تیرآهن لانه زنبوری کاربرد بسیار زیادی در سازه های کشور ایران دارد و این مساله بررسی رفتار این تیر را اجتناب ناپذیر می کند. برای اولین بار آقای هورتون از شرکت آهن شیکاگو ساخت را پیشنهاد کرد و بیان داشت که در صورت نیاز می توان مقدار اساس مقطع را بدون افزایش وزن بالا برد. تیرهای لانه زنبوری از سالیان گذشته در کشورهای اروپایی و ایالات متحده آمریکا به عنوان اعضای سازه ای مورد استفاده قرار گرفته اند. تولید این تیرها به سال 1940 میلادی بر می گردد. فلسفه ایجاد تیر لانه زنبوری این است که با افزایش ارتفاع تیرآهن، بدون مصرف مصالح اضافی قدرت خمشی مقطع (ممان اینرسی دورانی) افزایش پیدا کند. بنابراین استفاده از این مقاطع به عنوان تیر حائز اهمیت است.

با استفاده از تکنولوژی های برش به کمک پانچ یا شعله آتش (اکسیژن + متان) می توان تیرآهن نورد شده را به صورت زیگزاگ برش داد. سپس با انتقال یکی از نیمه های بریده شده به اندازه نیم برش روی نیمه دیگر دو نیمه تیر در محل تماس به هم جوش داده می شوند. با توجه به اینکه تیرهای لانه زنبوری با حفظ وزن تیر، ممان اینرسی آن به طور قابل ملاحظه ای افزایش می یابد صرفه جویی قابل توجهی در مصالح انجام می شود و با استفاده از این تیرها نیازی به استفاده از پروفیل های نورد شده سنگین وجود ندارد.

نحوه تولید تیرهای لانه زنبوری

ساخت تیرهای لانه زنبوری به این ترتیب می باشد که ابتدا جان تیرآهن نورد شده به صورت زیگزاگ بریده شده و پس از یک جابجایی به طوری که قسمت های برآمده روی هم قرار بگیرند دوباره جوشکاری می شوند. برای اولین بار در سال 1910 آقای هورتن از شرکت پل و آهن شیکاگو پیشنهاد کرد که به این ترتیب تیرآهن را به دو قسمت تقسیم کنند تا بتوان از این طریق مدول مقطع را افزایش داد. در کتاب مقررات ملی ساختمان ایران مبحث دهم، ضمیمه الف، ابعاد و هندسه برش تیر لانه زنبوری آمده است.

تیر لانه زنبوری در مبحث 10

در مبحث 10 کتاب مقررات ملی ساختمان ایران در خصوص تیرآهن های لانه زنبوری و موارد کاربرد این محصول به طور مفصل بحث شده است بنابراین لازم است پیش از خرید و استفاده از این محصول در خصوص آن اطلاعات لازم را کسب نمایید. مطالعه این بخش از کتاب را به شما عزیزان توصیه می نماییم.

هدف از ساخت تیرهای لانه زنبوری

هدف این است که تیر بتواند ممان خمشی بیشتری را با خیز (تغییر شکل) کم، همچنین وزن کمتر در مقایسه با تیر نورد شده مشابه تحمل کند. برای مثال با مراجعه به جدول تیرآهن ارتفاع پروفیل IPE=18 را که 18 سانتی متر ارتفاع دارد، می توان تا 27 سانتی متر افزایش داد.

محل های استفاده تیرهای لانه زنبوری

این تیرآهن دارای کاربردهای فراوانی در صنعت و ساخت و ساز می باشد و لازم است بسته به کاربرد موردنظر خود، خرید انجام نمایید. شما می توانید برای خرید تیرآهن لانه زنبوری مطابق با کاربرد موردنظر با کارشناسان مرکزآهن مشاوره نمایید.

تیرهای قاب های لنگرگیر و مهاربندی شده
تیرهای با مقاطع ظاهری یکنواخت یا متغیر در قاب های صفحه ای دارای تیرهای شیب دار
تیرهای شبکه های تک لایه فضاکار
تیرچه ها و تیرهای مختلط در بتن
تیرهای طولی یا عرضی عرشه پل ها
اعضا فشاری (ستون ها) و اعضا فشاری-خمشی (تیر-ستون ها)
تیرهای ماشین آلات ساختمانی

مزایای تیرهای لانه زنبوری

با توجه به مثال گفته شده در بالا با تبدیل تیرآهن معمولی به تیرآهن لانه زنبوری

1 – مدول مقطع و ممان اینرسی مقطع تیر افزایش می یابد

2 – مقاومت خمشی تیر نیز افزوده می گردد

3 – با کم شدن وزن مصالح و سبک بودن تیر، از نظر اقتصادی مقرون به صرفه تر خواهد بود

4 – از فضاهای ایجاد شده در جان تیر می توان لوله های تاسیساتی و برق عبور داد.

در ساخت این محصول که منجر به افزایش ارتفاع تیر می شود، باید استاندارد کاملا رعایت گردد، در غیر این صورت خطر خراب شدن تیر زیر بار وارد شده حتمی است.

معایب تیرهای لانه زنبوری

از جمله معایب استفاده از تیرآهن لانه زنبوری عبارتند از:

1 – پایین آمدن ظرفیت برشی تیر در محل تکیه گاه پل به ستون که برای جبران این نقیصه اقدام به پر کردن و جوشکاری دو یا سه حفره نزدیک تکیه گاه تیر می کنند و یا با قرار دادن ورق سیاه مستطیلی روی دو یا سه حفره نزدیک تکیه گاه و جوشکاری آن این ضعف را جبران می کنند. به دلیل این که اغلی برش حداکثر در تکیه گاه است و تیر لانه زنبوری در ناحیه نزدیک به تکیه گاه ها از نظر برش جوابگو نمی باشد لذا اقدام به تقویت جان تیر در آن نواحی می کنیم.

2– نیاز به نیروی کارگر ماهر جهت ساخت تیر لانه زنبوری با رعایت استاندارد به طور کامل است زیر در صورت رعایت نکردن استاندارد، خراب شدن تیر زیر بار حتمی می باشد.

کاربرد تیرهای لانه زنبوری

همان طور که گفته شد تیر لانه زنبوری یکی از انواع مختلف و متداول تیرهای ساختمانی است که در کشور ما مورد استعمال فراوانی در اسکلت های فولادی داشته است. فلسفه ساخت تیر لانه زنبوری اصولا برای بالا گشتاور اینرسی و مدول مقطع تیر و در نتیجه بالا بردن ظرفیت تحمل گشتاور در مقایسه با تیر نورد شده اصلی می باشد. در زمان ها و مکان هایی که تیر اصلی موجود نبوده یا صرفه اقتصادی نداشته باشد استفاده از تیر لانه زنبوری مطرح می شود. مثلا از یک تیر نمره 16 با برش دادن و ساختن تیر لانه زنبوری و اعمال تقویت های لازم می توان جایگزینی برای تیر نمره 20-18 یا حتی نمره 22 به وجود آورد.

ساخت تیرهای لانه زنبوری موجب افزایش ارتفاع نیمرخ و در نتیجه افزایش حدود 50% ظرفیت خمشی و کاهش حدود 50% از خیز تیر می شود. از سوراخ های حاصله نیز می توان برای عبور تاسیسات ساختمانی استفاده کرد. همان طور که در شکل زیر مشاهده می شود استفاده از تیر لانه زنبوری باعث صرفه جویی در به میزان 60% و در فضای مصرفی به میزان 30 میلی متر می شود.

تیرها برای خمش طراحی می شوند، در خمش تنش در تار خنثی برابر صفر بوده و با پیشروی به سمت تارهای کناری تنش های فشاری یا کششی افزایش می یابند. در تطابق با این، در تیرهای لانه زنبوری مصالح در نزدیکی تارهای کناری متمرکز شده و در اطراف تار خنثی مصالح کمتری موجود می باشد. این امر باعث ضعیف شدن جان تیر می شود که در محل تکیه گاه ها و محل اعمال نیروی متمرکز نیاز به تقویت دارد.

هم اکنون از تیرهای لانه زنبوری در کشور ما به صورت گسترده ای به عنوان تیرهای فرعی سقف و نیز تیرهای اصلی که صرفا وظیفه حمل بارهای ثقلی را دارند استفاده می شود. همچنین به رغم عدم وجود اطلاعات کافی در زمینه قاب های برشگیر ساخته شده یا تیرهای لانه زنبوری تعداد قابل توجهی از قاب های خمشی با استفاده از این تیرها ساخته شده یا می شوند.

دلیل این استفاده گسترده، اقتصادی بودن تیرهای لانه زنبوری به ویژه در شرایط فعلی کشور است. این بدان معنی است که اضافه هزینه ساخت این گونه تیرها (هزینه برش، مونتاژ و جوشکاری) کمتر از ارزش فولاد صرفه جویی شده در اثر استفاده از تیرهای لانه زنبوری است.

موارد استفاده تیر لانه زنبوری

استفاده از تیر لانه زنبوری موجدار جهت زیبایی

انواع برشکاری جان تیرآهن

برش با شعله دستی یا نیمه خودکار

این روش به راحتی در دسترس بوده و در هر کارگاهی می توان از این روش استفاده کرد اما این روش اعوجاج بیشتری نسبت به سایر روش ها ایجاد کرده و لبه گوه ها برای جوش به یکدیگر نیاز به آماده سازی خواهد داشت.

روش پانچ به دو صورت انجام می شود. در روش اول دو غلطک با دوران بر روی هم جان تیر را به تدریج به صورت قیچی می برد و در روش دوم دو قالب در بالا و پایین در هر مرحله از پانچ به اندازه یک سوراخ از جان بریده می شود که در روش دوم اعوجاج لبه ها بسیار کمتر از روش اول می باشد.

تیرهای لانه زنبوری می توانند با سوراخ های گوناگون از جمله شش ضلعی و دایره ای بریده شده و مورد استفاده قرار گیرند.

تیرهای لانه زنبوری با سوراخ های شش ضلعی

برای ایجاد تیرها با جان باز به صورت شش ضلعی بدین ترتیب عمل می گردد که برش طولی در جان تیر اصلی به صورت خطوط شکسته زیگزاگ ایجاد گردیده و قسمت بریده شده فوقانی با یک پله انتقال روی قسمت بریده شده تحتانی حرکت کرده و 2 قسمت به یکدیگر جوش می شوند و ایجاد یک تیر لانه زنبوری با سوراخ های متوالی در جان خود را می دهد که ارتفاع تیر در آن به اندازه ارتفاع برش زیگزاگ افزایش می یابد. بدون آن که مصالح اضافی در آن به کار رود.

مزایای تیرهای لانه زنبوری با سوراخ های شش ضلعی

افزایش ارتفاع تیر نسبت به ارتفاع تیر اصلی
افزایش ارتفاع تیر منجر به افزایش مقاومت خمشی و سختی خمشی تیر می شود
وجود سوراخ های متوالی در جان تیر به لحاظ معماری برای عبور لوله های تاسیسات و برق مفید است.
مزیت مهم این تیرها افزایش ظرفیت خمشی مقطع برای تحمل بار بدون آن که وزن تیر افزایش یابد، است که منجر به سازه ای اقتصادی تر می گردد.

تیرهای لانه زنبوری با سوراخ های دایره ای

برای ایجاد تیرهایی با سوراخ های دایره ای بدین صورت عمل می گردد که تیر فولادی ابتدا با الگوی برش نیم دایره ای در طول خط مرکزی آن بریده می شود و سپس دو نیمه از مقطع نورد شده با انتقال بر روی هم قرار گرفته و به یکدیگر جوش داده می شوند و ایجاد تیرهای لانه زنبوری با سوراخ های دایره ای می کنند.

تقویت تیرآهن لانه زنبوری در سازه

سال هاست که ساخت سازه های فولادی در ایران آغاز شده است. به مرور و با پیشرفت معماری، تیرآهن لانه زنبوری جهت حمل بارهای ثقلی در ساختمان مورد استفاده قرار گرفت. می توان گفت که از جمله مهمترین علل استفاده از تیرآهن 12 لانه زنبوری عدم وجود تنوع کافی در نیمرخ های 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 ، تیرآهن شاهین بناب، تیرآهن پروفیل صنعت ماهان و سایر کارخانجات با توجه به عوامل مختلفی تعیین می‎ شوند. در این مطلب قصد داریم به سوال شما مبنی بر چیستی تیرآهن لانه زنبوری و مزایا و معایب آن اشاره کنیم. پس تا پایان همراه با آهن ملل بمانید.

تیرآهن لانه زنبوری یا تیر CPE چیست؟

تیر لانه زنبوری در انگلیسی castellated beam نام دارد. این نوع از تیرآهن در طول خود دارای فضاهایی توخالی است که این فضاها مشابه لانه زنبور می باشد. علت این نام گذاری را می توان شکل این تیرآهن بعد از بریدن و جوش دادن دانست.

هدف از بریدن و دوباره جوش دادن تیرآهن این است که تیر بتواند لنگر خمشی بزرگتری 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.

در واقع می توان گفت که با عمل بریدن و جوش دادن تیرآهن، ارتفاع تیر از ۱۸ سانتی متر به ۲۷ سانتی متر افزایش می یابد. در آخر، ارتفاع تیر لانه زنبوری ساخته شده در حدود ۱.۵ برابر تیر اولیه می باشد.

مجموعه آهن ملل بهترین کارخانه ها و برندهای مختلف را به مشتریان عزیز ارائه می کند.

مزایا و معایب تیر‌آهن 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، مزایا و معایبی در پی دارد. در زیر به برخی از مزیت ها و عیوب این نوع از تیرآهن خواهیم پرداخت:

مزایا تیرآهن لانه زنبوری

از مزایای CPE می توان به موارد زیر اشاره کرد:

۱– 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.

۲– سبک بودن تیر، صرفه اقتصادی را به همراه می آورد.

۳– حفره های ‌ایجاد شده در جان تیر‌، فضاهای مناسبی برای عبور لوله های تاسیسات و برق ایجاد می کنند‌.

۴– 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 تیرآهن لانه زنبوری

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.

شما می توانید برای آشنایی با استانداردهای تیرآهن و روش های برش آن نیز مطلب “” را مطالعه فرمایید.

روش ساخت و برش تیرآهن لانه زنبوری

در روش تهیه تیرهای لانه زنبوری ابتدا جان تیرآهن نورد شده و پس از آن از شابلن استفاده می شود. سپس 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.

مراحل ساخت تیرآهن لانه زنبوری

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. توسط این بنگاه ها به صورت مستقیم از درب کارخانه انجام می شود.

تقویت تیرآهن لانه زنبوری

همانطور که در قسمت معایب تیرآهن های لانه زنبوری گفته شد، به علت وجود حفره های لانه زنبوری شکل، این تیرها مقاومت برشی کمی دارند. برای تقویت این نوع از تیرها لازم است که با روش هایی به تقویت آن ها بپردازیم که در ادامه به آن ها پرداختیم.

تقویت تیرآهن های لانه زنبوری با استفاده از ورق

تیرهای ساخته شده در محل تکیه گاه حفره های خالی، در مقابل تنش های برشی ضعیف می شود. ‌‌با توجه به منحنی نیروی برشی‌، برای جبران این عیب، حفره ها را با ورق های تقویتی به صورت کامل توسط جوش پر می نمایند.

نوعی از تیرهای لانه زنبوری وجود دارد که برای بریدن قطعات بالا و پایین تیر، از ورق واسطه استفاده می کنند. ورق واسطه بین دندانه ها جوش داده می شود. تیرآهنی که به این روش ساخته می شود، از تیرآهن بدون ورق واسطه، بسیار مستحکم تر و قوی تر می باشد.

تقویت تیرآهن لانه زنبوری با بتن و فولاد‌

در تیرهای CPE، 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 بزرگتر هستند. این تنش ها از کارایی تیر می کاهند و برای مقابله با آن ها 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 از ترکیب بتن و فولاد استفاده می شود. 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 تیر‌آهن 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 تیر‌های لانه زنبوری توسط دستگاه برش اتوماتیک ‌یا توسط دستگاه هوابرش صورت پذیرد.
‌تیر‌های 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 تیر‌های لانه زنبوری استفاده در تیر‌های مرکب است.
‌برای رفع تنش های برشی در تیر‌های لانه زنبوری، بهتر است در محل تکیه گاه ها و در برخی موارد در وسط دهانه تیر ورق تقویت جوش داده شود.
‌تیر‌های لانه زنبوری را ترجیحاً در تیر‌های خمشی استفاده نکنید.
‌در تیر‌های لانه زنبوری می توان با نصب ورق های میانی بین دو قطعه بریده شده، ممان اینرسی و مدول مقطع را افزایش داد.
‌در تیر‌های 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.

تیر لانه زنبوری در مبحث 10

هدف از ساخت تیرهای لانه زنبوری

محل های استفاده تیرهای لانه زنبوری

تیرهای قاب های لنگرگیر و مهاربندی شده
تیرهای با مقاطع ظاهری یکنواخت یا متغیر در قاب های صفحه ای دارای تیرهای شیب دار
تیرهای شبکه های تک لایه فضاکار
تیرچه ها و تیرهای مختلط در بتن
تیرهای طولی یا عرضی عرشه پل ها
اعضا فشاری (ستون ها) و اعضا فشاری-خمشی (تیر-ستون ها)
تیرهای ماشین آلات ساختمانی

انواع تیرهای لانه زنبوری از نظر هندسه

از نظر هندسی و ابعاد خط برش (هندسه حفره ها) دو نوع تیر لانه زنبوری وجود دارد:

تیر لانه زنبوری حاصل از روش پانیر

در این روش ارتفاع تیر لانه زنبوری 1.5 برابر تیر I شکل معمولی می باشد.

شیوه برش پانیر از متداول ترین اشکال برای برش تیر لانه زنبوری می باشد.

تیر لانه زنبوری حاصل از روش لیتسکا

در هر دو روش می توان قطعات ورق مربع یا مستطیل شکل را در روی دندانه ها جوش داد که باعث افزایش ظرفیت خمش تیر خواهد شد. در این گونه تیرها باید نهایت دقت را در جوشکاری به عمل آورد.

افزایش ظرفیت تیر لانه زنبوری یا ورق روی دندانه ها

لازم به ذکر است در صورتی که خط برش در تیرها به صورت مایل اجرا شود تیر حاصل تیر لانه زنبوری با ارتفاع متغیر خواهد بود.

دوران خبر13/10/2022

خواندن این مطلب 14 دقیقه زمان میبرد