معرفی تیرآهن های لانه زنبوری

در ایران تاریخچه مصرف  از سازه های فولادی و تیرآهن لانه زنبوری به چند سال پیش باز می گردد. سازه های فولادی گریبانگیر دگرگونی های زیادی شده اند، از نمونه های این دگرگونی ها، ساخت تیرآهن های لانه زنبوری است. تیر آهن های لانه زنبوری یکی از متداول ترین عنصرهای کاربردی در سازه است که بیشتر بکارگیری از آنها هم در سازه های فولادی می باشد.

شاه تیرها (پل ها)
شاه تیرها اعضای فلزی افقی مهمی می باشند كه با پیوستگی های لازم به ستونها وصل می شوند که توسط آنها بار طبقات به ستونها منتقل می شود می شود. شاه تیرهای فلزی امکان دارد به صورت های زیر به كار روند :
الف) تیرهای معمولی بطور تك یا دوبله
ب) تیرآهن معمولی با ورق تقویتی روی بالها و یا بال و جان
ج) تیرآهن بال پهن
د) تیر ورق (گیردار) ادغام تیرآهن معمولی با ورق یا تیرآهن بال پهن با ورق و یا از ادغام ورقها تولید می شود.
ه) پل های لانه زنبوری از تیرآهن معمولی یا تیرهای بال پهن 
و) خرپاها.

معرفی تیرآهن های لانه زنبوری

علت اسم گذاری تیرآهن های لانه زنبوری این است که این نوع از تیرها در دنباله طولی خود سوراخ های تو خالی مانند لانه زنبور دارند که این فرم پذیری نتیجه اجرای عملیاتی مانند بریدن و مجدداً جوش دادن و کامل کردن پروفیل است. به همین دلیل به تیرآهن های لانه زنبوری معروف هستند و موارد استفاده آن ها در سازه های سبک است.

مقصود از تولید تیرهای لانه زنبوری
مقصود از تولید تیرهای لانه زنبوری این می باشد كه تیر قادر باشد ممان خمیدگی زیادتری را با خیز (عوض شدن شكل) تقریباً كم و همینطور وزن كمتر در مقایسه با تیر نورد شده همانند تحمل كند؛ بعنوان نمونه ارتفاع پروفیل IPE 18 را که ۱۸ سانتی متر ارتفاع دارد، می شود تا ۲۷ سانتی متر زیادتر داد.

 برای تولید تیر لانه زنبوری دو شیوه وجود دارد:
 الف) روش برش پانیر
  ب) روش برش لتیسکا

 

شیوه های گوناگون برش تیرآهن

1.برش به شیوه كوپال (روش سرد)
 در این مرحله تیرآهن به صورت سرد در راستا خط منکسر، قطع می شود. این امربا بکارگیری از سیستم قطع كن سنگین كه به گیوتین ویژه مجهز است صورت می گیرد.
2.برش به شیوه برنول (روش گرم)
برش در این مرحله به شکل گرم صورت می گیرد؛ به این صورت كه كارگر ماهر، برش را توسط لوله برنول، با شعله بنفش رنگ قوی بدست آمده از گاز استیلن و اكسیژن، انجام می دهد.
عمل بریدن تیرهای سبك بوسیله ماشین های برش اكسیژن شابلن دار، تقریباً ساده است. در ایران تیر های لانه زنبوری را اکثراً با دست تأمین می كنند.

شیوه های تولید  تیرآهن  لانه زنبوری و تقویت آن
طرز تهیه تیرهای لانه زنبوری به این صورت است كه اول با دقت به استاندارد، بر روی جان تیرآهن نورد شده، با بکاربردن از اگو كه به شکل شش ضلعی از ورق آهن سفید نیم میلی متری (شابلن) است، خط می گردد؛ بعد از آن تیرآهن را با زدن تك خال جوش روی یك شاسی افقی در نواحی گوناگون ، برای جلوگیری از تاب برداشتن قرار می دهند.سپس در امتداد خط منكسر، با بکارگیری از سیستم برش (برنول)، شروع به بریدن می كنند تا پروفیل به دو بخش بالا و پایین تقسیم شود. اکنون اگر بخش بالا به میزان یك دندانه جابجا شود و دندانه های دو بخش بالا و پایین به دقت روبرو هم قرار گیرند و كارگر ماهر از دو جهت آن را جوشكاری كند با بکارگیری از جوش قوسی نیمه اتوماتیك برای متصل کردن دو نیمه بریده شده، یك جوش مناسب، بی نقص، به سرعت و با صرفه به دست خواهد آمد.

 

استفاده ی تیرآهن لانه زنبوری در ساختمان سازی

درست کردن  سازه های فولادی از سال ها قبل در ایران آغاز شده و در مدت سال های پشت سر هم دستخوش دگرگونی های زیادی در طریقه حساب کردن و عملی شده است. از جمله اصلی ترین این دگرگونی ها استفاده روز افزون از تیر آهن لانه زنبوری به عنوان تیر های فرعی سقف و هم  تیر های اصلی که صرفآ وظیفه حمل بار های ثقلی را دارند، می باشد. همینطوربه علت وجود نداشتن اطلاعات کافی در بخش قاب های برش گیر شده در تیرهای لانه زنبوری، تعداد قابل ملاحظه ای از قاب های خمشی با استفاده از این تیر ها تولید می شوند.
 از جمله اصلی ترین دلیل استفاده از تیرآهن لانه زنبوری وجود نداشتن گوناگونی کافی در نیم رخ های نورد شده و هم اقتصادی بودن این تیر ها می باشد، به صورتی که مخارج تولید این تیرها شامل مخارج برش، مونتاژ و جوشکاری است که از ارزش فولاد مصرفی پایین تر می باشد.

 

استحکام  تیر های لانه زنبوری توسط عمل رفتار مركب بتن و فولاد

در تیرهای لانه زنبوری، در قسمت حلقه ها افزون  بر تنش های خمشی مهم، تنش های خمشی ثانویه ای برگرفته از برش در مقطع، بوجود می آید كه بعضی اوقات این تنش ثانویه از تنش های خمشی مهم در تیر بزرگترند. این تنش ها از عملکرد کم میکنند. به این جهت برای مواجه با آنها باید حلقه های كناری را با ورق پر كرد. بخصوص هنگامی كه از این گونه تیرها بطور یكسره در جای تكیه گاه ها كه هم قدرت برشی و هم لنگر خمشی افزایش می یابد استفاده می شود، تنش های خمشی بسیار بالا می رود و احتیاج به نیرودهی تیر در این مناطق می باشد كه از نظر اقتصادی قابل شرح نمی باشد. برای مواجه با این ناتوانی در تیرهای لانه زنبوری، برای بتن و فولاد رفتار مركب تأمین شده است. به این صورت كه درنواحی ای كه تنش های ثانویه آشکار می باشند، درون   تیر فلزی از بتن مملو می شود و كشش حلقه های خالی را تعویض می کند و این امر دشواری و استحکام  تیر را افزایش می دهد و از نظر اقتصادی باصرفه می باشد .

تیر لانه زنبوری دفن شده در بتن چیست؟
طرح ریزی و انجام تیرآهن فولادی مدفون در بتن به صورت متداول از اول های سال های ۱۹۰۰ میلادی آغاز شد. ابتدای این بتن پوشش دهنده، برای رفع یکی از نقاط ضعف سازه های فولادی یعنی مقاومت پایین این سازه ها در برابر  آتش سوزی، صورت می گیرد . به این شکل که بتن به طور پوشش ضخیمی عضو فولادی را پوشش داده و آن را از آسیب های ناشی از حرارت زیاد آتش محافظت می کرد. بر همین اساس، این بتن تنها وظیفه پوششی را داشته و از اثرات متقابل بتن و فولاد بر هم (عمل مرکب) صرف نظر می کنند.
اولین بررسی ها بر روی عملکرد با هم بتن و فولاد حاوی دو پانل بتنی که در آن یک جفت تیر فولاد I شکل دفن شده بود، صورت می گیرد. در زمان این بررسی ها مشخص شد که تیر آهن فولادی نام برده شده عمل مطلوبی با بتن دال خود داشته و توان چسبندگی بتن و فولاد در راستای عملکرد با هم  آن به کار می افتاد. 
تیرآهن لانه زنبوری پنهان شده در بتن، در سقف هایی با سیستم تیرچه و بلوک برای پوشش در ساختمان استفاده می شود. بررسی ها و نقشه های انجام شده  بر روی این تیرها به علت استفاده بسیار کم  در دیگر کشورها  مخصوصاً  کشورهای صنعتی، خیلی کم و معدود می باشد.

فرم و اندازه  تیرآهن های لانه زنبوری به چه صورت است؟

برش ‌های طولی زیگزاگی، اصلی ترین  اختلاف تیرآهن های لانه زنبوری با دیگر تیرآهن هاست. همینطور، جابه جایی این تیر آهن ها به دلیل وجود حفره های های لانه زنبوری خیلی آسان تراست. زاویه حفره های لانه زنبوری روی این تیرآهن ها 45 تا 60 درجه می باشد  و انتخاب این زاویه می بایست به صورتی باشد که از تعرض اغتشاش برش افقی در تار خنثی ممانعت کند.
بر طبق پیشنهاد اساس نامه فولاد ایران، زاویه حفره های روی تیر آهن لانه زنبوری می بایست 63 درجه باشد. همینطور، در زمان جوش کردن تیرآهن های لانه زنبوری می بایست نهایت دقت را به کار گرفت. بر طبق قانون ها و مقررات ملی ساختمان ایران، مصرف از تیرآهن های لانه زنبوری در ساخت و ساز ها جایز بوده و می بایست در تعیین  زاویه حفره های های این تیرآهن ها ملاحظه نمود.

طراحی تیرهای لانه زنبوری

تیر یکی از اعضاء مهم در مجموعه المان های عملی در سازه های ساختمانی است. در ایران تیرهای لانه زنبوری را اکثراً با دست درست  می کنند. در صورت لزوم طراحی این تیرها به شکل مرکب با کارکرد با هم با بتن کف صورت می گیرد. 
پیش از آن که بشود در مورد اتصالات خورجینی و طریقه کارکرد و فرم پذیری اتصال و در نهایت  حجم مطلوبیت این اتصالات به عنوان اتصالات قاب های فضایی فرم پذیر، از نظر ارتباط  میان لنگر و چرخش اتصال، اظهار نظر قطعی کرد، ملزم است تحقیقات دامنه داری در باره  عمل  استاتیکی و دینامیکی این طور اتصالات صورت پذیرد. مطالعاتی که در زمینه الاستیک روی رفتار تیرهای خورجینی صورت گرفته برگرفته از آن است که حجم گیرداری این اتصالات را با مصرف از ورق های اتصال که در بالا و پایین به بال تیر های خورجینی و به ستون و در عین حال به کناره نبشی های اتصال فوقانی و تحتانی جوش شده اند، می شود در جهت های تیرهای خورجینی بهبود بخشید.
 

 

مزیت ها وعیب های  تیر لانه زنبوری

• مزیت ها

 1-  اصلی ترین  مزیت تیرآهن های لانه زنبوری، برش غیر فشرده آن است. از آنجایی که تیرآهن ها از بخش جان توخالی روی هم قرار می گیرند، وزن سازه کم می شود. افت  وزن سازه سبب ایمن تر شدن ساختمان و منعطف پذیری بهتر آن در برابر بارهای برگرفته از زلزله می شود

 

2- مقطع های تیرآهن ها به شکل زیگزاگ و یا زاویه دار بریده می شود و همین کار سبب صرفه جویی و استفاده بهتر از فولاد و آهن می شود. بنابراین بکارگیری تیرآهن های لانه زنبوری با صرفه تر خواهد بود.

3-  سوراخ های ایجاد شده در جان تیرآهن های لانه زنبوری سبب آسان کردن گذر تاسیسات ساختمانی و کابل های برق شده و همین کار بکارگیری آنها را دو برابر می کند.

4- وظیفه  تیرآهن، انتقال بار به دیگر عناصر سازه می باشد و تیرآهن های لانه زنبوری برتر از دیگر تیرآهن ها این وظیفه را انجام می دهند.

 

 

• عیب ها:

1- وجود سوراخ ها در جان تیرها دارای معایبی می‌باشد که می شود به افت مقاومت برشی در محل اتصال  پل  به ستون‌ها اشاره نمود.به همین دلیل بعضی اوقات از ورق‌های فلزی به جهت پوشاندن این سوراخ ها استفاده می‌کنند

2- در ساخت این تیرآهن می بایست  استانداردهایی که سبب زیاد شدن ارتفاع می‌شود، مراعات شود .

3- در صورت مراعات نکردن استانداردها  تیر زیر بار صددرصد از بین  می رود.

     4-  به جهت هماهنگ سازی تیرآهن، جوشکاری کلی باید انجام  شود.

     5 - به جهت هماهنگ سازی تیرآهن، جوشکاری کلی باید انجام  شود.

    6- خاصیت فولاد و استقامت آن در اثر جوشکاری عوض می شود.

    7- ضریب اطمینان و ایمنی این گونه تیرآهن بسته به سایر برش ها  کمتر است.

ولی به علت مزیت های زیاد این کالای فولادی همچنان از آن به صورت رایج در ساختمان‌ها استفاده می‌کنند.

موارد استفاده تیرهای لانه زنبوری
تیرآهن های لانه زنبوری به دلیل طریقه انجام مخصوص سقف های تیرچه و بلوک که موارد استفاده فراوانی در ایران دارند، در بتن دفن می شوند. این بتن قادرند تأثیرات کمکی فروانی روی تیر آهن داشته و خیلی ازعیب های ایجاد شده در تیرهای لانه زنبوری بدون پوشش بتنی از قبیل افت استقامت برشی، ایجاد خمش ثانویه، ناپایداری پیچشی جانبی (که یکی از شکل های اصلی کمانش تیر های بدون پوشش می باشد)، تأثیرات عوض شدن صورت های  ثانویه در تیرآهن لانه زنبوری، کمانش های موضع بال و هم کمانش های موضعی جان را تا اندازه  زیادی رفع می شود .

 

موارد استفاده به عنوان تکیه‌گاه:
حتما این مورد را باید در نظر گرفت اگر موارد استفاده  این تیرآهن به عنوان تکیه‌گاه است ملزم است حداقل یکی از سوراخ ها با ورق‌های آهنی در تکیه‌گاه کاملا مملو  شود. در نمونه دیگری از پروفیل‌های لانه زنبوری یک ورق واسطه در میان برش ها بالا و پایین قرار می‌دهند.به این شکل که ورق رابط میان دندانه‌های برش‌های بالا و پایین جوش می‌خورد و خیلی قوی خواهد شد.

 

جمع بندی
دراین  سال ها، با دقت به تحقیقات صورت گرفته بر روی تیر آهن های لانه زنبوری، استقامت بسیار زیاد این گونه از تیر آهن ها و شکل پذیری آسان و مزایای اقتصادی آن بسته به دیگر تیرآهن ها مدنظر است. بر این اساس یکی از رایج ترین عناصر مورد استفاده در سازه، تیرآهن لانه زنبوری می باشد که اغلب در سازه های فولادی استفاده می شود. 
در ایران تولید و تأمین تیرهای لانه زنبوری در اکثر موارد و براساس اصول و قانون های از قبل مشخص شده مهندسین سازه، بوسیله  کارگران ماهر و با دست صورت می گیرد. مقدار و طریقه ی ساخت تیرهای لانه زنبوری با پوشش بتنی با دقت به حجم و نوع کاربرد آن ها در ساختمان سازی مشخص و حساب می شوند. به نحوی که میزان عوض شدن صورت در تیر آهن های لانه زنبوری در زمان بکارگیری از بتن خیلی کم می شود. اما متاسفانه بعضضی از طراحان، تیرآهن های لانه زنبوری را بدون بکارگیری از بتن به کار می گیرند.