روش هایی برای تقویت تیرآهن لانه زنبوری در سازه ها

سال هاست که ساخت سازه های فولادی در ایران آغاز شده است. استفاده از تیرآهن لانه زنبوری در ساخت و ساز یکی از تغییرات در معماری می باشد که این نوع تیرآهن وظیفه حمل بارهای ثقلی را برعهده دارد.

می توان گفت که از جمله مهم ترین علل استفاده از تیرآهن لانه زنبوری عدم وجود تنوع کافی در نیمرخهای نورد شده و نیز اقتصادی بودن این تیرها می باشد.

در کشور ما کارخانجات مختلفی انواع تیرآهن را به تولید می رسانند. قیمت انواع تیرآهن به ویژه قیمت تیرآهن آریان فولاد، تیرآهن شاهین بناب، تیرآهن پروفیل صنعت ماهان و سایر کارخانجات با توجه به عوامل مختلفی تعیین می شوند.

تیرآهن لانه زنبوری چیست؟
این نوع از تیرآهن در طول خود دارای فضاهایی توخالی است که مشابه لانه زنبور می باشد. علت این نام گذاری را می توان شکل این تیرآهن بعد از بریدن و جوش دادن دانست.

هدف از انجام این کار این است که تیر بتواند لنگر خمشی بزرگ تری را در مقایسه با تیر نورد شده اولیه تحمل کند.

زمانی که بر روی تیرآهن این کار انجام می شود، ارتفاع تیر افزایش پیدا کرده و در نتیجه ممان اینرسی مقطع افزایش پیدا می کند.

به عنوان نمونه می توان گفت که با انجام این کار، ارتفاع پروفیل که 18 سانتی متر است به 27 سانتی متر افزایش پیدا می کند. در ساخت تیر لانه زنبوری ارتقاع تیر ساخته شده 1.5 برابر تیر اولیه خواهد بود.

مزایا و معایب تیر آهن لانه زنبوری:
همانطور که پیش از این اشاره کردیم، با اعمال تغییراتی بر روی تیرآهن معمولی، تیرآهن لانه زنبوری حاصل می شود.

در نهایت تیرآهن لانه زنبوری که در اثر تغییراتی حاصل شده است، دارای مزایا و معایبی می گردد. در زیر به برخی از مزیت ها و عیوب این نوع از تیرآهن خواهیم پرداخت.

مزایا:
مدول مقطع و ممان اینرسی تیر افزایش می یابد و بدین ترتیب به مقاومت خمشی تیر نیز افزوده می شود.در نهایت از این عمل تیری حاصل می شود که با ارتفاع بیشتر، مقاوم تر و هم وزن تیر اصلی می باشد.

سبک بودن تیر، صرفه اقتصادی را به همراه می آورد.حفره های ایجاد شده در جان تیر، فضاهای مناسبی برای عبور لوله های تأسیسات و برق ایجاد می کنند.

در ساختن این نوع تیر، باید اصول استاندارد کاملا رعایت شود. در غیر این صورت، احتمال تخریب تیر زیر بار وارد شده وجود خواهد داشت.

معایب:
ایراد اساسی تیر لانه زنبوری، وجود حفره ها است که باعث کاهش مقاومت برشی تیر در محل اتصال پل به ستون یا اتصال تیرآهن تودلی به پل لانه زنبوری می شود.

برای رفع این عیب و تامین مقاومت برشی از دست رفته، بعضی از حفره ها را با ورق پر می کنند. تیر لانه زنبوری در ساخت اسکلت فلزی می تواند به صورت پل، فقط در یک دهانه یا به صورت پل ممتد به کار رود.

استفاده از تیر لانه زنبوری به عنوان تیر همبند در دهانه هایی که بادبندهای واگرا دارند مجاز نیست. 

روش ساخت تیرآهن لانه زنبوری:
روش تهیه تیرهای لانه زنبوری از این قرار است که ابتدا جان تیر آهن نورد شده، با استفاده از شابلن خط می شود.

بعد از آن برای جلوگیری از تاب برداشتن تیرآهن، آن را با زدن تک خال جوش در نقاط مختلف، روی یک شاسی افقی مستقر می کنند. در آن زمان، با استفاده از دستگاه برش برنول (شعله گاز استیلن) در امتداد خط منکسر اقدام به برش می کنند تا بدین ترتیب پروفیل به دو قسمت بالا و پایین تقسیم شود.

پس از آن، قسمت بالا را به اندازه یک دندانه جابجا می کنند و دندانه های دو قسمت بالا و پایین را به دقت مقابل هم قرار می دهند و از دو طرف با جوش پر می کنند.

همانطور که می دانید استفاده از جوش قوسی نیمه اتوماتیک برای اتصال دو قسمت بریده شده، می تواند یک جوش خوب، بی عیب، سریع و مقرون به صرفه ایجاد نماید.

سپس جهت رفع نقیصه کاهش مقاومت برشی با توجه به منحنی نیروی برشی تیر، بعضی از حفره ها با ورق های تقویتی پر می شوند. لازم به ذکر است که حداقل باید یک حفره در مجاورت تکیه گاه با ورق و به وسیله جوش کامل پر شود.

می توان برای بریدن تیر از روش کوپال نیز استفاده کرد. در این روش، با استفاده از دستگاه قطع کن سنگین که مجهز به گیوتین مخصوص است، تیر آهن به شکل سرد در امتداد خط شکسته قطع می شود.

در سراسر کشور بنگاه های آهن فروشی زیادی وجود دارند که انواع تیرآهن را به فروش می رسانند. خرید آهن توسط این بنگاه ها به صورت مستقیم از درب کارخانه انجام می شود.

تقویت تیرآهن های لانه زنبوری با استفاده از ورق:
تیرهای ساخته شده در محل تکیه گاه ها در ناحیه ی حفره های خالی در مقابل تنش های برشی ضعیف می شود.

با توجه به منحنی نیروی برشی برای جبران این عیب آن حفره ها را با ورق های تقویتی به صورت کامل توسط جوش پر می نمایند.

نوعی از این تیر آهن های لانه زنبوری وجود دارد که برای بریدن قطعات بالا و پایین ورق واسطه اضافه می کنند که این ورق واسطه بین دندانه ها جوش می شود. این نوع تیرآهن ها از تیر آهن های بدون ورق واسطه بسیار مستحکم تر و قوی تر است.

تقویت تیرآهن لانه زنبوری با بتن و فولاد:
در تیرهای لانه زنبوری، علاوه بر تنش های خمشی اصلی در محل حلقه ها تنش های خمشی ثانویه حاصل از برش در مقطع ایجاد می شود که گاهی این تنش از تنش های خمشی اصلی در تیر بزرگ ترند.

این تنش ها از کارایی تیر می کاهند و برای مقابله با آنها باید حلقه های کناری را با ورق پر کرد خصوصاً هنگامی که از این نوع تیرها به صورت یکسره استفاده می شود در محل تکیه گاه ها که هم نیروی برشی و هم لنگر خمشی زیاد است.

تنش های خمشی به شدت افزایش می یابد و نیاز به تقویت تیر در این محل ها است که از لحاظ اقتصادی قابل توجیه نیست.

برای مقابله با این ضعف در تیرهای لانه زنبوری رفتار مرکب بتن و فولاد تهیه شده هست. به این ترتیب که داخل تیر فلزی در نقاطی که تنش های ثانویه قابل ملاحظه هستند از بتن پر می شود و کشش حلقه های خالی را به عمل تغییر می دهد و این امر سختی و مقاومت تیر را افزایش می دهد و از نظر اقتصادی مقرون به صرفه است.

نکات مهم در تیر آهن لانه زنبوری:
در تیرآهن لانه زنبوری نکاتی وجود دارد که از اهمیت زیادی برخوردار هستند. در اینجا قصد داریم به این نکات به طور خلاصه اشاره کنیم:

• برش مقاطع نورد شده برای تیر های لانه زنبوری توسط دستگاه برش اتوماتیک یا توسط دستگاه هوابرش صورت پذیرد.
• تیر های لانه زنبوری به دو روش پانیر و لیتسکا ساخته می شوند.
• به هیچ عنوان در بادبندها از تیر لانه زنبوری استفاده نکنید.
• بهترین موارد استفاده از تیر های لانه زنبوری استفاده در تیر های مرکب است.
• برای رفع تنش های برشی در تیر های لانه زنبوری بهتر است در محل تکیه گاه ها و در برخی موارد در وسط دهانه تیر ورق تقویت جوش داده شود.
• تیر های لانه زنبوری را ترجیحاً در تیر های خمشی استفاده نکنید.
• در تیر های لانه زنبوری می توان با نصب ورق های میانی بین دو قطعه بریده شده ممان اینرسی و مدول مقطع را افزایش داد.
• در تیر های دوبل زنبوری بهتر است حفره ها مقابل یکدیگر قرار نگیرند و حفره مقابل قسمت بسته تیر دیگر قرار گیرند.
• تیر لانه زنبوری را نمی توان به عنوان مقطع فشرده در نظر گرفت.