موارد ممنوعیت استفاده از تیرآهن لانه زنبوری

تیرآهن لانه زنبوری نوع خاصی از تیرآهن است که در بدنه آن حفره‌های شش ضلعی یا دایره‌ای وجود دارد. این نوع تیرآهن مقاومت خمشی بالایی دارد و در عین حال بسیار سبک‌تر از تیرآهن‌های معمولی است، به همین دلیل در پروژه‌های عمرانی و صنایعی چون کشتی‌سازی کاربرد بسیاری دارد. مزیت دیگر این محصولات، پایین بودن نرخ آن‌ها نسبت به قیمت تیرآهن معمولی است؛ پروفیل‌های لانه زنبوری وزن کم‌تری دارند و به همین خاطر قیمت تمام‌شده آن‌ها مناسب‌تر است. البته این پروفیل‌ها بخاطر فضای خالی که در جان آن‌ها وجود دارد، مقاومت برشی چندانی ندارند و در برابر بارهای جانبی مقاوم نیستند. به‌همین‌دلیل، در قوانین ساخت‌وساز محدودیت‌ها و ممنوعیت استفاده از تیرآهن لانه زنبوری تعریف می‌شود. در این مقاله این محدودیت‌ها را بررسی می‌کنیم تا متوجه شوید تیرآهن لانه زنبوری برای کدام بخش‌های سازه مناسب است.

ممنوعیت تیر لانه زنبوری

محدودیت اصلی استفاده از تیر لانه زنبوری در ساختمان، مربوط به اعضایی است که در سیستم باربری و انتقال نیروهای لرزه‌ای نقش دارند، اما استفاده از آن به‌طور مطلق ممنوع نیست. همچنین، در مبحث دهم مقررات ملی ساختمان، ضوابط مشخصی برای طراحی تیرهای لانه زنبوری در کاربردهای غیر لرزه‌ای ارائه شده است.

تیرآهن لانه زنبوری به‌دلیل وزن کمتر و امکان عبور آسان تأسیسات، در نگاه اول گزینه‌ای جذاب برای مهندسان و مجریان پروژه‌های ساختمانی به شمار می‌رود. بااین‌حال، این نوع تیرآهن در بخش‌هایی از سازه که با بارگذاری برشی بالا یا نیروهای جانبی مواجه‌اند، عملکرد قابل قبولی ارائه نمی‌دهد. ایجاد حفره در جان تیر باعث تمرکز تنش در اطراف سوراخ‌ها شده و احتمال شکست موضعی یا کاهش ظرفیت باربری را افزایش می‌دهد.

در بسیاری از پروژه‌ها، مهندسان ناظر و طراحان سازه ترجیح می‌دهند از تیرآهن‌های سالم با جان کامل یا مقاطع تقویت‌شده استفاده کنند تا ایمنی، دوام و پایداری سازه به خطر نیفتد. صرفه‌جویی در وزن یا هزینه مقاطع فولادی، زمانی ارزش دارد که سازش با اصول فنی و ایمنی سازه صورت نگیرد. در انتخاب نوع تیر برای سازه‌های فلزی، شناخت دقیق عملکرد هر مقطع و انطباق آن با الزامات پروژه، نقشی تعیین‌کننده در جلوگیری از هزینه‌های دوباره‌کاری، ریسک‌های فنی و حتی تهدیدهای ایمنی ایفا می‌کند.

موارد مجاز، غیرمجاز و مشروط استفاده از تیرآهن لانه زنبوری

استفاده از تیرآهن لانه‌زنبوری در سازه‌های فولادی به نوع سیستم باربر، محل قرارگیری تیر و شرایط بارگذاری بستگی دارد. وجود حفره‌های شش‌ضلعی در جان این مقطع، ضمن افزایش ارتفاع تیر، بر مقاومت برشی و رفتار آن در برابر نیروهای مختلف تأثیر می‌گذارد. به‌همین‌دلیل، کاربرد تیرآهن لانه‌زنبوری در تمام بخش‌های سازه مجاز نیست و طراحی آن باید مطابق ضوابط مبحث دهم مقررات ملی ساختمان انجام شود. 

در پیوست پنجم ویرایش ۱۴۰۱ این مبحث، الزامات طراحی تیرهای لانه‌زنبوری با بازشوهای شش‌ضلعی برای کاربردهای غیرلرزه‌ای ارائه شده است. جدول زیر وضعیت استفاده از این مقطع را در بخش‌های مختلف ساختمان نشان می‌دهد:

چرا استفاده از تیرآهن لانه زنبوری ممنوع است؟

تیرآهن‌های لانه زنبوری به سه دلیل در سازه‌ها کاربرد بسیاری دارند: کاهش وزن سازه، صرفه اقتصادی و امکان عبور تأسیساتی چون سیم و لوله از میان آن‌ها. اما این تیرآهن‌ها معایبی هم دارند که دلایل اصلی ممنوعیت استفاده از آن‌ها در بخش‌های حساس سازه هستند. این معایب عبارتند از:

• مقاومت پایین در برابر نیروهای برشی و احتمال شکستن از نقاط بحرانی در مواقع زلزله یا طوفان‌ شدید
• مقاومت پایین در برابر نیروهای جانبی و انعطاف‌پذیری کم در برابر این نیروها
• سخت بودن اتصال تیرآهن لانه زنبوری به سایر بخش‌های اسکلت 

مواقع مجاز برای استفاده از تیرآهن لانه زنبوری

به‌طور خلاصه می‌توان گفت هر بخش از سازه که به تیر نیاز دارد، اما وزن و نیروی زیادی به آن وارد نمی‌شود، استفاده از تیرآهن لانه زنبوری مجاز است. البته اگر پروژه در مناطق بادخیز و زلزله‌خیز ساخته می‌شود، بهتر است فقط تیرآهن‌های کامل برای پروژه مورد استفاده قرار گیرند. در ادامه به مواقع مجاز برای استفاده از تیرآهن لانه زنبوری اشاره می‌کنیم:

• ساخت سوله‌ها و انبارهای صنعتی که جزو سازه‌های سبک محسوب می‌شوند
• دهانه‌های غیرمهاربندی‌شده و بزرگ با فاصله زیاد بین ستون‌ها (مثل دهانه‌های سالن‌های ورزشی)
• تیرهای فرعی با دو سر مفصلی
• تیرهای حمال سقف‌های تیرچه بلوک

البته گاهی اوقات استثناهایی هم وجود دارد. به‌عنوان مثال ستون یکی از اجزای باربر سازه است و نباید از تیرآهن لانه زنبوری در آن استفاده کرد. اما گاهی اوقات مهندسان بنابه نیاز پروژه از این تیرها استفاده می‌کنند و با طراحی ستون دوبل فلزی، مشکلات مقاومت برشی و ضعف تیرهای لانه زنبوری را حل می‌کنند. البته این کار باید با نظر تخصصی مهندسان پروژه و محاسبه بارهای وارد بر سازه انجام شود. 

موارد مجاز برای استفاده از تیرآهن لانه زنبوری تقویت‌ شده

گاهی اوقات مهندسان پروژه مجبور می‌شوند در بخش‌هایی که بار وارد بر سازه زیاد است، از تیرهای لانه زنبوری استفاده کنند. مثلا وقتی پروژه محدودیت مالی دارد، خرید تیرهای لانه زنبوری هزینه‌ها را کاهش می‌دهد یا اگر وزن سازه اهمیت داشته باشد، با این تیرهای سبک می‌توان وزن کلی را تاحد زیادی کاهش داد. همچنین گاهی اوقات در الزامات معماری سازه لازم است که تأسیسات از بین تیرهای سقف عبور کنند تا در ظاهر کار دیده نشوند. در این صورت حفره‌های لانه زنبوری تنها روش عبور توکار تأسیسات به‌شمار می‌روند.

در چنین مواقعی برای استفاده از تیرآهن لانه زنبوری، ابتدا باید محاسبات لازم را انجام دهند تا متوجه شوند که آیا واقعا می‌توان از این پروفیل‌ها استفاده کرد یا خیر. زمانی که بار وارد بر سازه زیاد است، جایگزین کردن تیر لانه زنبوری با تیرآهن معمولی، امنیت ساکنان آینده سازه را به‌خطر می‌اندازد. اما اگر تیرهای لانه زنبوری توان تحمل بار وارد بر سازه را داشته باشند، با روش‌های تقویتی می‌توان از آن‌ها در تیرهای اصلی و دهانه‌های مهاربندی‌شده استفاده کرد. 3 روش اصلی تقویت تیرآهن لانه زنبوری عبارتند از:

• استفاده از تیرآهن دوبل: در این روش به جای یک تیرآهن، از دو پروفیل استفاده می‌شود تا مقاومت افزایش پیدا کند.
• استفاده از ورق‌های فولادی: با جوشکاری ورق‌های فولادی با ضخامت مناسب روی تیرآهن لانه زنبوری می‌توان آن را تقویت کرد. جوش دادن ورق روی جان تیرآهن مقاومت برشی آن را افزایش می‌دهد. جوش دادن ورق به بال بالایی و پایینی تیر، مقاومت خمشی آن را بالا می‌برد. پر کردن سوراخ‌های تیرآهن لانه زنبوری با ورق نیز مقاومت کلی آن را افزایش می‌دهد و در عین حال وزن سازه را سبک نگه می‌دارد.

بتن‌ریزی: در بعضی از پروژه‌ها به‌جای ورق فولادی، از بتن برای مقاوم‌سازی ورق‌ها استفاده می‌شود. اگر تیر به مقاومت برشی نیاز داشته باشد، فقط حفره‌های آن با بتن پر می‌شوند. اما در صورت نیاز به افزایش مقاومت کلی تیر یا تمام بخش‌های تیر را با بتن و میلگرد مسلح می‌کنند یا در کنار تیر لانه زنبوری، دال بتنی قرار می‌دهند و تیر مرکب می‌سازند.

محدودیت‌ ها و راهکارهای تقویت تیرآهن لانه زنبوری

در این مقاله توضیح دادیم که تیرآهن لانه زنبوری در کنار مزایایی چون وزن پایین و صرفه اقتصادی، مقاومت چندانی ندارد.به‌همین‌دلیل در قوانین و مقررات ساختمانی، ممنوعیت‌هایی برای استفاده از این تیرها در سازه تعریف شده است. با وجود این ممنوعیت‌ها، گاهی اوقات نیاز پروژه ایجاب می‌کند که در بخش‌های باربر سازه از تیرهای لانه زنبوری استفاده شود. در این صورت با استفاده از روش‌های تقویتی مثل جوش دادن ورق فولادی یا ساخت تیرهای مرکب می‌توان مقاومت تیرآهن لانه زنبوری را افزایش داد.