هاست که با استفاده از جرثقیل و علم‌کردن تیرآهن و گذاشتن آن‌ها بر روی صفحات انجام می‌گیرد که برای طبقه‌ی دوم تیرآهن‌های کمتری را به تیرآهن‌های طبقه‌ی اول جوش می‌دهند. پس از آن تیرها بنا نهاده می‌شوند و عملیات تیرچه‌ریزی انجام می‌شود تا سقف و کف ساختمان بر روی این تیرها قرار گیرد. آخرین مرحله‌ی برپا داشتن اسکلت فلزی ساختمان دو طبقه اجرای باربندها و در نهایت نصب راه‌پله‌های بین طبقه‌ی اول و دوم است.
محاسبه تیرآهن برای ساختمان یک طبقه
تیرآهن مناسب برای ساختمان یک طبقه:
به طور کلی ساختمان ها را از نظر اسکلت به دو دسته می توان تقسیم بندی کرد ساختمان های اسکلت بتنی و ساختمان های اسکلت فلزی. سال‌هاست که از تیرآهن در اسکلت‌های فلزی به منظور ساخت انواع سازه ها استفاده می‌کنند. به دلیل بالا بودن قیمت تیرآهن، اسکلت بتنی به صرفه تر از اسکلت فلزی است اما به علت خواص فوق‌العاده ای که به خاطر وجود تیرآهن در اسکلت فلزی وجود دارد از این نوع اسکلت در ساختمان سازی و به ویژه در ساخت سازه های بلند مرتبه استفاده می کنند.
ساختمانی که برای ساخت آن از بتن، سیمان، شن، ماسه، میلگرد ساده و آجدار استفاده می شود را دارای اسکلت بتنی می گویند. در اسکلت بتنی برای ساخت فونداسیون، ستون، تیراصلی، تیرفرعی پله، دیوار برشی از بتن استفاده می کنند.
وزن ساختمانی که بر پایه‌ی اسکلت فلزی بنا گذاشته شده به مراتب کمتر از وزن ساختمانی است که از اسکلت بتنی در آن استفاده شده است و بنابراین استفاده از اسکلت فلزی در ساختمان وزن آن را کاهش داده و در نتیجه نیروهای فشاری وارده بر ساختمان کاهش می‌یابد که خود این عامل در استحکام بیشتر ساختمان مؤثر است.
فولاد نسبت به بتن انعطاف‌پذیرتر و از خاصیت ارتجاعی بیشتری برخوردار است و ساختمان هایی که بر پایه اسکلت فلزی شکل می گیرند محکم ترند و تحمل آن ها در برابر نیروهای برشی و جانبی وارده بر سازه در حوادث طبیعی مانند زلزله بیشتر است.
حجم تیرآهن مصرفی برای ساختمان یک طبقه:
تیرآهن مصرفی در هر مترمربع به عوامل مختلفی بستگی دارد که مهمترین عامل در هنگام محاسبه آهن آلات مصرفی در سازه نوع ساختمان از لحاظ فلزی و بتنی بودن آن می باشد. به عنوان مثال برای اسکلت فلزی میزان آهن آلات مصرفی به شرح ذیل می باشد:
چنانچه اسکلت فلزی با مهاربندی هم مرکز باشد بدون در نظرگرفتن وزن آرماتور سقف، وزن کلیه آهن آلات مصرفی در ساختمان یک طبقه 40 الی 70 کیلوگرم به ازای هر متر مربع می باشد. محاسبه تعداد دقیق تیرآهن مصرفی برای ساختمان یک طبقه کار مشکلی بوده و برای هر پروژه متفاوت است.
حال چنانچه اسکلت شما بتنی باشد اگر ساختمان بتنی با قاب خمشی و دیوار برشی باشد بدون در نظر گرفتن وزن آرماتور سقف میزان آهن آلات مصرفی به ازای هر متر مربع در حدود 35-60 کیلوگرم می باشد.
میران محاسبه دقیق تیرآهن برای ساختمان یک طبقه را نمیتوان دقیق تعیین کرد و به نوع سازه، نوع تیراهن و نظر مهندس پروژه بستگی دارد و نمیتوان به طور قطع در خصوص آن نظر داد.
برای محاسبه وزن هر شاخه تیرآهن باید از فرمول ذیل استفاده نمود:
وزن تیرآهن = طول تیرآهن (متر) * وزن مخصوص تیرآهن (با توجه به جدول اشتال)
به عنوان مثال:
تیرآهن IPE20 به طول 12 متر
تیرآهن IPE18 به طول 6 متر
تیرآهن لانه‌زنبوری به طول 10 متر
