سال هاست که در کوچه و خیابان ها می بینم که آهنگران سر ساختمان، تیرآهن های اِچ شکلِ بال نیم پهنِ را بوسیله ی برشکاری با گاز و هوا بطور طولی به دو نیمه تقسیم می کنند ؛ سپس دو تا از این نیم تیرآهن ها را به هم جوش می دهند ؛ تا تیرآهنی مشبک یا لانه زنبوری بوجود آید.
اگر چه کاربرد تیرآهن های لانه زنبوری با معمولی متفاوت است ؛ اما به دلایلی تولید تیر آهن های لانه زنبوری، سر ساختمان برای سازندگان آن گران تمام می شود. این دلایل شامل: ۱- مقدار زیادی انرژی گاز و هوا جهت برشکاری و ۲- مقدار زیادی برق و الکترود جهت جوشکاری مصرف می شود. ۳- دستمزد جوشکار ۴- اتلاف وقت و…
اصول ساخت تیرلانه زنبوری به گونه ایست که متشکل از دو نیمه از یک پروفیل نورد می باشد که پس از برش، بر روی هم قرار داده شده و جوش می خورند.
هدف استفاده این تیر ها این بود که بدون هیچ اضافه وزنی در تیر ها ،باعث افزایش ظرفیت خمشی شود و از لحاظ اقتصادی مقرون به صرفه بود. تیرهای لانه زنبوری کاربردهای زیادی در سازه‌های فولادی دارد از جمله در ساختمان‌ها به عنوان شاهتیرهای سازه و در ساخت سوله‌ها به صورت قاب صلب و … میتوان استفاده نمود.برای اولین بار ایده ساخت تیر لانه های زنبوری به سال ۱۹۱۰ بر می گردد که توسط شخصی به نام هورتن از شرکت پل و تیرآهن شیکاگو ارائه شد. پس از ارائه این شیوه توسط هورتن استفاده این تیر ها در صنایع کشتی سازی، پل سازی و حمل و نقل و به ویژه در ساختمان ها گسترش پیدا کرد. البته با توجه به عدم اطلاعات کافی درمورد رفتار دینامیکی این اعضا استفاده از آنها به عنوان اجزای لرزه ای درساختمان ها در سطح جهانی رایج نیست.
دلیل نام گذاری تیرهای لانه زنبوری، شکل گیری این تیرها پس از عملیات ( بریدن و دوباره جوش دادن ) و تکمیل پروفیل است . اینگونه تیرها در طول خود دارای حفره های توخالی (در جان) هستند که به لانه زنبور شبیه است ؛ به همین سبب به این گونه تیرها، لانه زنبوری می گویند.
شاید مقاله ” درباره تیر بیشتر بدانیم ” به کارتان آید.
هدف این است که تیر بتواند ممان خمشی بیشتری را با خیز (تغییر شکل) نسبتا کم و همچنین وزن کمتر در مقایسه با تیر نورد شده مشابه تحمل کند. برای مثال با مراجعه به جدول تیر آهن ارتفاع پروفیل ۱۴ را که ۱۴سانتیمتر ارتفاع دارد میتوان تا ۲۱ سانتیمتر افزایش داد.
با توجه به مثال گفته شده در بالا با تبدیل تیر آهن معمولی به لانه زنبوری :
در ساختن تیر لانه زنبوری 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.
شیوه برش پانیر برای ساخت تیر لانه زنبوری
شیوه برش لیتسکا برای ساخت تیر لانه زنبوری
این روش ها که شیوه برش پانیر نام دارد به دو روش سرد و گرم انجام می پذیرد:
۱- برش به روش کوپال: با استفاده از دستگاه قطع کن سنگین که به برش گیوتین مخصوص مجهز است تیر آهن به شکل سرد در امتداد خط منکسر قطع می شود.
۲– برش به روش برنول: برش در این حالت به روش گرم انجام می شود. به این صورت که کارگر ماهر برش را با شعله بنفش رنگ قوی حاصل از گاز استیلن و اکسیژن به وسیله لوله برنول انجام می دهد.بریدن تیر های سبک به وسیله ماشین های برش اکسیژن شابلون دار نسبتا ساده است در ایران تیر های دانه زنبوری را بیشتر با دست تهیه می کنند.
این تیرها جزو رایج ترین اعضای سازه ای در کشور می باشد که استفاده فرآوانی در اسکلت های فولادی دارد و بیشتر اسکلت ساختمان ها با این نوع تیر ها ساخته می شود. در ساختمان ها به عنوان شاه تیر های سازه ای، در سوله ها به عنوان قالب صلب و در ساخت پل های شبک و … مورد استفاده قرار می گیرد.
روش تهیه تیر های لانه زنبوری از این قرار است که ابتدا در روی جان تیر آهن نورد شده با استفاده از الگو که به صورت ۵ شش ضلعی از ورق آهن سفید یک میلیمتری (شابلن) با توجه به استاندارد ساخته شده خط می گردد سپس تیر آهن را روی یک شاسی افقی با زدن تک خال جوش در نقاط مختلف برای جلوگیری از تاب برداشتن قرار می دهند. آنگاه با استفاده از دستگاه برش (برنول) در امتداد خط منکسر اقدام به برش می کنند تا پروفیل به دو قسمت بالا و پائین تقسیم شود. حال اگر قسمت بالا را به اندازه یک دندانه جابجا کنیم و دندانه های قسمت بالا و پائین را به دقت مقابل هم قرار دهیم و از دو طرف کارگر ماهر آن را جوشکاری کنند با استفاده از جوش قوسی نیمه اتوماتیک برای اتصال دو نیمه بریده شده، یک جوش خوب بی عیب سریع و مقرون به صرفه بدست خواهد آمد.
تیرهای ساخته شده در محل تکیه گاه ها در ناحیه ی حفره های خالی در مقابل تنش های برشی ضعیف می شود(با توجه به منحنی نیروی برشی) برای جبران این عیب آن حفره ها را با ورق های تقویتی به صورت کامل توسط جوش پر می نمایند .
نوعی از این تیرآهن های لانه زنبوری وجود دارد که برای بریدن قطعات بالا و پایین ورق واسطه اضافه می‌کنند که این ورق واسطه بین دندانه‌ها جوش می‌شود.این نوع تیرآهن ها از تیر آهن های بدون ورق واسطه بسیار مستحکم تر و قوی تر است.
در تیرهای لانه زنبوری علاوه بر تنش های خمشی اصلی در محل حلقه ها تنش های خمشی ثانویه حاصل از برش، در مقطع ایجاد می گردد که گاهی این تنش از تنشهای خمشی اصلی در تیر بزرگترند. این تنش ها از کارایی تیر می کاهند و برای مقابله با آنها باید حلقه های کناری را با ورق پر کرد خصوصا هنگامی که از این نوع تیرها بصورت یکسره استفاده می شود، در محل تکیه گاه ها که هم نیروی برشی و هم لنگر خمشی زیاد می باشد تنشهای خمشی بشدت افزایش می یابد و نیاز به تقویت تیر در این محل ها می باشد که از لحاظ اقتصادی قابل توجیه نمی باشد. در برخی پروژه ها برای مقابله با این ضعف در تیرهای لانه زنبوری از رفتار مرکب بتن و فولاد استفاده شده هست . به این ترتیب که داخل تیر فلزی در نقاطی که تنش های ثانویه قابل ملاحظه می باشند 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 می باشد .
نحوه برش IPE140 جهت CPE140
نحوه جوش ورق تقویتی جان در محل تکیه گاه