آیا با روش محاسبه سطح مقطع تیرآهن آشنایی دارید؟ تا چه اندازه در مورد جدول اشتال و مؤلفه‌های آن اطلاعات دارید؟ آیا تا به حال برایتان پیش آمده تا بخواهید برآوردی از میزان این مقطع در یک پروژه ساخت و ساز بدست آورید؟ در این مقاله با نحوه برآورد آن به طور کامل آشنا می‌شوید.
این برآورد از جمله محاسبات مهمی است که طراحان و مهندسان ساختمان با آن سروکار دارند. برای محاسبه این مساحت می‌توان به جدول اشتال رجوع کرد. بر اساس اطلاعات مفید ارائه شده در این جدول چون شاخصه‌های هندسی پروفیل‌های استاندارد، محاسبه سطح مقطع مقاطع فولادی مختلف به راحتی امکان‌پذیر است.
در این مقاله از آهن باما به بررسی روش‌های محاسبه این ویژگی یکی از پرکاربردترین مقاطع فولادی می‌پردازیم. در ادامه ضمن معرفی جدول اشتال و پارامترهای آن، مشخصه وزن و تحمل بار تیرآهن و نحوه محاسبه آن را بیان می‌کنیم.
فهرست
- چگونه سطح مقطع تیرآهن را محاسبه کنیم؟
- آشنایی با استانداردهای بین المللی آهن
- معرفی جدول اشتال تیرآهن
- محاسبه سطح مقطع تیرآهن با استفاده از جداول اشتال
- محاسبه سطح مقطع تیرآهن بدون استفاده از جدول
- تفاوت محاسبه سطح مقطع تیرآهن با جدول و بدون جدول
- جدول وزن تیرآهن چیست؟
- اهمیت استفاده از تیرآهن‌هایی با مقاومت بالا در ساختمان چیست؟
- تحمل بار تیرآهن به چه معناست؟
- نحوه محاسبه تحمل بار تیرآهن
- جمع بندی
چگونه سطح مقطع تیرآهن را محاسبه کنیم؟
تیرآهن به عنوان یکی از مقاطع فولادی پرکاربرد در ساخت و ساز، نقش مهمی در انتقال بارهای وارد شده بر محور خود به دیگر اجزای پشتیبان ساختمان دارد. به عبارت دیگر، این مقطع فولادی با انتقال این بارها به ستون، فنداسیون و دیوار استحکام ساختمان را تأمین می‌کند. برای محاسبه سطح مقطع تیرآهن، بهترین گزینه موجود رجوع به جداول اشتال است. استفاده از این جداول مستلزم داشتن آگاهی و شناخت نسبت به علائم اختصاری انواع استاندارد این پروفیل و دیگر اطلاعات اولیه است.
آشنایی با استانداردهای بین المللی آهن
استانداردهای بین المللی تیرآهن از جمله علائم اختصاری است که برای استفاده از جداول اشتال باید با آنها آشنایی داشته باشید. این استانداردها، دو نوع INP و IPE هستند.
استاندارد IPE مربوط به تیرآهن‌های تولید شده در کشور روسیه و چین است. در پروفیل‌های تولید شده تحت این استاندارد، پهنای بال در انتهای تیر بیشتر از ابتدای آن است. ارتفاع این پروفیل‌ها بین ۱۰۰۰-۱۰۰ میلی متر است.
در مقابل، استاندارد INP مربوط به تیرآهن‌های ساخته کشورهای اروپایی و ایران است. این تیرآهنها با مشخصه ارتفاع بین ۶۰۰-۱۰۰ میلی متر و ضخامت یکسان ابتدا و انتهای بال شناخته می‌شوند. از دیگر علائم اختصاری مورد نیاز جهت استفاده از جدول اشتال، IPB یا تیرآهن هاش، CPE یا تیرآهن لانه زنبوری است.
معرفی جدول اشتال تیرآهن
برای انجام محاسبات و برآورد دقیق از مساحت انواع مقاطع فولادی از جمله سطح مقطع تیرآهن در هر سازه‌ای، اطلاعات کاملی از مشخصات این مقاطع باید در اختیار مهندسان و طراحان ساختمان قرار بگیرد. در این ارتباط، یک مهندس آلمانی کتابی حاوی جداول مشخصات این مقاطع معرفی کرده است. در جداول اشتال، که برگرفته از نام این مهندس است، برای هر پروفیل فولادی تمامی پارامترها و مؤلفه‌های مورد نیاز مهندسان ارائه شده است. این جداول برای تمامی مقاطع فولادی چون نبشی، ناودانی، سپری، تیرآهن، پروفیل Z و انواع دیگر آنها قابل استفاده هستند.
پارامترهای مهم ارائه شده در این جداول برای تیرآهن، وزن واحد طول، ارتفاع جان، طول بال و مساحت سطح مقطع این پروفیل است. با استفاده از این جداول می‌توان برای انواع استاندارد پروفیل ذکر شده، مساحت سطح مقطع را به راحتی بدست آورد. این جداول به صورت آنلاین نیز قابل دسترس هستند. این ویژگی استفاده از آن را تسهیل نموده است.
در این جداول تمامی اندازه‌های مورد نیاز برای پروفیل‌های استاندارد زیر در دسترس هستند:
- تیرآهن‌های سری I (IPE، IPEo، IPEv)
- تیرآهن سری INL
- پروفیل‌های سری IPB
- پروفیل‌های سری CNP
مهم ترین پارامترهای جداول اشتال
برای محاسبه سطح مقطع تیرآهن و دیگر مشخصات هندسی پروفیل‌ها، لازم است تا با مهم ترین پارامترهای معرفی شده در جدول اشتال آشنایی داشته باشید. در جدول زیر این پارامترها و علائم اختصاری آنها معرفی شده اند.
| علامت اختصاری پارامتر | معرفی پارامتر |
|---|---|
| h | ارتفاع جان تیرآهن |
| S | ضخامت جان |
| c | ضخامت بال+ انحناء داخلی |
| A | محیط سطح مقطع |
| Jx | ممان اینرسی محور x |
| Ix | شعاع چرخش در محور x |
| A1 | مساحت سطح مقطع |
| b | عرض بال |
| r | شعاع انحناء داخل جان به بال |
| h-2c | ارتفاع جان – ضخامت دو بال |
| G | وزن یک متر |
| Wx | مدول مقطع محور x |
| Jy | ممان اینرسی محور y |
| Iy | شعاع چرخش محور y |
| RT | شعاع تنش |
| Wy | مدول مقطع محور y |
محاسبه سطح مقطع تیرآهن با استفاده از جداول اشتال
با در دست داشتن نوع پروفیل و ابعاد آن می‌توانید با مراجعه به جدول اشتال اطلاعات کاملی چون سطح مقطع (A)، ارتفاع (h)، قطر (d)، محیط (p) و سایر اطلاعات هندسی پروفیل را بدست آورید. به عنوان مثال، با توجه به سایز تیرآهن IPE، سطح مقطع آن با مراجعه به جدول برای این مقطع فولادی ذکر شده است.
محاسبه سطح مقطع تیرآهن بدون استفاده از جدول
در مواردی که امکان استفاده از جداول اشتال برای محاسبه سطح مقطع تیرآهن وجود ندارد، می‌توانید به صورت تقریبی این ویژگی فنی را در پروفیل محاسبه کنید.
این روش با استفاده از چند عملیات ساده ریاضی به راحتی انجام شدنی است. برای استفاده از این روش محاسباتی بهتر است به جدول نیز مراجعه کنید. چرا که در این جداول جهت محاسبه شاخصه‌های هندسی مختلف، اطلاعات کامل‌تری در خصوص این ویژگی‌ها ارائه شده است. در ادامه به عنوان نمونه، سطح مقطع یک تیرآهن IPE را به این روش توضیح می‌دهیم.
مثالی از محاسبه سطح مقطع تیرآهن بدون جدول اشتال
با توجه به اینکه تیرآهنها از یک جان و دو بال تشکیل شده‌اند، لازم است تا مساحت هر یک از این دو بخش به صورت جداگانه محاسبه شود. بر اساس ظاهر مستطیل شکل این دو بخش، مساحت هر کدام از طریق حاصل ضرب طول در عرض آن بدست می‌آید. در ادامه، از طریق جمع کردن مقادیر بدست آمده، شاخصه سطح مقطع پروفیل حاصل می‌شود.
با توجه به آنچه گفته شد، فرمول محاسبه سطح مقطع تیرآهن به صورت زیر تعریف می‌شود:
(h-ts)*tw+( ts * b* 2)
مؤلفه‌های ارائه شده در این فرمول عبارتند از:
- h معرف طول جان
- ts معرف ضخامت بال
- tw معرف ضخامت جان
- b طول بال
تفاوت محاسبه سطح مقطع تیرآهن با جدول و بدون جدول
اگر مؤلفه‌های ذکر شده فوق برای تیرآهن IPE100 به ترتیب برابر (h)100 ، (ts)5.7، (tw) 4.1و (b) 55 میلی متر باشد، سطح مقطع محاسبه شده بر اساس فرمول برابر با ۱۰.۱۴ سانتی متر مربع می‌شود.
با مراجعه به جدول اشتال، این پارامتر برای پروفیل ذکر شده برابر با ۱۰.۳ سانتی متر مربع گزارش شده است.
تفاوت بین این دو روش محاسباتی سطح مقطع تیرآهن به دلیل انحنای موجود در محل اتصال جان به بال است. این انحنا باعث افزایش میزان مساحت بر اساس جدول در مقایسه با مقدار محاسبه شده بر اساس فرمول می‌شود. نکته قابل توجه در این زمینه این است که با افزایش ابعاد پروفیل، اختلاف بین دو مقدار محاسباتی نیز بیشتر می‌شود.
جدول وزن تیرآهن چیست؟
منظور از جدول وزن تیرآهن، جدولی است که محاسبه این پارامتر با استفاده از مشخصات هندسی ذکر شده در آن امکان پذیر است. در جدول اشتال علاوه بر سطح مقطع تیرآهن، سایر اطلاعات هندسی پروفیل مانند ضخامت جان و بال، عرض و ارتفاع نیز در دسترس هستند.
طراحان ساختمان با استفاده از این اطلاعات به راحتی می‌توانند وزن تقریبی تیرآهن را محاسبه کنند. عوامل مؤثر بر وزن این مقطع فولادی عبارتند از:
- کارخانه تولید کننده محصول
- نوع سقف در سازه بتنی
- نوع سقف در سازه فولادی
- فاصله ستون‌ها از هم
- تعداد سقف
- نوع خاک پی
- وضعیت زمین شناسی محل پروژه به ویژه از نظر میزان زلزله
جدول وزن تیرآهن IPE
در جدول اشتال پروفیل IPE علاوه بر اطلاعات هندسی این مقطع، وزن آن نیز با استفاده از این اطلاعات قابل محاسبه است. در این جدول، با در دسترس داشتن حجم سطح مقطع ارائه شده می‌توان وزن هر متر از این مقطع فولادی را محاسبه کرد. برای این منظور کافی است تا حجم سطح مقطع را در چگالی آهن ( ۷.۸ گرم بر سانتی متر مکعب) ضرب کرد. برای محاسبه وزن هر شاخه تیرآهن با طول مورد نظر، عدد بدست آمده در این طول ضرب می‌شود.
جدول وزن پروفیل لانه زنبوری برای محاسبه سطح مقطع تیرآهن
پروفیل لانه زنبوری یا CPE از انواع مقاطع فولادی است که از برش و اتصال تیرآهن معمولی ساخته می‌شود. علت نامگذاری این مقطع فولادی شباهت ساختار شبکه‌ای آن به لانه زنبور است. با توجه به اهمیت این پروفیل‌ها در صنعت ساخت و ساز، محاسبه وزن و میزان تحمل بار تیرآهن لانه زنبوری برای مهندسان ساختمان حائز اهمیت است.
همانند دو نوع پروفیل قبلی، محاسبه وزن یا حتی سطح مقطع تیرآهن لانه زنبوری با استفاده از جدول اشتال انجام می‌شود. با توجه به عدم تغییر وزن پروفیل معمولی یا IPE پس از شبکه‌ای شدن، جدول وزن این پروفیل همانند جدول وزن IPE است. به بیانی دیگر، محاسبه وزن این دو پروفیل مانند هم انجام می‌شود.
جدول وزن پروفیل هاش برای محاسبه سطح مقطع تیرآهن
در این جدول نیز محاسبه وزن تیرآهن هاش با استفاده از اطلاعات هندسی ارائه شده قابل محاسبه است. این جدول در دو گروه کلی هاش سبک یا HEA و هاش سنگین یا HEB دسته بندی می‌شود. با در اختیار داشتن ابعاد این نوع مقاطع فولادی می‌توانید پارامتر ذکر شده را محاسبه کنید.
جدول وزن تیرآهن کارخانه‌های مختلف ایران
کارخانه‌های متعدد تولید کننده این مقطع فولادی پرکاربرد، محصولاتی با وزن‌های متفاوت به بازار عرضه می‌کنند. تفاوت در وزن و شاید سطح مقطع تیرآهن‌های تولید شده در این کارخانه‌ها به دلیل تلورانس ابعادی این مقاطع است. در مقایسه مقاطع فولادی موجود در بازار آهن آلات کشور، وزن تیرآهن تولید شده در کارخانه ذوب آهن اصفهان با میزان استاندارد تعریف شده در جدول اشتال به طور تقریبی برابر است. همین موضوع نیز باعث شده است تا تقاضای خرید این محصول در بازار آهن آلات رشد فزاینده‌ای داشته باشد. با توجه به اهمیت وزن پروفیل در تعیین قیمت آن، وزن محصول خریداری شده از هر کارخانه یا برند حتماً باید مورد بررسی قرار گیرد. ضمن آنکه این پارامتر در هزینه حمل و نقل پروفیل نیز تأثیرگذار است.
اهمیت استفاده از تیرآهن‌هایی با مقاومت بالا در ساختمان چیست؟
امروزه اکثر سازه‌های فولادی با استفاده از تیرآهنها ساخته می‌شوند. کیفیت بالای این مقاطع، مقاومت ساختمان را در برابر نیروهای منتج از بار ساختمان، نیروهای برشی و تنشی افزایش می‌دهد. جهت ایجاد و ساخت این سازه‌ها، انواع و ابعاد متفاوتی از این مقاطع فولادی مورد استفاده قرار می‌گیرند. توجه به سطح مقطع تیرآهن و میزان تحمل بار آن در ساخت سازه‌های فولادی حائز اهمیت است.
استفاده از انواع مستحکم تیرآهن در بخش‌هایی از ساختمان که در تحمل بار نهایی و انتقال آن به پی نقش دارند، مهم تلقی می‌شود. ستون‌ها به عنوان یکی از این بخش‌های مهم در ساختمان هستند که در انتقال بار سازه به زمین نقش مهمی دارند. انتخاب تیرآهن‌هایی مقاوم در این بخش می‌تواند باعث افزایش استحکام نهایی ساختمان در مواجه با عوامل مختلف شود. در غیر اینصورت یک انتخاب نادرست می‌تواند منجر به بروز فاجعه و آسیب ساختمان و حتی افراد شود.
تحمل بار تیرآهن به چه معناست؟
برای ایجاد مقاومت کافی در ساختمان، ویژگی میزان تحمل بار تیرآهنها فاکتور مهمی محسوب می‌شود. این مقاطع فولادی با ویژگی تحمل بارهای محوری، جانبی و مقاومت خمشی بالا در عرصه صنعت ساخت و ساز شناخته می‌شوند. با توجه به نقش این پروفیل در مقاوم سازی سازه‌ها و انتقال بار ساختمان به فنداسیون و زمین، کاربرد آن به عنوان یکی از متداول ترین مصالح ساختمانی تعریف می‌شود. میزان تحمل بار تیرآهن بر اساس وزن آن متفاوت است. به بیانی دیگر، وزن بیشتر این مقطع فولادی باعث افزایش این ویژگی در پروفیل می‌شود.
چنانچه این مقاطع فولادی بر اساس استانداردهای بین المللی تولید به بازار عرضه شوند، میزان مقاومت یا تحمل بار هر یک از مقاطع تولید شده با استفاده از جداول اشتال به سادگی قابل بررسی است. در این ارتباط، دو پارامتر ضخامت و طول بال و جان این مقاطع تأثیر مستقیمی بر ویژگی ذکر شده دارند.
از دیگر پارامترهای تأثیرگذار بر این مشخصه پروفیل، می‌توان به شرایط طراحی و ساخت و رعایت اصول استاندارد در مراحل تولید آن اشاره کرد. این عوامل در افزایش مقاومت یا تحمل بار پروفیل نقش مهمی دارند.
نحوه محاسبه تحمل بار تیرآهن
نحوه محاسبه تحمل بار تیرآهن با استفاده از جداول اشتال یا جداول وزنی این پروفیل انجام می‌شود. با مراجعه به جداول اشتال، برای هر کدام از مقاطع فولادی پارامترهایی تعریف شده است. جهت محاسبه میزان تحمل بار تیرآهن باید اندازه این پارامترها را مورد توجه قرار داد.
از آنجا که ابعاد و اشکال هندسی این مقطع فولادی در تحمل بار آن نقش مهمی دارد، در کارخانه‌های تولید کننده این مقطع، سایزهای هندسی مختلفی از این پروفیل تولید می‌شوند.
فرمول محاسبه وزن تیرآهن نیز با تغییر ابعاد پروفیل متفاوت می‌شود. اما در حالت کلی می‌توان فرمول زیر را جهت محاسبه مشخصه ذکر شده به صورت زیر تعریف کرد:
طول تیرآهن * وزن یک متر بر اساس جدول اشتال = وزن تیرآهن
پس از محاسبه وزن و تحمل بار این مقطع فولادی، تعیین تعداد مصرفی این مقطع به منظور محاسبه میزان تحمل تیرآهن باید در محاسبات لحاظ شود. با توجه به اینکه در هر پروژه تعداد خاصی از این مقاطع به کار می‌روند، فرمول کلی یکسانی جهت محاسبه این مشخصه پروفیل نمی‌توان ارائه داد.
تعداد این مقاطع فولادی توسط مهندسان طراح ساختمان تعیین می‌شود. در برآورد این تعداد لازم است تا کیفیت مقاطع نیز مورد توجه قرار گیرند. در این صورت، مقاومت سازه نیز افت پیدا نمی‌کند.
جمع بندی
سطح مقطع تیرآهن و تحمل بار آن از پارامترهای مهم محاسباتی برای طراحان و مهندسان ساختمان است. این ویژگی نقش مهمی در مقاومت تیرآهن در برابر تنش‌های برشی و خمشی ساختمان دارد. با توجه به روش‌های ارائه شده جهت محاسبه این پارامترها برآوردی صحیح از اطلاعات هندسی مورد نیاز پروژه خود بدست خواهید آورد.
پس از انجام برآوردهای مورد نیاز در پروژه، می‌توانید جهت خرید انواع مقاطع فولادی مورد نظرتان به فروشگاه آنلاین آهن باما مراجعه کنید. در صورت لزوم می‌توانید جهت تکمیل اطلاعات خود از کارشناسان ما در این مجموعه مشاوره تخصصی رایگان دریافت کنید. به این ترتیب خریدی مطمئن با تضمین قیمت محصول خریداری شده را تجربه خواهید کرد.
