تیرآهن لانه زنبوری چیست + 7 کاربرد، مزایا و معایب

تاریخچه تیرآهن لانه زنبوری به چه زمان برمیگردد؟

ساخت تیرآهن لانه زنبوری اولین بار در سال 1910 توسط فردی به نام هورتون از شرکت آهن شیکاگو مطرح شد. او برای اولین اولین این ایدوئولوژی را اظهار نمود که بدون کاهش سطح مقطع، وزن را پایین آورد.

رفته رفته در سال 1928 استفاده از این تیرآهن در شماری از کشورهای اروپایی رواج پیدا کرد. همچنین در سال‌های بعد، صنعتگران آلمانی از تیرآهن‌های لانه زنبوری با هدف افزایش زیبایی سازه بهره بردند.

برای مشاهده بروزترین قیمت تیرآهن لانه زنبوری در سایت آهن باکس کلیک کنید

چندین سال بعد در سال 1945 یعنی پایان جنگ جهانی دوم، هنگامی که صنعت ساختمان سازی دچار کمبود فولاد شدند، استفاده از تیرآهن لانه زنبوری رواج بسیاری پیدا کرد؛ چراکه نسبت به تیرآهن معمولی قیمت پایین‌تری دارد و در عین حال دارای مقاومت قابل توجهی است.

تیرآهن لانه زنبوری چیست؟

تیرآهن لانه زنبوری یا تیرآهن شبکه یا CPE به انگلیسی honeycomb beam و یا castellated beam نام دارد و معمولا برای ساخت آن از برش تیرآهن IPE استفاده می‌کنند. برشکاری برای ایجاد حفره در طول جان انجام می‌شود و نهایتا 2 قطعه به هم‌دیگر متصل می‌شوند.

به علت وجود حفره‌هایی به شکل لانه زنبور‌ در طول تیرآهن‌های شبکه، این مقاطع با عنوان لانه زنبوری شناخته می‌شوند. لازم به ذکر است که حفره‌ها در تیرآهن به اشکال مختلفی همچون شش ضلعی، هشت ضلعی و یا دایره‌ای ایجاد می‌شوند.

به طور کلی سوراخ‌کاری تیرآهن با هدف تحمل بیش‌ترین کمان خمشی با کم‌ترین تغییر شکل، افزایش مقاومت، تطبیق‌پذیری، کاهش وزن و هزینه و غیره انجام می‌گیرد.

تیرآهن شبکه چگونه تولید می‌شود؟

برای تهیه این تیرآهن، در وهله اول جان تیرآهن را نورد می‌کنند و سپس برای ایجاد حفره بر سطح جان شابلن را بکار می‌گیرند. مهم است که برای جلوگیری از تاب برداشتن آن، تیرآهن را بر روی شاسی افقی و با زدن تک خال جوش در بخش‌های مختلف مستقر نمایند.

پس از این مرحله به کمک دستگاه برش برنول که از گاز استیلن استفاده می‌کند، برشکاری مقطع انجام می‌گیرد تا به 2 بخش بالایی و پایینی تقسیم گردد.

در مرحله بعد ابتدا قسمت بالایی را به اندازه 1 دندانه جابه‌جا می‌نمایند و پس از آن دندانه‌های هر 2 قسمت بالایی و پایینی مقابل هم‎دیگر قرار داده می‌شود و به کمک جوشکاری دو جهت پر می‌شود.

معمولا برای متصل کردن قسمت‌های بریده شده از جوش قوسی نیمه اتوماتیک استفاده می‌کنند؛ چراکه علاوه بر دقت و سرعت بالا، دارای صرفه اقتصادی می‌باشد.

نهایتا باتوجه به منحنی نیروی برشی تیر برای رفع مشکل کاهش مقاومت برشی، تعدادی از حفره‌ها را با ورق‌های تقویتی پر می‌کنند. همچنین باید در نظر داشت که دست کم یک حفره در کنار تکیه‌گاه به کمک ورق و جوشکاری پر گردد.

برشکاری تیرآهن لانه زنبوری

برای برشکاری این تیرآهن می‌توان از 2 روش زیر اقدام نمود:

1. روش گرم یا برنول- در تعریف کلی در هر روشی که در آن از حرارت برای برشکاری استفاده کنند، روش گرم خواهد بود. در برشکاری تیرآهن به روش برنول، گرمای مدنظر از طریق احتراق گاز استیلن و اکسیژن تامین می‌گردد که سبب تولید شعله‌ای بنفش رنگ خواهد شد و تیرآهن را برش می‌دهد. دستگاه دیگری که می‌توان در این روش بکار گرفت، شعله دستی یا نیمه خودکار است که البته اعواج نسبتا زیادی تولید می‌کند. لازم به ذکر است که روش گرم در کشور ایران بسیار رایج می‌باشد.

• روش سرد یا کوپال- در این روش برشکاری، از دستگاه‌های اتوماتیک برش مجهز به تیغه یا گیوتین برای تقسیم تیر و برای ایجاد سوراخ در جان تیر از روش پانچکاری بهره می‌برند. در این روش به کمک چرخش غلتک‌ها، تیرآهن به جلو رانده می‌شود و تیغه‌ها، در جان تیرآهن برش‌هایی چندضلعی ایجاد می‌نمایند. نهایتا تیرآهن به 2 بخش تقسیم می‌گردد. اعواج ایجاد شده در لبه به روش سرد از روش گرم بسیار کم‌تر کم‌تر می‌باشد.

حفره در تیرآهن لانه زنبوری چگونه ایجاد می شود؟

برای ایجاد حفره در طول جان تیرآهن از 2 روش ترسیم لیتسکا و ترسیم پانیر استفاده می‌کنند که در ادامه این موارد را بررسی می‌کنیم:

• روش ترسیم لیتسکا- در روش لیتسکا، ارتفاع تیرآهن مطابق با لنگر خمشی و  به کمک فرمول (H2=2(h-v به دست می‌آید. لازم به ذکر است که e=36 یا فاصله افقی و v=7 یا فاصله عمودی می‌باشد. پس از آن‌که لنگر خمشی محاسبه شد، مقادیر عمودی و افقی محاسبه شده و در ساخت تیرآهن به کار گرفته می‌شود.
• روش ترسیم پانیر- در روش ترسیم پانیز، در ابتدا نمای طولی تیرآهن را ترسیم  و پس از آن به سرعت، سطح را شطرنجی می‌کنند. به این ترتیب که از نقطه ابتدایی خطی شکسته رسم می‌شود که طول قسمت افقی و شیب قسمت مورب 2 به 1 باشد. در مرحله بعد لازم است اضلاع افقی را شماره‌گذاری نمایند. مجددا لازم است که شکل ترسیم گردد و خط شکسته با 2 خط نازک نزدیک به هم رسم شود. نهایتا پس از برش و جوشکاری تیرآهن لانه زنبوری تولید می‌گردد که طولی در حدود 1.5 برابر طول اولیه دارا می‌باشد.

مشخصات تیرآهن شبکه

تیرآهن لانه زنبوری از اجزا و قسمت‌های مختلفی تشکیل شده است که هر یک از این پارامترها با علامت اختصاری مربوط به خود نشان داده می‌شوند:

کاربرد تیرآهن لانه زنبوری چیست؟

از انواع تیرآهن‌های لانه زنبوری به‌طور گسترده در طراحی قاب خمشی، کاربرد در سازه به عنوان تیر و ستون در سازه و پل عابر، سقف تیرچه و بلوک، ساخت انواع سقف پارکینگ، استفاده به عنوان تیر اصلی یا تیر کف، بکارگیری به عنوان تیر در سیستم کامپوزیت و غیره استفاده می‌کنند.

استفاده از تیرآهن شبکه چه مزایایی دارد؟

مهم‌ترین مزایایی که می‌توان برای استفاده از تیرآهن شبکه به آن اشاره کرد، شامل موارد زیر می‌شود:

• فراهم آوردن امکان ساخت سازه با حداقل مصالح
• کمک به ورود نور به سازه و ایجاد روشنایی در ساختمان
• دارای حمل و نقل آسان به علت وزن پایین
• امکان طراحی به صورت نامتقارن در صورت افزایش بار
• بهبود زیبایی و انعطاف ساختمان
• تنوع اجرا در اشکال دایره، شش ضلعی، سینوسی و هشت ضلعی
• عدم احتیاج به تعمیر زیاد
• بهبود مشکلات ارتعاش کف
• کمک به کاهش کلی وزن سازه در حدود 20 تا 50 درصد به علت برخورداری از وزن پایین
• امکان استفاده در ساخت کف دال بتنی پیش ساخته و پیش تنیده
• کاهش سطح رنگ‌آمیزی و هزینه‌های مربوط به آن به علت وجود حفره
• دارای ظرفیت تحمل لنگر خمشی بالا به علت ارتفاع بیش‌تر
• برخورداری از امکان نصب آسان به علت وجود حفره در آن

بکارگیری تیرآهن لانه زنبوری با چه معایبی همراه است؟

همان‌گونه که پیش از این بررسی نمودیم، استفاده از این تیرآهن در ساختمان سازی مزایای بسیاری را به ارمغان خواهد آورد. اما با این وجود در کنار این موارد، دارای معایبی نیز می‌باشد که قابل چشم‌پوشی نیست.

این موارد به شرح زیر هستند:

1. تغییرات خواص فولاد به علت انجام فرآیند جوشکاری
2. عدم امکان استفاده به‌عنوان تیرهای دهانه‌های مهاربندی ‌شده همگرای معمولی، ویژه و واگرا
3. ضعف بیش‌تر جان در تیرآهن شبکه
4. امکان له شدگی در قسمت‌های جوشکاری شده
5. عدم امکان استفاده در تیرهای پل دو سر مفصل
6. دارای مقاومت برشی پایین
7. عدم امکان استفاده به عنوان تیر هم‌بند در دهانه‌های دارای بادبند واگرا
8. امکان آسیب و تخریب تیرآهن در صورت ساخت به شکل غیراستاندارد
9. امکان گسیختگی به علت ضریب امنیتی پایین
10. عدم امکان استفاده برای اعضای باربر جانبی در قاب خمشی معمولی، متوسط و ویژه

روش های تقویت تیرآهن شبکه

مقاومت برشی اندک، یکی از مهم‌ترین معایبی است که با تیرآهن لانه زنبوری همراه می‌باشد. به همین علت روش‌های مختلفی برای تقویت تیرآهن بکار گرفته می‌شود تا این مشکل را جبران نمایند.

از 2 روش زیر برای تقویت تیرآهن‌های شبکه استفاده می‌کنند:

• تقویت تیرآهن به کمک ورق- برای ساخت این تیرآهن، به جز تنش‌های خمشی اصلی در محل حفره، تنش‌های خمشی ثانویه حاصل از برش، در مقطع تیرآهن ایجاد شده که در بعضی از موارد از تنش‌های اصلی بزرگ‌تر هستند. تنش‌ها عملکرد تیرآهن را کاهش می‌دهند که برای جلوگیری از آن لازم است حفره‌های کناری با ورق پر شود. افزون بر آن تیرآهن تولیدی در محل تکیه‌گاه حفره‌های خالی، در برابر تنش‌های برشی تضعیف می‌گردند. نظر به منحنی نیروی برشی‌، برای جبران آن حفره‌ها کاملا با ورق تقویتی توسط جوشکاری پر می‌شوند.

• تقویت تیرآهن به کمک فولاد و بتن- وجود نیروی برشی و لنگر خمشی در قسمت تکیه‌گاه تیرآهن سبب افزایش قابل توجه تنش‌های خمشی می‌گردد. به همین جهت الزام به تقویت تیرآهن می‌باشد، اما از آن‌جایی که این روش مقرون به صرفه نمی‌باشد، از ترکیب فولاد و بتن برای بهبود عملکرد و تقویت تیرآهن‌های لانه زنبوری استفاده می‌کنند. روش آن نیز به این صورت است که درون تیرآهن و در قسمت‌های دارای تنش‌های ثانویه، از بتن استفاده می‌شود. همین امر سبب منجر به افزایش استحکام و مقاومت تیرآهن خواهد شد. برخلاف نوع قبل، این روش صرفه اقتصادی بالایی دارد و منجر به کاهش خمش ثانویه، ناپایداری پیچشی جانبی، کمانش موضعی بال، مقاومت برشی و غیره خواهد شد.

مقاطع و ابعاد تیرآهن لانه زنبوری

تیرآهن لانه زنبوری از تیرآهن سایزهای 12 الی 30 میلی‌متر به تولید می‌رسد و نهایتا ارتفاع آن‌ها تا یک و نیم برابر تیرآهن‌ اولیه افزایش پیدا می‌کند.

همچنین تیرآهن‌های لانه زنبوری در شاخه‌های 12 متری تولید می‌گردند. افزون بر آن نوع مقطع تیرآهن تاثیر مستقیم بر ابعاد و اندازه خواهد گذاشت.

به همین خاطر این مقادیر را در جدول زیر ارائه کرده‌ایم:

وزن تیرآهن لانه زنبوری

برای محاسبه وزن تیرآهن‌های شبکه می‌توان از فرمول زیر استفاده کرد:

طول تیر لانه زنبوری (متر) * وزن یک متر (بر حسب جدول اشتال) = وزن نهایی تیر لانه زنبوری

همچنین با مراجعه به جدول زیر که جدول استاندارد اشتال تیرآهن لانه زنبوری می‌باشد، بدست آوردن وزن این مقطع امکان‌پذیر خواهد بود:

جمع بندی

تیرآهن لانه زنبوری یا تیرآهن شبکه یکی از انواع تیرآهن‌های فولادی است که در طول جان آن حفره‌هایی به شکل دایره، 6 ضلعی، 8 ضلعی و سینوسی وجود دارد.

از این تیرآهن در تیرچه سقف و بلوک، سقف کامپوزیت، تیر و ستون و غیره استفاده می‌شود و بکارگیری آن با مزایایی همچون وزن پایین، نصب آسان، ظرفیت تحمل لنگر خمشی بالا، قیمت مناسب و غیره همراه است.

Source:
* Honeycomb Beam Manufacturing

سوالات متداول