تیرآهن لانه زنبوری یا تیرآهن cpe چیست و چه کاربردی دارد؟

با شروع هزاره‌ی سوم و افزایش جمعیت زمین، نیاز به ساختمان‌ها و سازه‌های بزرگ و ایجاد بزرگراه‌ها نیز رو به فزونی گذاشت. خانه‌ها در مراکز شهرهای بزرگ، کوچک‌تر شد اما قیمت‌شان افزایش یافت. در نتیجه، استفاده از سازه‌های چند طبقه‌ای (ستون های فولادی، تیرآهن‌های فولادی و اسلب‌های بتنی تقویت‌شده) ضروری بود. طی سال‌های اخیر، سازه‌های فولادی دچار تغییرات زیادی شدند. یکی از مهم‌ترین تغییرات در این سال‌ها، استفاده از تیرآهن لانه‌زنبوری بود که به عنوان تیرهای فرعی سقف و همچنین تیر اصلی استفاده می‌شوند. در این مطلب، تیرآهن زنبوری، کاربرد و ویژگی‌های آن را به طور کامل بررسی خواهیم کرد.

فایل صوتی مطلب

فایل صوتی زیر برای آن دسته از مخاطبین مجموعه اصفهان آهن تهیه شده است که فرصت کافی برای مطالعه این مطلب نداشته و یا تمایل دارند در هنگام مطالعه به فایل صوتی مطلب نیز گوش دهند.

تیرآهن لانه زنبوری یا تیرآهن CPE چیست؟

تیرآهن لانه‌زنبوری که یکی از پرکاربردترین تیرآهن هاست با نام «تیرآهن شبکه» نیز شناخته می‌شود. این محصول، دارای حفره‌های توخالی است که شبیه لانه‌ی زنبور است، به همین دلیل به این نوع تیرآهن، لانه‌زنبوری گفته می‌شود. اما ممکن است سوال بسیاری از افراد این باشد که چرا تیر را لانه‌زنبوری می‌کنند؟ به طور کلی، هدف از ساخت تیرآهن لانه‌زنبوری این است که تیر بتواند با کمترین تغییر شکل، کمان خمشی بیشتری را تحمل کند.

عکسی که مشاهده می‌کنید، تصویری از «تیرآهن لانه زنبوری» است.

تاریخچه تیرآهن لانه زنبوری

زمان اولیه‌ی تولید این محصول به سال 1910 میلادی بر می‌گردد. تیرآهن لانه زنبوری در همان سال، توسط فردی به نام هورتن نامگذاری شد. اگر از روبه‌رو به این محصول نگاه ‌کنید، در پهنای جان آن، خانه‌های توخالی به شکل پنج ضلعی می‌بینید که به نوعی شبیه به لانه‌ی زنبور است.

روش ساخت تیرآهن لانه زنبوری

به طور کلی، فرآیند تولید تیرآهن، شامل مراحل نورد است. شامل مراحل گوناگون نورد است. نَورد یا Rolling به فرایندی گفته می‌شود که در آن فلزی که به دمای موم‌سانی (نرم شوندگی) خود رسیده است از میان غلتک‌های گوناگون عبور داده می‌شود و تحت فشار شکل خروجی غلتک‌ها را به خود می‌گیرد

برای ساخت و بُرش تیرآهن لانه‌زنبوری از دو روش استفاده می‌کنند:

• روش سرد یا کوپال: در این روش، شش ضلعی‌های ترسیم‌شده روی جان تیرآهن، به وسیله‌ی گیوتین بُرش می‌خورند و تیرآهن لانه‌زنبوری تولید می‌شود.
• روش گرم یا نوبل: در این روش، ابتدا با ایجاد خال‌جوش روی خطوط ترسیم‌شده بر جان تیرآهن، محل بُرش را مشخص می‌کنند. سپس، قسمت بالا و پایین تیرآهن به اندازه‌ی یک دندانه جابه‌جا می‌شود و با قرار گرفتن لبه‌ها روی هم، شش ضلعی ایجاد می‌شود. در پایان، برای تقویت تیرآهن، حفره‌ها را با ورق پُر می‌کنند. از آن‌جایی که این روش، مقرون‌به‌صرفه‌ است، بین تولید‌کنندگان تیرآهن بسیار پرطرفدار است.

تیرآهن لانه‌زنبوری به دلیل ماهیت سوراخ‌دار خود، چُنین نامی را گرفته و کاربردهای فراوانی در صنعت و ساختمان‌سازی دارد. نظریه‌های متعددی در مورد استفاده یا عدم استفاده از این محصول، بین مهندسین ساخت‌و‌ساز وجود دارد.

جدول مشخصات تیرآهن لانه زنبوری

برای هرکدام از مشخصه‌های تیرآهن لانه‌زنبوری، از حروف انگلیسی معینی استفاده می‌کنند که در ادامه به آن می‌پردازیم.

برای اطلاع از جدول وزن تیرآهن، اینجا کلیک کنید.

مهمترین کاربردهای تیرآهن لانه زنبوری

از عمده‌ترین کاربردهای تیرآهن لانه‌‌زنبوری می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

•   به عنوان ستون در سازه‌ها
•   عناصر سقفی

در کشور ما به دلیل استفاده از  تیرچه و بلوک، تیرآهن لانه‌زنبوری به شکل مدفون در بتن استفاده می‌شود، چرا که بتن، همه‌ی معایب موجود در تیرآهن لانه زنبوری (اعم از مقاومت بُرشی و ناپایداری پیچشی) را کاهش می‌دهد. از تیرآهن‌های لانه‌زنبوری در سازه‌های فولادی به عنوان ستون، طاق قوسی، عناصر سقفی، سیستم‌های فضایی و حتی در مزارع استفاده می‌کنند.

مزایا و معایب استفاده از تیرآهن لانه زنبوری

از مهم‌ترین مزایای تیرآهن‌ لانه‌زنبوری می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• افزایش مقاومت خمشی تیر
• تحمل بار بیشتر
• مقرون‌به‌صرفه و کاملاً اقتصادی (به دلیل سبک‌بودن تیر)
• قابلیت عبور لوله‌های تاسیساتی و برق از فضاهای ایجاد‌شده (حفره‌ها)
• قابلیت استفاده در صنایع مختلف، مانند پُل‌سازی، حمل‌و‌نقل و عمران

علاوه بر مزایای گفته‌شده، لازم است نگاهی هم به معایب تیر لانه‌زنبوری داشته باشیم. ایجاد حفره‌ها در جان تیرآهن، باعث کاهش مقاومت بُرش تیرآهن در محل اتصال پُل به ستون‌ها می‌شود. به همین دلیل، برای پوشاندن حفره‌ها از ورق‌های فلزی استفاده می‌شود. در ساخت تیرآهن لانه‌زنبوری باید استانداردهایی که باعث افزایش ارتفاع سازه می‌‌شوند، رعایت شود. عدم رعایت این استانداردها، قطعا موجب خرابی تیرآهن می‌شود.

از مهم‌ترین معایب تیرآهن لانه‌زنبوری می‌توان موارد زیر را برشمرد:

• کاهش خواص فولاد و مقاومت در اثر جوشکاری
• ضریب اطمینان و ایمنی پایین نسبت به مقاطع فولادی دیگر

ممنوعیت استفاده از تیرآهن لانه‌زنبوری

از نظر بسیاری از مهندسین سازه‌های فولادی، استفاده از تیرآهن لانه‌زنبوری در پروژه‌های ساختمانی توصیه نمی‌شود. با توجه به معایب گفته‌شده، در زمان استفاده از آن باید معیارهایی در نظر گرفته شود که عبارت‌اند از:

• بررسی جان تیرآهن
• بررسی لبه‌های جوشکاری‌شده
• بررسی مقاومت محصول
• بررسی سوراخ‌هایی که روی جان تیرآهن قرار دارند
• بررسی و رعایت کلیه‌ی ضوابط مطرح در آیین‌نامه‌ی ساختمانی

از مهم‌ترین کاربردهای تیرآهن زنبوری، می‌توان به ساخت پل و سقف سوله‌ها اشاره کرد. نکته‌ی قابل توجه اینجاست که از تیرآهن لانه زنبوری نمی‌توان به عضو باربر جانبی در قاب‌های خمشی و همچنین در دهانه‌های مهاربندی‌شده استفاده کرد. این نوع تیرآهن با توجه به سطح مقطع خود، می‌تواند از نوع تیرآهن هاش (بال‌پهن) و یا معمولی باشد.

چرا تیر را لانه زنبوری می‌کنند؟

سؤال خیلی از افراد این است که چرا تیر را لانه زنبوری می‌کنند؟ از مهم‌ترین مزایای تیرآهن لانه زنبوری می‌توان به افزایش دوام، تطبیق‌پذیری، هزینه‌ی کم و همچنین وزن سبک آن اشاره کرد که در ادامه به تشریح هرکدام می‌پردازیم:

• مقاومت و افزایش دوام: یکی از مهم‌ترین ویژگی‌هایی که می‌توان برای تیرآهن لانه زنبوری در نظر گرفت، سختی تیر است؛ بدون این که تغییری در وزن ماده ایجاد شود. مقاومت و افزایش دوام این نوع تیرآهن باعث می‌شود که در برابر عوامل مختلف و لرزش‌های متداول، طول عمر بالاتری داشته باشد و مدت زمان طولانی‌تری بتوان از این تیرآهن در سازه‌های مختلف استفاده کرد.
• تطبیق‌پذیری: این محصول، تطبیق‌پذیری عالی با سازه‌های مختلف دارد. از آنجایی که تیرآهن لانه زنبوری در اشکال مختلف ساخته می‌شود، قابلیت تطبیق‌پذیری عالی در بسیاری از پروژه‌های ساختمانی، مانند پارکینگ‌های چندطبقه و یا حتی پل‌ها دارد. 
• وزن سبک این محصول: وزن سبک تیرآهن زنبوری، یکی از مهم‌ترین ویژگی‌هایی است که باعث محبوبیت آن شده است. بسیاری از شرکت‌های ساختمانی به دنبال این هستند که از تیر کمتر استفاده کنند؛ بنا بر این، تیرآهن لانه زنبوری با ساختار خاص و همچنین کمترین میزان فلز استفاده‌شده در آن، علاوه بر این که سبک است، از مقاومت و پایداری بالایی نیز برخوردار است.
• هزینه‌ی پایین استفاده از تیرآهن لانه زنبوری: استفاده از تیرآهن زنبوری برای بسیاری از سازه‌ها، هزینه‌ی کمتری نسبت به سایر تیرآهن‌ها دارد.

تقویت تیرآهن لانه زنبوری با چه روش‌هایی امکان‌پذیر است؟

با این که وجود حفره‌های خالی در تیرآهن لانه زنبوری باعث تمایز آن از سایر تیرآهن‌ها می‌شود، اما مشکلات زیادی هم خواهد داشت. برای تقویت استحکام و کیفیت تیرآهن زنبوری و همچنین رفع این مشکلات، روش‌های مختلفی وجود دارد که در ادامه به آن‌ها اشاره می‌کنیم:

• تقویت تیرآهن زنبوری با استفاده از ورق

در برخی موارد، علاوه بر تنش‌های اصلی، ممکن است تنش‌های خمشی در تیرآهن زنبوری ایجاد شود. این تنش‌ها باعث کاهش کارایی تیر می‌شوند. برای جلوگیری از این کار، بهترین روش این است که حلقه‌های کناری تیر که دچار تنش خمشی  هستند با ورق پُر شوند؛ به خصوص زمانی که از این تیرها به صورت یکسره استفاده شود.

• تقویت تیرآهن زنبوری با استفاده از بتن و فولاد

در محل تیکه‌گاه تیرآهن زنبوری، نیروی بُرشی و همچنین لنگر خمشی زیاد است؛ بنا بر این، تنش‌های خمشی به شدت افزایش پیدا می‌کنند. در چنین مواقعی از نظر اقتصادی به صرفه است که محل‌هایی که دچار تنش شده‌اند با بتن پُر شود. این امر، سختی و مقاومت تیر را  افزایش می‌دهد و همان‌طور که اشاره شد، از نظر اقتصادی مقرون به صرفه است.

تصاویر انواع مختلف تیرآهن لانه زنبوری

کل1- تیرآهن لانه‌زنبوری با حفره‌های دایره‌ای

شکل 2-تیرآهن لانه‌زنبوری با حفره‌های شش‌ضلعی

شکل3-تیرآهن لانه‌زنبوری با حفره‌های سینوسی

کلام پایانی

اگر مقاومت و استحکام سازه‌ برای شما اولویت دارد، بنا بر این بهتر است تیرآهن زنبوری را انتخاب کنید؛ البته در نظر داشته باشید که استفاده از این نوع تیرآهن در برخی موارد مجاز نیست! همان طور که در این مطلب اشاره کردیم، تیرآهن لانه زنبوری ویژگی‌ها و مزایای زیادی دارد و همین موضوع باعث شده که امروزه استفاده از آن نسبت به گذشته، کاربرد وسیع‌تری داشته باشد.

در سال 1943 تحقیقات زیادی پیرامون تیرآهن لانه‌زنبوری صورت گرفت که در پایان مشخص شد، این نوع  تیرآهن از مقاومت زیادی برخوردار است. در پایان می‌توان گفت که استفاده از تیرآهن لانه‌زنبوری، ضوابط خاصی ندارد اما بهتر است با درنظرگرفتن استاندارد‌های لازم همراه باشد؛ در غیر این صورت، پروژه با شکست روبه‌رو خواهد شد و این امری کاملاً بدیهی‌ است. برای اطلاع از قیمت تیرآهن زنبوری می‌توانید به سایت اصفهان آهن مراجعه کنید.