تیرآهن لانه زنبوری

تیرآهن لانه زنبوری چیست؟

دلیل نام‌گذاری این نوع تیر به “تیر لانه زنبوری”، شکل آن پس از برش و جوش مجدد است. این تیرآهن‌ها در طول جان خود دارای حفره‌های توخالی هستند که شبیه ساختار لانه زنبور به نظر می‌رسند؛ به همین دلیل این نام برای آنها انتخاب شده است. هدف از این طراحی، افزایش توان تیر برای تحمل لنگر خمشی بیشتر نسبت به تیر اولیه نورد شده است. با این کار، ارتفاع تیر افزایش می‌یابد و به دنبال آن ممان اینرسی مقطع نیز بالا می‌رود. برای مثال، ارتفاع پروفیل IPE-18 که ۱۸ سانتی‌متر است، پس از این تغییر به ۲۷ سانتی‌متر می‌رسد. به طور کلی، ارتفاع تیر لانه زنبوری ساخته شده حدود ۱.۵ برابر تیر اولیه خواهد بود.

مزایا و معایب تیر‌ آهن لانه زنبوری

تیرآهن لانه زنبوری به دلیل ساختار خاص خود دارای مزایا و معایب متعددی است که بسته به نوع استفاده می‌تواند مفید یا محدودکننده باشد. در ادامه به مزایا و معایب این نوع تیرآهن اشاره می‌کنیم:

• مزایای تیرآهن لانه زنبوری

  • افزایش مقاومت خمشی: با ایجاد حفره‌ها و افزایش ارتفاع تیر، ممان اینرسی مقطع افزایش یافته و مقاومت خمشی تیر بالا می‌رود.

  • کاهش وزن و صرفه‌جویی اقتصادی: تیرهای لانه زنبوری سبک‌تر از تیرآهن‌های توپر هستند و به دلیل کاهش وزن، هزینه‌های حمل‌ونقل و مصالح را کاهش می‌دهند.
  • امکان عبور تأسیسات: حفره‌های موجود در جان تیر، فضاهایی مناسب برای عبور لوله‌های تاسیسات، کابل‌های برق و سایر تجهیزات ایجاد می‌کنند و در طراحی داخلی سازه کارایی بیشتری فراهم می‌آورند.
  • صرفه‌جویی در مصالح: استفاده از تیر لانه زنبوری به جای تیرآهن‌های سنگین‌تر باعث کاهش مصرف فولاد و در نتیجه کاهش هزینه‌ها می‌شود.

• معایب تیرآهن لانه زنبوری

  • کاهش مقاومت برشی: حفره‌ها باعث کاهش مقاومت برشی تیر در ناحیه‌های اتصال به ستون یا اتصال تیر فرعی می‌شوند. این مشکل می‌تواند باعث ضعف در برابر بارهای سنگین شود.
  • نیاز به تقویت در برخی نواحی: برای جبران مقاومت برشی از دست‌رفته، ممکن است نیاز به پر کردن برخی از حفره‌ها با ورق باشد که به پیچیدگی و هزینه ساخت اضافه می‌کند.
  • امکان کمانش موضعی: ساختار حفره‌دار تیرآهن لانه زنبوری، آن را در برابر کمانش موضعی آسیب‌پذیر می‌کند، به‌ویژه زمانی که به طور غیراستاندارد یا تحت بارهای سنگین نصب شود.
  • محدودیت در برخی کاربردها: به دلیل وجود حفره‌ها و کاهش مقاومت برشی، استفاده از این تیرآهن‌ها به عنوان تیر همبند در دهانه‌های دارای بادبند واگرا مناسب نیست.

روش‌ های 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 می‌شود. سپس برای جلوگیری از تاب برداشتن تیر آهن‌، آن را با زدن تک خال جوش در نقاط مختلف‌، روی یک شاسی افقی مستقر می‌کنند‌. آنگاه با استفاده از دستگاه برش برنول (شعله گاز استیلن) در امتداد خط منکسر اقدام به برش می‌کنند. تا پروفیل به دو قسمت بالا و پایین تقسیم شود. ‌حال قسمت بالا را به اندازه یک دندانه جابجا می‌کنند و دندانه‌های دو قسمت بالا و پایین را به دقت مقابل هم قرار می‌دهند و از دو طرف با جوش پر می‌کنند‌.

استفاده از جوش قوسی نیمه اتوماتیک برای اتصال دو قسمت بریده شده‌، می‌تواند 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 حفره‌ها با ورق‌های تقویتی پر می‌شوند‌. لازم به ذکر است که حداقل باید یک حفره در مجاورت تکیه‌گاه با ورق و به وسیله جوش کامل پر شود.

برای بریدن تیر می‌توان 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 می‌شود‌.

تقویت تیر‌های لانه زنبوری

به کمک ورق تقویت‌: تیرهای ساخته شده در محل تکیه گاه‌ها در ناحیه‌ی حفره‌های خالی در مقابل تنش‌های برشی ضعیف می‌شود. ‌‌با توجه به منحنی نیروی برشی‌ برای جبران این عیب آن حفره‌ها را با ورق‌های تقویتی به صورت کامل توسط جوش پر می‌نمایند‌.

نوعی از تیر آهن‌های لانه زنبوری وجود دارد که برای بریدن قطعات بالا و پایین ورق واسطه اضافه می‌کنند که این ورق واسطه بین دندانه‌ها جوش می‌شود. این نوع تیر آهن‌ ها از تیر آهن‌ های بدون ورق واسطه بسیار مستحکم‌تر و قوی‌تر است.

تقویت تیر آهن لانه زنبوری با بتن و فولاد‌ : در تیرهای لانه زنبوری علاوه بر تنش‌های خمشی اصلی در محل حلقه‌ها تنش‌های خمشی ثانویه حاصل از برش در مقطع ایجاد می‌شود که گاهی این تنش از تنش‌های خمشی اصلی در تیر بزرگترند. این تنش‌ها از کارایی تیر می‌کاهند و برای مقابله با آنها باید حلقه‌های کناری را با ورق پر کرد . خصوصاً هنگامی که از این نوع تیرها بصورت یکسره استفاده می‌شود در محل تکیه‌گاه‌ها که هم نیروی برشی و هم لنگر خمشی زیاد است.

تنش‌های خمشی به شدت افزایش می‌یابد و نیاز به تقویت تیر در این محل‌ها 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 تنش‌های ثانویه قابل ملاحظه هستند از بتن پر می‌شود و کشش حلقه‌های خالی را به عمل تغییر می‌دهد و این امر سختی و مقاومت تیر را افزایش می‌دهد و از نظر اقتصادی مقرون به صرفه است.

نکات حائز اهمیت در تیر ‌آهن لانه زنبوری‌

• برش مقاطع نورد شده برای تیرهای لانه زنبوری می‌تواند با دستگاه برش اتوماتیک یا هوابرش انجام شود.
• تیرهای لانه زنبوری به دو روش پانیر و لیتسکا ساخته می‌شوند.
• استفاده از تیرهای لانه زنبوری در بادبندها به هیچ وجه توصیه نمی‌شود.
• بهترین کاربرد تیرهای لانه زنبوری در تیرهای مرکب است.
• برای کاهش تنش‌های برشی در تیرهای لانه زنبوری، بهتر است در نزدیکی تکیه‌گاه‌ها و در صورت نیاز، در مرکز دهانه تیر، از ورق تقویتی جوش‌کاری شده استفاده شود.
• از به‌کارگیری تیرهای لانه زنبوری در تیرهای خمشی خودداری کنید.
• با افزودن ورق‌های میانی بین دو قسمت بریده‌شده می‌توان ممان اینرسی و مدول مقطع تیر لانه زنبوری را افزایش داد.
• در تیرهای دوبل زنبوری بهتر است حفره‌های دو تیر دقیقاً مقابل هم نباشند؛ به طوری که حفره یک تیر مقابل قسمت بسته تیر دیگر قرار گیرد.
• تیرهای لانه زنبوری را نمی‌توان به عنوان مقاطع فشرده در نظر گرفت.

سخن پایانی در رابطه با تیر ‌آهن لانه زنبوری‌

در پایان، می‌توان گفت تیرآهن لانه زنبوری به دلیل طراحی خاص و ساختار سبک، انتخابی کاربردی برای سازه‌هایی است که نیاز به کاهش وزن و افزایش مقاومت خمشی دارند. این تیرها، با ایجاد فضاهای توخالی، نه تنها امکان عبور تأسیسات را فراهم می‌کنند بلکه به صرفه‌جویی در مصرف مصالح و هزینه‌های ساخت نیز کمک می‌کنند.

با این حال، به‌کارگیری این نوع تیرآهن نیازمند دقت در رعایت استانداردهاست، زیرا ضعف‌هایی در مقاومت برشی دارد و استفاده از آن در برخی قسمت‌ها از جمله بادبندها و تیرهای خمشی توصیه نمی‌شود. در نتیجه، تیرآهن لانه زنبوری می‌تواند گزینه‌ای مناسب و مقرون‌به‌صرفه باشد، به شرط آن‌که محدودیت‌ها و الزامات فنی آن در طراحی و اجرا به‌درستی در نظر گرفته شوند.