تیرآهن IPE

تیرآهن (IPE) یک مشخصه دارد که آن را از سایر انواع تیرآهن متمایز می‌سازد. در این نوع تیرآهن ضخامت بال‌ها از ابتدا تا انتها کاملا یکسان و یکنواخت است. این ویژگی را وقتی از هر دو سر به تیرآهن نگاه کنید متوجه می‌شوید. به‌طور معمول برای پروژه‌های ساختمانی، مهندسین ناظر از این نوع تیرآهن به عنوان تیرآهن مناسب برای ساختمان‌ یک طبقه به بالا استفاده می‌کنند.البته قیمت تیرآهن هم با هم متقاوت هست که در ادامه به آن می پردازیم. به دلیل استاندارد بودن این تیرآهن، از محبوبیت بیشتری در بین مشتریان و مهندسین ناظر برخوردار است. تیرآهن (IPE) در ساختمان به صورت خرپا، نعل درگاه، تیر در پوشش سقف‌ها، پل‌های لانه زنبوری و ستون کاربرد دارد.

تیرآهن INP

یکی دیگر از تیرآهن‌هایی که می‌تواند به عنوان تیرآهن مناسب برای ساختمان یک طبقه استفاده شود، تیرآهن INP است. این تیرآهن محصول کشورهای چین و روسیه می‌باشد. از ویژگی‌های بارز آن نازکی بال‌ها در ابتدای تیر آهن و ضخیم شدن تدریجی آنها در انتها است. بنابراین اگر از بالای تیرآهن به آن نگاه شود شیب بسیار ملایمی در ضخامت با بال‌ها مشاهده می‌گردد.

تیرآهن‌ IPB

تیرآهن IPB یکی دیگر از انواع تیرآهن‌ مناسب برای ساختمان یک طبقه به‌شمار می‌رود. شکل ظاهری این نوع تیرآهن که به آن تیرآهن بال پهن یا هاش گفته می‌شود، به این صورت است که طول بال‌ها نسبت به تیرآهن‌های IPE بیشتر می‌باشد. ولی از نظر شکل ظاهری این دو تیرآهن با هم مشابه هستند. این تیرآهن یک مشخصه دیگر نیز دارد و آن هم این است که از نظر وزن به دو نوع تقسیم می‌شود. علامت های (V) و (L) روی تیرآهن‌های IPB به ترتیب نشان دهنده سنگین بودن و سبک بودن تیرآهن هستند.

هر کدام از این تیرآهن‌هایی که در اینجا معرفی شدند با توجه به نوع سازه و عملکردی که قرار است در سازه ایفا کنند، می‌توانند به عنوان تیرآهن مناسب برای ساختمان یک طبقه انتخاب شوند.

اسکلت‌بندی ساختمان یک طبقه

نه تنها انتخاب تیرآهن مناسب برای ساختمان یک طبقه از اهمیت ویژه‌ای برخوردار می‌باشد، بلکه مراحل اسکلت‌بندی ساختمان یک طبقه نیز با اصول و مراحلی همراه است که در ادامه به آنها پرداخته‌خواهد شد.

• مرحله اول

گودبرداری: مرحله گودبرداری هم در سازه‌های بتنی و هم در سازه‌های فولادی اجرا می‌شود. هدف آن رسیدن به یک زمین بکر، سخت و محکم است. اگر مرحله گودبرداری به درستی انجام نشود احتمال اینکه ساختمان به‌مرور زمان به حالت نشست دربیاید زیاد خواهد بود. لازم به ذکر است که اگر ساختمان یک طبقه دارای زیرزمین هم باشد مرحله گودبرداری می‌بایست عمیق‌تر انجام شود.

• مرحله دوم

آرماتوربندی: این مرحله نیز در هر دو سازه فولادی و بتنی به صورت مشابهی انجام می‌شود. آرماتوربندی سبب می‌شود که بتن استفاده‌شده در فونداسیون، مقاومت کششی چندبرابر ایجاد پیدا کند و در برابر تنش‌ها، کشش‌ها و فشارهای خارجی دچار مشکل نشود. بعد از اینکه عملیات آرماتوربندی با موفقیت انجام شد محل قرارگیری ستون‌ها و صفحات مشخص می‌شود، قالب‌گیری برای بتن انجام می‌گیرد و همه چیز برای انجام مرحله بتن‌ریزی آماده می‌شود.

• مرحله سوم

بتن‌ریزی: در کنار انتخاب تیرآهن مناسب برای ساختمان یک طبقه، از مراحل مهم اسکلت‌بندی، بتن‌ریزی است. بعد از اینکه مرحله گودبرداری و همچنین آزمایش خاک و آرماتوربندی به‌درستی انجام شد، اقدام به بتن‌ریزی فونداسیون می‌کنند. بتن ریزی در قسمت‌های کف سازه، فونداسیون سازه، زیرسازی و دیگر بخش‌های مهم ساختمان انجام می‌شود. بتن ریزی در همان قالب‌های مخصوص انجام می‌گردد و پس از گیرش بتن، قالب‌ها از آن جدا می‌شوند. معمولاً بتن ریزی و عمل‌آوری بتن حدود 28 روز زمان می‌برد. چرا که در این مدت باید به خوبی از بتن نگهداری شود تا به کارایی صددرصد برسد. استفاده از بتن در این مرحله به ایجاد سطحی صاف به عنوان زیربنای ساختمان کمک شایانی می‌کند. از آنجایی که کل ساختمان یک ‌طبقه قرار است روی فونداسیون بنا شود، بنابراین باید به طور کامل صاف و یکدست باشد. انجام درست تمام مراحل در کنار انتخاب تیرآهن مناسب برای ساختمان یک طبقه، می‌تواند بهترین سازه را ایجاد کند.

• مرحله چهارم

هواگیری: همان‌طور که در مرحله سوم گفته شد، صفحات روی آرماتورها قرار می‌گیرند. سپس بتن شل یا رقیق با فشار زیاد لابه‌لای این صفحات تزریق می‌گردد تا اتصال به‌طور کامل بین آنها انجام گیرد و هرگونه فضای خالی در بین آنها از بین برود. از بین بردن فضای خالی بین صفحات اصطلاحاً هواگیری گفته می‌شود.

• مرحله پنجم

اجرای ستون‌ها: صفحاتی که روی آرماتور‌ها قرارگرفته و به طور صحیح هواگیری‌شده بودند برای اجرای ستون‌ها آماده می شوند. برای راه‌اندازی ستون‌ها از تیرآهن استفاده می‌کنند که این کار را با استفاده از جرثقیل انجام می‌دهند. بعد از قرار دادن تیرآهن مناسب ساختمان یک طبقه روی صفحات، آن را با پیچ، پرچ و جوشکاری در جای خود محکم می‌کنند. بعد از اجرای ستون‌ها بقیه مراحل و ریزه‌کاری‌های اسکلت فلزی با دقت و حوصله انجام می‌گیرد. در آخر هم باربندها به ساختمان اضافه می‌شوند.

حجم مورد نیاز تیرآهن مناسب برای ساختمان یک ‌طبقه

انتخاب تیرآهن مناسب برای ساختمان یک ‌طبقه باید به‌گونه‌ای باشد که با حجم موردنیاز آهن‌آلات هماهنگ گردد. به عبارت دیگر، برای ساختمان یک طبقه که فشارهای خارجی روی آن کم‌تر است، از تیرآهن عمدتا سبک استفاده می‌کنند. به این ترتیب حجم تیرآهن موردنیاز کمتر و وزن سازه نیز کاهش می‌یابد. درنتیجه استحکام آن در برابر ضربه به دلیل خاصیت ارتجاعی بیشتر، افزایش پیدا می‌کند.

البته میزان و حجم تیرآهن مورد نیاز به عوامل مختلفی بستگی دارد. یکی از آنها نوع ساختمان از نظر فلزی یا بتنی بودن است. به عبارتی، اسکلت فلزی به حجم بیشتری تیرآهن نیاز دارد. در حالی که برای سازه بتنی از تیرآهن کمتری، که معمولا برای سقف به کار می‌رود، استفاده می‌کنند. میزان تیرآهن مورد نیاز برای یک سازه فلزی یک طبقه بین 40 الی 70 کیلوگرم به‌ازای هر کیلومتر مربع برآورد‌شده است.

این حجم از آهن‌آلات مصرفی فقط مربوط به تیرآهن است و بقیه مقاطع فولادی از قبیل آرماتورها و مهاربندی را شامل نمی‌شود. البته محاسبه تعداد موردنیاز از تیرآهن مناسب برای ساختمان یک طبقه، کار ساده‌ای نیست و بستگی به نوع تیرآهن و پروژه موردنظر دارد.

وزن تیرآهن مناسب برای ساختمان یک طبقه

پس از اینکه تیرآهن مناسب برای ساختمان یک ‌طبقه انتخاب شد باید وزن آن را اندازه گرفت تا در محاسبات خطایی رخ ندهد. برای محاسبه وزن تیرآهن از فرمول زیر بهره می‌برند:

وزن تیرآهن= طول تیرآهن (به متر)× وزن مخصوص تیرآهن (با توجه به جدول اشتال)

به‌عنوان مثال اگر طول یک تیرآهن 12 متر و وزن مخصوص آن 30 کیلوگرم باشد، وزن تیرآهن معادل 360 کیلوگرم خواهد بود. برای به‌دست آوردن وزن کل تیرآهن‌ها، ابتدا وزن هرکدام از فرمول فوق محاسبه و مقادیر به دست آمده باهم جمع می‌شوند.

مزایای استفاده از تیرآهن به جای بتن

تیرآهن یک از پرکاربردترین مقاطع فولادی است و دلیل محبوبیت آن را می‌توان در لابه‌لای مزایای بی‌شمار آن جستجو کرد. مهندس ناظر براساس مزایای زیر اقدام به انتخاب تیرآهن مناسب برای ساختمان یک طبقه می‌کند:

• طول عمر بالای تیرآهن

استفاده از اسکلت فلزی و انتخاب تیرآهن مناسب برای ساختمان یک طبقه، باعث افزایش طول عمر سازه می‌شود. از آنجایی که مقاومت بتن به‌مرور زمان کاهش پیدا می‌کند، بنابراین طول عمر ساختمان‌های با اسکلت بتنی بین 50 تا 60 سال برآوردشده است. البته تمهیدات و تکنیک‌هایی وجود دارد که بتوان از طریق آنها عمر سازه‌های بتنی را افزایش داد. ولی باز هم طول عمر آنها بیشتر از سازه‌های فلزی نخواهد شد.

• ارزش اسقاط تیرآهن

استفاده از تیرآهن مناسب برای ساختمان یک طبقه حتی پس از پایان عمر و تخریب سازه نیز می‌تواند پرسود باشد. به هنگام تخریب یک ساختمان، سازه‌های با اسکلت فلزی نیاز به هزینه کمتری برای تخریب نسبت به سازه‌های با اسکلت بتنی دارند. ضمن اینکه تیرآهن و آهن‌آلات باقی‌مانده از ساختمان ارزش اسقاط بسیار بالایی دارند و می‌توان با فروش آنها بخشی از هزینه‌های ساخت‌وساز را پوشش داد.

• سرعت اجرای بالای تیرآهن

استفاده از تیرآهن مناسب برای ساختمان یک طبقه، سرعت اتمام پروژه را افزایش می‌دهد. با وجود این که قیمت تمام‌شده اسکلت فلزی حدود 20 الی 30 درصد گران‌تر از اسکلت بتنی می‌باشد، اما قطعاً بازگشت سرمایه و اتمام کار در ساخت پروژه‌های مسکونی از اهمیت بیشتری برای مهندسین سازه برخوردار است. بنابراین از نظر اقتصادی به نفع صاحب پروژه است که از اسکلت فلزی نسبت به اسکلت بتنی استفاده کند. از دیگر مزایای استفاده از تیرآهن و اسکلت فلزی این است که فرد می‌تواند همزمان چندین عملیات را به صورت هم‌زمان انجام دهد. امکان ساخت یک یا چند طبقه به صورت هم‌زمان نیز به واسطه اسکلت فلزی امکان‌پذیر است. در حالی که در اسکلت بتنی اجرای هر طبقه یک‌ماه زمان می‌برد و تا قبل از اتمام طبقه‌ اول، امکان ساخت طبقه دوم وجود ندارد.

• مقاومت بالای تیرآهن

تیرآهن مناسب برای ساختمان یک طبقه باید دارای مقاومت کششی و انعطاف‌پذیری باشد تا بتواند در مقابل فشارهای وارده مقاومت نشان دهد. اسکلت فلزی یک ساختمان یک‌ طبقه وزن کمتر، مقاومت کششی بالاتر و انعطاف‌پذیری بیشتری نسبت به سازه‌های بتنی دارد. همین امر مقاومت ساختمان را نسبت به حوادث طبیعی نظیر زلزله افزایش می‌دهد. البته به این نکته نیز باید اشاره کرد که جوشکاری و اتصالات در اسکلت فلزی از اهمیت بسیار زیادی برخوردار هستند. عدم انجام جوشکاری مناسب در قسمت‌های اتصالات منجر به کاهش مقاومت ساختمان در برابر فشارهای وارده می‌شود.

• انعطاف‌پذیری بیشتر در طراحی

اسکلت‌های فلزی ساختمان‌های یک‌ طبقه و چندین ‌طبقه دارای حجم کمتری نسبت به سازه‌های بتنی یک ‌طبقه و چند ‌طبقه هستند. بنابراین مهندس طراح دست بازتری برای انجام طراحی‌های مختلف دارد. با کمک مناسب ‌ترین تیرآهن برای ساختمان یک‌ طبقه امکان ساخت سازه‌های خاص با نمای متفاوت فراهم است.

• وزن کمتر تیرآهن

استفاده از تیرآهن مناسب برای ساختمان یک‌ طبقه مزیت دیگری هم دارد و آن هم وزن کم‌تر تیرآهن نسبت به قالب‌های بتنی است. از آن‌جایی که به هنگام حوادث طبیعی مثل زلزله فشار کمتری روی سازه‌های سبک‌تر وارد می‌شود، ایمنی ساختمان یک‌ طبقه با تیرآهن نیز افزایش پیدا می‌کند. یکی از انواع تیرآهن‌ مناسب برای ساختمان یک ‌طبقه، می‌تواند تیرآهن لانه زنبوری باشد. چراکه این نوع مقطع فولادی دارای وزن بسیار سبک بوده و برای ساختمان‌های یک‌ طبقه که در آنها نیاز به تحمل نیروی زیادی وجود ندارد، می‌توان ازاین نوع تیرآهن استفاده کرد.

معایب استفاده از تیرآهن

هر مقطع فولادی همچون تیرآهن در کنار مزایای متعددی که دارد معایبی نیز می‌تواند به همراه داشته باشد که استفاده از آن را در برخی مواقع غیر ممکن می‌کند. برخی از کاستی‌های تیرآهن را می‌توان در موارد زیر خلاصه کرد:

• احتمال پوسیدگی در شرایط رطوبت‌زا

یکی از معایب تیرآهن این است که از فولاد ساخته شده است، بنابراین پتانسیل زنگ‌زدگی دارد. پس حتی استفاده از تیرآهن‌ مناسب برای ساختمان یک طبقه و چندین طبقه در مناطقی که رطوبت بالایی دارند نیز نمی‌تواند به افزایش عمر ساختمان کمک کند. بنابراین معمولاً بیشتر در مناطق رطوبت‌زا که بارش باران و رطوبت در آنجا زیاد است معمولاً از اسکلت‌های بتنی برای ساخت ساختمان استفاده می‌کنند.

• نیاز به نیروی متخصص بیشتر برای اجرا

استفاده از تیرآهن مناسب برای ساختمان یک طبقه به نیروی متخصص و ماهر بسیار زیادی نیاز دارد. چراکه انجام دادن اتصالات به‌واسطه جوشکاری تنها توسط افراد ماهر امکان‌پذیر است. همین موضوع باعث می‌شود که کنترل و نظارت روی ساختمان‌های با اسکلت فلزی بیشتر باشد که همین امر هزینه آن را نیز افزایش می‌دهد.

• مقاومت پایین به هنگام آتش‌سوزی

تیرآهن یک مقطع فولادی است که در برابر حرارت دچار تغییر شکل می‌شود. بنابراین نمی‌تواند به هنگام آتش‌سوزی ساختمان را از خطر ریزش محافظت کند. در مکان‌هایی که احتمال آتش‌سوزی زیاد باشد معمولاً از سازه‌های با اسکلت بتنی استفاده می‌کنند. اما استفاده از سازه‌های با اسکلت ترکیبی، یعنی فلزی و بتنی، می‌تواند مقاومت سازه را تا چندین برابر افزایش می‌دهد. بنابراین در چنین مواقعی پس از انتخاب تیرآهن مناسب برای ساختمان یک طبقه و ساخت اسکلت فلزی آن، تیرآهن‌ها را با بتن آغشته می‌کنند. همین عمل مقاومت ساختمان را دربرابر آتش‌سوزی افزایش می‌دهد.

محاسبه وزن ساختمان یک طبقه

برای محاسبه وزن کل سازه و ساختمان یک طبقه فرمول خاصی وجود دارد که عوامل تاثیر‌گذار روی وزن را با حروف انگلیسی در آن نشان داده‌اند.

فاکتور اول: وزن کل فولاد مصرفی در ساختمان یک طبقه است که با علامت (Wt) نشان‌داده می‌شود.

فاکتور دوم: وزن فولاد مورداستفاده در اسکلت فلزی به ازای هر متر‌مربع است که با علامت (W1) نشان داده‌شده است.

فاکتورسوم: وزن فولاد مورد استفاده در سقف است که با علامت (W2) نشان‌داده می‌شود.

فاکتور چهارم: مربوط به وزن فولاد استفاده شده در فونداسیون است که آن را با (W3) نشان می‌دهند‌.

فاکتور پنجم: مساحت کل ساختمان یک طبقه با حرف (A) نشان داده‌شده است.

فرمول محاسبه وزن آهن‌آلات استفاده‌شده در ساختمان یک طبقه به شکل زیر است. البته این فرمول برای همه ساختمان‌هایی که اسکلت آنها فلزی است استفاده می‌شود:

Wt={(w1+w2)×A}+w3

منبع: مرکزآهن