تیرآهن I شکل یا I-beam چیست؟ کاربرد و ویژگی های انواع تیرآهن I-beams (ای)
تجهیزات مکانیکی
۲۹ آذر ۱۴۰۴
زمان مطالعه : 9 دقیقه
تیرآهن I شکل با طراحی ویژه و منحصر به فرد خود، مقاومت بالایی در برابر خمش و فشار دارد و به عنوان یک عضو سازه ای اصلی، وظیفه تحمل و انتقال بارهای سنگین را بر عهده می گیرد. از اسکلت ساختمان های بلند گرفته تا پل ها و سازه های فلزی و بتنی، این مقطع فولادی با استحکام و دوام بالایش، امنیت و پایداری سازه را تضمین می کند.
معرفی تیرآهن I شکل
تیرآهن I یک مقطع فولادی است که از یک بخش عمودی به نام جان و دو بخش افقی به نام بال تشکیل شده است. طراحی این مقطع به گونه ای است که بارهای خمشی را بهینه تحمل کند، زیرا بیشترین تنش ها در بال ها ایجاد می شود و جان تنش کمتری را متحمل می شود. با تمرکز فولاد در بال ها و کاهش ضخامت جان، این شکل مقاومت بالا و وزن کم را همزمان ارائه می دهد.
تیرآهن های I شکل که گاهی با تیرآهن های H شکل اشتباه گرفته می شود، از مهم ترین اجزای سازه ای در مهندسی و ساخت و ساز مدرن به شمار می روند. این مقاطع با قابلیت تحمل بار بالا و مصرف کم مواد، در کاربردهای متنوعی از ساختمان ها و پل ها تا کشتی سازی و چارچوب های صنعتی به کار می روند.
طبق استاندارد EN 10079: 2007، تیرآهن های I شکل با باله های باریک و جان پهن تعریف می شوند که عرض باله های آن ها کمتر از 0.66 ارتفاع جان است و حداکثر تا 300 میلیمتر می رسد. تیرآهن های H باله های پهن تری دارند و مقاطع با باله های بیش از 0.80 ارتفاع جان گاهی به عنوان ستون یا تیرآهن با باله های گسترده شناخته می شوند.
تیرآهن های I شکل که گاهی با تیرآهن های H شکل اشتباه گرفته می شود، از مهم ترین اجزای سازه ای در مهندسی و ساخت و ساز مدرن به شمار می روند. این مقاطع با قابلیت تحمل بار بالا و مصرف کم مواد، در کاربردهای متنوعی از ساختمان ها و پل ها تا کشتی سازی و چارچوب های صنعتی به کار می روند.
طبق استاندارد EN 10079: 2007، تیرآهن های I شکل با باله های باریک و جان پهن تعریف می شوند که عرض باله های آن ها کمتر از 0.66 ارتفاع جان است و حداکثر تا 300 میلیمتر می رسد. تیرآهن های H باله های پهن تری دارند و مقاطع با باله های بیش از 0.80 ارتفاع جان گاهی به عنوان ستون یا تیرآهن با باله های گسترده شناخته می شوند.
ریشه ایده تیرآهن I
ریشه ایده تیرآهن I به دوران انقلاب صنعتی باز می گردد و نظریه فنی آن تحت نیروی خمش در سال 1826 منتشر شد. طراحی و بهینه سازی مقطع I الهام بخش پیشرفت مهندسی و توسعه تکنولوژیکی بوده و در حال حاضر استفاده گسترده ای در پروژه های ساخت و ساز دارد. این مقاطع با توجه به پارامترهای عملکردی و ابعاد استاندارد، امکان مقایسه و انتخاب مقطع مناسب برای هر پروژه را فراهم می کنند و در طراحی بهینه نورد گرم یا سرد نقش دارند.
پیشینه تیرآهن I به توسعه خطوط راه آهن باز می گردد، جایی که ابتدا از ترکیب چوب و فلز استفاده می شد. در سال 1789، مهندس انگلیسی ویلیام جسوپ مقطع I با دو لبه و تیغه عمودی را جایگزین کرد و با ظهور فولاد نورد گرم، این مقطع تکامل یافت. اولین ریل های فولادی I شکل توسط سرهنگ آمریکایی رابرت استیونس در سال 1831 تولید شد و همزمان کاربرد آن در کشتی سازی و پروژه های عمرانی معرفی گردید.
تحقیقات مهندسانی مانند Fairbairn و Hodgkinson مشخصات بهینه تیرآهن ها را برای راه آهن و کشتی سازی ارائه کردند. از اواسط قرن نوزدهم و با توسعه نورد گرم، تیرآهن I جایگزین مقاطع چوبی و چدنی قبلی شد و در ساختمان های مسکونی و صنعتی کاربرد گسترده پیدا کرد. این تحول به مهندسان امکان داد تا سازه های مقاوم تر و پایدارتری با استفاده از فولاد بسازند.
پیشینه تیرآهن I به توسعه خطوط راه آهن باز می گردد، جایی که ابتدا از ترکیب چوب و فلز استفاده می شد. در سال 1789، مهندس انگلیسی ویلیام جسوپ مقطع I با دو لبه و تیغه عمودی را جایگزین کرد و با ظهور فولاد نورد گرم، این مقطع تکامل یافت. اولین ریل های فولادی I شکل توسط سرهنگ آمریکایی رابرت استیونس در سال 1831 تولید شد و همزمان کاربرد آن در کشتی سازی و پروژه های عمرانی معرفی گردید.
تحقیقات مهندسانی مانند Fairbairn و Hodgkinson مشخصات بهینه تیرآهن ها را برای راه آهن و کشتی سازی ارائه کردند. از اواسط قرن نوزدهم و با توسعه نورد گرم، تیرآهن I جایگزین مقاطع چوبی و چدنی قبلی شد و در ساختمان های مسکونی و صنعتی کاربرد گسترده پیدا کرد. این تحول به مهندسان امکان داد تا سازه های مقاوم تر و پایدارتری با استفاده از فولاد بسازند.
مهم ترین ویژگی های تیرآهن شکل I
تیرآهن I از اجزای فولادی مهم در ساخت و ساز است که از یک جان عمودی و دو بال افقی تشکیل شده است. جان تیرآهن مسئول تحمل نیروهای محوری است و بال ها بیشترین بار خمشی را متحمل می شوند. این طراحی باعث می شود مقاومت تیرآهن افزایش یابد و همزمان وزن آن کاهش پیدا کند.
فلنج های بالایی و پایینی تیرآهن از خمش جلوگیری می کنند و جان در مقابل نیروهای جانبی مقاومت می کند. این ساختار امکان استفاده از حداقل مواد برای حداکثر عملکرد را فراهم می کند و تیرآهن را به عنصری ایده آل برای ستون ها، اسکلت ساختمان ها و پل ها تبدیل می کند.
ابعاد تیرآهن I به گونه ای تعیین شده که بال ها دارای عرض کمتر از دو سوم ارتفاع جان باشند، در حالی که مقاطع H بال های پهن تری دارند. این استاندارد هندسی باعث می شود تیرآهن I در تحمل بارهای خمشی و فشاری عملکرد بسیار مناسبی داشته باشد و در پروژه های مختلف صنعتی و عمرانی کاربرد گسترده ای پیدا کند.
فلنج های بالایی و پایینی تیرآهن از خمش جلوگیری می کنند و جان در مقابل نیروهای جانبی مقاومت می کند. این ساختار امکان استفاده از حداقل مواد برای حداکثر عملکرد را فراهم می کند و تیرآهن را به عنصری ایده آل برای ستون ها، اسکلت ساختمان ها و پل ها تبدیل می کند.
ابعاد تیرآهن I به گونه ای تعیین شده که بال ها دارای عرض کمتر از دو سوم ارتفاع جان باشند، در حالی که مقاطع H بال های پهن تری دارند. این استاندارد هندسی باعث می شود تیرآهن I در تحمل بارهای خمشی و فشاری عملکرد بسیار مناسبی داشته باشد و در پروژه های مختلف صنعتی و عمرانی کاربرد گسترده ای پیدا کند.
تیرآهن های I شکل چه کاربردهایی دارند؟
تیرآهن های I شکل به دلیل طراحی ویژه و منحصر به فرد خود، کاربرد گسترده ای در پروژه های عمرانی و صنعتی دارند.
- این مقاطع فولادی عمدتا به عنوان ستون و تیر اصلی در ساختمان ها مورد استفاده قرار می گیرند و می توانند بارهای سنگین را تحمل کنند.
- از آنها در اسکلت فلزی ساختمان های مسکونی و صنعتی، گاراژها و پارکینگ ها، آسمان خراش ها و بیمارستان ها بهره گرفته می شود.
- همچنین تیرآهن I در پل ها، چارچوب های صنعتی و کشتی سازی کاربرد دارد؛ جایی که نیاز به مقاومت بالا در برابر خمش و فشار وجود دارد.
- فلنج های بالایی و پایینی این تیرها از خم شدن جلوگیری می کنند و جان تیر در برابر نیروهای دیگر مقاومت می کند، بنابراین تیرآهن های I شکل امکان استفاده بهینه از مصالح را فراهم کرده و ستون و تیری مقاوم برای تحمل بارهای بالا ایجاد می کنند.
- این مقاطع همچنین در نورد گرم تولید می شوند و با توجه به استانداردها، دارای ابعاد مشخصی هستند که مناسب برای تحمل نیروهای محوری و بارهای خمشی در پروژه های مختلف خواهند بود.
نحوه تعیین متریال و استاندارد سازی تیرآهن I چگونه است؟
نحوه تعیین متریال و استاندارد سازی تیرآهن I بر اساس روندی تاریخی و علمی شکل گرفته است. با افزایش مصرف تیرآهن های نورد گرم در مهندسی، تولید آن ها از ابتدا با تعریف انواع و اندازه های مشخص استاندارد شد.
اگرچه در اوایل قرن نوزدهم مقاطع مختلف در مقیاس صنعتی ساخته می شدند، اما فرآیند یکسان سازی ملی تیرآهن I در کشورهای اروپایی مانند آلمان، فرانسه و ایتالیا اجرا شد و در پایان قرن بیستم، تولید مقاطع عادی یا Normal Profile با کدگذاری حروف PN و NP صورت گرفت.
اولین لیست مقاطع I با باله های لبه مورب، موسوم به تیرآهن IPN، با تایید مستقیم متخصصان آن زمان مانند کلمبو، بوبه و Breymann معرفی شد. در ادامه، مطالعات دقیقی روی مواد و محصولات فولادی سازه ای از اوایل 1800 تا سال 1950 توسط موسسه آمریکایی سازه های فولادی و انجمن ساختمانی فولاد بریتانیا انجام گرفت.
پس از ایجاد اتحادیه زغال سنگ و فولاد اروپا در سال 1951، روند یکسان سازی مقاطع نورد گرم در اروپا به شکل جدی پیگیری شد و مجموعه مقاطع اروپایی بدون باله های مورب با علائم PE یا E معرفی شدند. از دهه 1960، استانداردهای اروپایی ES 19-57 و 53-62 تولید تیرآهن های I با باله های باریک IPE و باله های گسترده HE را مشخص کردند که ارتفاع آن ها با h بر حسب میلیمتر بیان می شد.
در دهه 1970، با استفاده از همین علائم و اعمال تغییرات جزئی در موقعیت غلطک، سری تیرآهن های I با علامت گذاری برای نوع سنگین M یا سبک A استانداردسازی شدند و در لیست تیرهای دارای استاندارد اروپایی قرار گرفتند.
اگرچه در اوایل قرن نوزدهم مقاطع مختلف در مقیاس صنعتی ساخته می شدند، اما فرآیند یکسان سازی ملی تیرآهن I در کشورهای اروپایی مانند آلمان، فرانسه و ایتالیا اجرا شد و در پایان قرن بیستم، تولید مقاطع عادی یا Normal Profile با کدگذاری حروف PN و NP صورت گرفت.
اولین لیست مقاطع I با باله های لبه مورب، موسوم به تیرآهن IPN، با تایید مستقیم متخصصان آن زمان مانند کلمبو، بوبه و Breymann معرفی شد. در ادامه، مطالعات دقیقی روی مواد و محصولات فولادی سازه ای از اوایل 1800 تا سال 1950 توسط موسسه آمریکایی سازه های فولادی و انجمن ساختمانی فولاد بریتانیا انجام گرفت.
پس از ایجاد اتحادیه زغال سنگ و فولاد اروپا در سال 1951، روند یکسان سازی مقاطع نورد گرم در اروپا به شکل جدی پیگیری شد و مجموعه مقاطع اروپایی بدون باله های مورب با علائم PE یا E معرفی شدند. از دهه 1960، استانداردهای اروپایی ES 19-57 و 53-62 تولید تیرآهن های I با باله های باریک IPE و باله های گسترده HE را مشخص کردند که ارتفاع آن ها با h بر حسب میلیمتر بیان می شد.
در دهه 1970، با استفاده از همین علائم و اعمال تغییرات جزئی در موقعیت غلطک، سری تیرآهن های I با علامت گذاری برای نوع سنگین M یا سبک A استانداردسازی شدند و در لیست تیرهای دارای استاندارد اروپایی قرار گرفتند.
مقاطع تیرآهن I چه تنوعی دارد؟
مقاطع تیرآهن I در انواع متنوعی تولید می شوند تا نیازهای مختلف سازه ای و پروژه ای را پوشش دهند. تنوع مقاطع تیرآهن I را در ادامه می بینید:
- وزن: سبک، متوسط، سنگین؛ با توجه به میزان بار و کاربرد سازه.
- عرض بال ها: بال های باریک یا عریض؛ انتخاب شده بر اساس نوع سازه.
- عمق و ضخامت جان: ارائه در ابعاد مختلف برای انطباق با نیازهای متفاوت پروژه ها.
تیرآهن شکل I چه خواص مکانیکی دارد؟
خواص مکانیکی تیرآهن I شامل ویژگی های مختلفی است که کاربرد آن را در سازه های سبک تر تعیین می کند:
- مقاومت در برابر پیچش: سطح مقطع تیرآهن I باعث می شود مقاومت آن در برابر پیچش کمتر باشد و در سازه هایی که تحت بارهای جانبی و پیچشی هستند، محدودیت ایجاد کند.
- جوشکاری: به دلیل طراحی خاص بال ها با شیب داخلی، فرآیند جوشکاری تیرآهن I نسبت به H-Beam پیچیده تر است.
- مقاومت باربری و وزن: تیرآهن I سبک تر از H-Beam است و نمی تواند نیروهای سنگین را به اندازه H تحمل کند، بنابراین بیشتر برای سازه های سبک تر و به عنوان تیر جهت تحمل بارهای خمشی استفاده می شود.
- حمل بارهای خمشی و برشی: این نوع تیرآهن بیشتر مناسب سازه هایی است که نیاز به تحمل بارهای عمودی دارند ولی مقاومت آن در برابر بارهای جانبی کمتر از H-Beam است.
- مقاومت فشاری و کششی: به دلیل طراحی سبک تر، تیرآهن I در برابر نیروهای فشاری و کششی مقاومت کمتری دارد و عمدتا در ساخت سازه های معمولی و سبک تر کاربرد خواهد داشت.
مقایسه انواع تیرآهن I-beams
مقایسه انواع تیرآهن I-Beam نشان می دهد که هر یک ویژگی های مشخص و کاربردهای ویژه خود را دارند که این تفاوت ها در جدول زیر قابل مشاهده است:
| ویژگی | تیرآهن I | تیرآهن H |
| فلنج ها | موازی یا گاهی مخروطی | موازی و یکنواخت |
| پایه ها | باریک تر | پهن تر و ضخیم تر |
| وزن | سبک تر | سنگین تر |
| شیب بال ها | 1:6 تا 1:10 | بدون شیب |
| فاصله بال ها | ثابت | قابل تنظیم |
| ممان اینرسی | کمتر | بیشتر |
| کاربرد | سازه های سبک و معمولی | ستون های باربر و پروژه های سنگین |
بررسی تفاوت های بین کاربرد تیرآهن I و U
تفاوت های کاربرد تیرآهن I و تیرآهن U به ویژگی های ساختاری و کاربردی هر یک بستگی دارد. در جدول زیر به بررسی تفاوت های بین کاربرد تیرآهن I و U پرداخته ایم:
| ویژگی | تیرآهن I | تیرآهن U (ناودانی) |
| مقطع و ممان اینرسی | مقطع نسبتاً بزرگ و باریک؛ ممان اینرسی متفاوت در دو غلاف اصلی | مقطع U شکل استاندارد با خواص مکانیکی جامع مناسب |
| دامنه کاربرد | محدود به الزامات نقشه های طراحی | سازه های ساختمانی، دیوار پرده ای، تجهیزات مکانیکی، ساخت خودرو |
| اندازه | 100×68 میلی متر تا 900×300 میلی متر | 5# تا 40# |
| طول | 1 تا 12 متر یا طبق درخواست | طبق استاندارد تولید یا سفارش مشتری |
| پردازش و آماده سازی | روغن کاری، سندبلاست، گالوانیزه، رنگ آمیزی، برش سفارشی | جوشکاری، پرچ کاری، نورد گرم، نرماله کردن، کار گرم |
| جنس و مواد اولیه | فولاد استاندارد | شمش فولاد کربنی یا کم آلیاژ با حداکثر 0.25٪ کربن؛ شامل Q195، Q215، Q235B، Q345B، S235JR، S235، S355JR، S355، SS440، SM400A، SM400B |
| کاربرد عملیاتی | تحمل بارهای عمودی در سازه های سبک و سنگین | کاربردهای صنعتی و مهندسی با نیاز به جوشکاری و خواص مکانیکی مناسب |
جمع بندی
تیرآهن I شکل یا I-Beam یک مقطع فولادی اصلی در سازه هاست که از یک جان عمودی و دو بال افقی تشکیل شده و برای تحمل بارهای خمشی و فشاری طراحی شده است.
نویسنده :تیم محتوای آریا زیگورات
ساخته شده توسط
فروشگاه ساز سپهر
فروشگاه ساز سپهر