رفتار اجزای مختلف یک سازه براساس مواد سازنده و شکل هندسی آن مشخص می شود. تیرآهن ها مقاطعی هستند که به نوعی از پایه و اساس مقاطع موردنیاز برای ساخت خانه به حساب می آیند. بر همین اساس با محاسبه سطح مقطع و طول اجزای مختلف می توان میزان تحمل بار در جز موردنظر را مشخص کرد. سطح مقطع نشان دهنده فشاری است که در زمان وارد آمدن بار مشخص به جزء سازه ای منتقل می شود. برای محاسبه فشار و تعیین ظرفیت اجزای ساختمانی در شرایط مختلف باید از سطح مقطع جزء موردنظر آگاهی داشته باشیم. یکی از اجزای سازه ای تیرآهن است که با توجه به نیاز در اشکال و اندازه های مختلف تولید می شود. از نمونه های بارز تیرآهن می توان به تیرهای I، مستطیلی، جعبه ای و … اشاره کرد.
تیرآهن یکی از اجزای اصلی و حائز اهمیت در تمامی سازه های صنعتی و معمولی است. تیرآهن قادر است بارهای وارده بر محور خود را به اجزای پشتیبان از جمله دیوار، ستون، فونداسیون و غیره منتقل کند. این جزء سازه ای انواع مختلفی دارد که براساس نوع پشتیبانی، شرایط بارگیری، مواد اولیه و شکل سطح مقطع دسته بندی می شوند. برای محاسبه سطح مقطع تیرآهن باید با علائم اختصاری مربوط به انواع مختلف آن و برخی اطلاعات اولیه آشنا بود.
به طور کلی، تیرآهن براساس استانداردهای بین المللی به دو نوع INP و IPE تقسیم می شود. استاندارد IPE مختص تیرآهن هایی است که در کشورهای روسیه و چین تولید می شوند. از لحاظ ظاهری نیز شکل بال های این تیرآهن ها تا حدی متمایز است، بال تیرآهن های IPE در ابتدا نازک تر و در انتها پهن تر است. به عبارت دیگر هر چه به انتهای تیر نزدیک شوید، پهنای بال آن بیشتر خواهد بود. ارتفاع این نوع تیرآهن نیز از 100 تا 1000 میلی متر متغیر است.
از سوی دیگر، تیرآهن های مبتنی بر استاندارد INP بیشتر در ایران و اروپا مورداستفاده قرار می گیرند. ضخامت ابتدایی و انتهایی بال تیرآهن های INP کاملاً یکسان است و از آن ها برای مصارف عمومی از جمله ساخت ستون، خرپا و غیره استفاده می شود. ارتفاع این تیرآهن ها از 80، 100 تا 600 میلی متر در نظر گرفته می شود. با در نظر گرفتن این استانداردها، تیرآهن ها را می توان به چهار دسته تقسیم کرد: معمولی (با علامت اختصاری INP)، تیرآهن H (با علامت اختصاری IPB)، نیمه پهن (با علامت اختصاری IPE) و تیرآهن لانه زنبوری (با علامت اختصاری CPE).
در ادامه جدول تحمل بار تیرآهن برای شما آورده شده است.
| محور 2-2 | محور 1-1 | بال (فلنج) | ضخامت جان | عمق | مساحت | وزن بر واحد طول | مدل تیر | |||||
| r | s | l | r | s | l | ضخامت | عرض | |||||
| in | in3 | in4 | in | in3 | in4 | in | in | in | in | in2 | lb | |
| 3.49 2.25 | 100 37.2 | 757 196 | 12.9 12.2 | 665 380 | 10300 5770 | 1.32 1.00 | 15.1 10.5 | 0.775 0.615 | 30.9 30.3 | 62.2 38.9 | 211 132 | w 30*211 w 30*132 |
| 3.05 1.98 | 68.4 24.0 | 443 109 | 10.4 9.87 | 414 222 | 5170 2700 | 1.22 0.875 | 13.0 9.07 | 0.705 0.515 | 25.0 24.3 | 47.7 27.7 | 162 94.0 | w 24*162 w 24*94 |
| 2.69 1.70 | 44.9 15.8 | 253 60.3 | 7.90 7.50 | 231 127 | 2190 1170 | 1.06 0.810 | 11.3 7.64 | 0.655 0.495 | 19.0 18.5 | 35.1 20.8 | 119 71.0 | w 18*119 w 18*71 |
| 2.51 2.47 1.60 1.17 | 35.7 26.9 12.1 4.49 | 186 138 43.1 12.4 | 7.10 7.00 6.72 6.41 | 175 134 92.2 47.2 | 1490 1110 758 375 | 0.985 0.760 0.715 0.440 | 10.4 10.3 7.12 5.53 | 0.585 0.455 0.430 0.275 | 17.0 16.5 16.4 15.9 | 29.5 22.6 16.8 9.13 | 100 77.0 57.0 31.0 | w 16*100 w 16*77 w 16*57 w 16*31 |
| 3.74 2.48 1.92 1.08 | 67.5 29.3 14.3 3.55 | 495 148 57.7 8.91 | 6.24 6.05 5.89 5.65 | 190 123 77.8 35.3 | 1380 881 541 245 | 0.940 0.855 0.660 0.420 | 14.7 10.1 8.06 5.03 | 0.590 0.510 0.370 0.255 | 14.5 14.3 13.9 13.9 | 35.3 24.0 15.6 7.69 | 120 82.0 53.0 26.0 | w 14*120 w 14*82 w 14*53 w 14*26 |
| 3.07 1.96 1.54 0.753 | 39.7 13.9 7.47 1.19 | 241 56.3 24.5 2.36 | 5.38 5.18 5.25 4.62 | 118 64.2 45.6 14.9 | 740 391 285 88.6 | 0.810 0.640 0.520 0.225 | 12.1 8.08 6.56 3.97 | 0.515 0.370 0.300 0.200 | 12.5 12.2 12.5 11.9 | 25.6 14.6 10.3 4.16 | 87.0 50.0 35.0 14.0 | w 12*87 w 12*50 w 12*35 w 12*14 |
امروزه مهندسین حوزه های مختلف می توانند به راحتی و تنها با رجوع به مراجع موجود اطلاعات کافی در خصوص ابعاد و ویژگی های پروفیل های ساختمانی کسب کنند. یکی از مشهورترین منابع موجود در این زمینه جدول اشتال است. این جدول توسط یک مهندس آلمانی به نام مارتا اشنایندر تهیه شده و در دسترس عموم قرار دارد. تمامی اطلاعات درج شده در این کتابچه بر اساس استانداردهای بین المللی ارائه شده اند و مشخصات هندسی پروفیل های مهم از جمله تیرآهن، با استفاده از علائم اختصاری مخصوص قابل مشاهده هستند.
جدول اشتال مخصوص انواع تیرآهن، شامل تیرآهن های سری I (IPEo، IPEv و IPE)، سری INL، سری IPB و CNP بوده و تمامی اندازه های موجود را در برمی گیرد. در صورت آگاهی از نوع تیرآهن و ابعاد آن می توانید به راحتی به اطلاعات کامل آن از جمله سطح مقطع (A)، گشتاور اینرسی (S)، وزن واحد طول (G)، شعاع ژیراسیون (r)، ارتفاع (h)، قطر (d)، محیط (p)، فاصله مرکز سطح تا سطح بیرونی (e) و … دست یابید. برای مشاهده، بررسی و مقایسه قیمت پروفیل آهن به صفحه اصلی مرکز آهن یا از طریق منو اقدام کنید.
برای مثال تیرآهن INP120 را در نظر بگیرید. شکل و اطلاعات موجود در جدول اشتال برای این تیرآهن به صورت زیر در دسترس هستند. در اینجا INP نشان دهنده نوع شکل تیرآهن، 120 ارتفاع محصول و 14.2 مترمربع نیز سطح مقطع آن است.
در حال حاضر برای دسترسی آسان به اطلاعات کتابچه و جداول اشتال، نسخه کامپیوتری این کتابچه به صورت آنلاین قابل استفاده است. شما می توانید با مراجعه به آن و وارد کردن نوع و ابعاد تیرآهن موردنظر خود، باقی اطلاعات مربوط را به دست آورید. برای مثال با وارد کردن کلمه اختصاری IPB و نمره پروفیل 100 (نمره پروفیل تیرآهن های شکل IPB از 100 تا 1000 متغیر است) به نتایج مد نظر دست خواهید یافت و مشاهده خواهید کرد که سطح مقطع این نوع پروفیل 26 سانتی متر مربع و از نوع بال پهن است.
در صورتی که تمایل داشته باشید سطح مقطع تیرآهن موردنظر خود را با استفاده از فرمول های مربوط محاسبه کنید، می توانید با مراجعه به فرمول های زیر و بدون ارجاع به جدول اشتال به هدف خود دست یابید. با این حال، از آنجایی که اطلاعات جدول اشتال کامل هستند و برای محاسبه گشتاور اینرسی، فشار بار، مقاومت برشی و غیره، نیازمند اطلاعات کامل در خصوص ویژگی های هندسی جزء موردنظر هستید، بهتر است در صورت امکان به جدول اشتال مراجعه شود. برخی از فرمول های کلی محاسبه سطح مقطع تیرآهن های مختلف عبارتند از:
جمع بندی
تیرآهن یکی از اجزای اصلی سازه های عمومی و صنعتی است که بر اساس شکل و کاربرد انتخاب می شود. هر تیرآهن تحت تأثیر تنش های برشی، تنش های خمشی، تسلیم موضعی بین جان و بال، تنش های برشی ناشی از خمش و کمانش جانبی بال تحت فشار قرار می گیرد. یکی از اجزای اصلی برای محاسبه مقاومت تیرآهن برابر این عوامل، سطح مقطع است. برای محاسبه سطح مقطع تیرآهن دو راه وجود دارد. بهترین و ساده ترین راه، استفاده از اطلاعات هندسی کاملی است که در جدول اشتال درج شده اند. با این حال، شما می توانید با مراجعه به فرمول های محاسبه مساحت سطح مقطع نیز، سطح مقطع تیرآهن موردنظر را پیدا کنید.