در هر سازه اسکلت فلزی، قبل از هر چیز این تیرآهن‌ها و پروفیل‌ها هستند که ظرفیت باربری، شکل معماری و حتی اقتصاد پروژه را تعریف می‌کنند. انتخاب نوع و سایز مقاطع فولادی تصمیمی است که هم روی ایمنی در برابر زلزله و باد اثر می‌گذارد، هم روی وزن سازه، ابعاد فونداسیون و در نهایت بودجه کارفرما. به‌همین‌دلیل، مهندسان سازه و مجریان پروژه، از فاز مطالعات اولیه تا زمان تأمین مصالح، مدام بین گزینه‌های مختلف تیرآهن، پروفیل باکس، قوطی، ناودانی و… مقایسه انجام می‌دهند تا به ترکیبی برسند که هم از نظر فنی بهینه باشد و هم از نظر اقتصادی توجیه‌پذیر. در ادامه، ابتدا نقش تیرآهن و پروفیل در اسکلت فلزی را بررسی می‌کنیم، سپس هزینه‌های این دو گروه مقاطع را در قالب یک نگاه اقتصادی و اجرایی با هم مقایسه می‌کنیم تا برای تصمیم‌گیری در پروژه‌های ساختمانی، سوله و سازه‌های صنعتی با چشم بازتری تصمیم بگیرید.

نقش تیرآهن در اسکلت فلزی؛ ستون اصلی استحکام سازه

تیرآهن (I-beam و H-beam) شناخته‌شده‌ترین عضو در اسکلت فلزی است و بیشتر بارهای خمشی و برشی سقف‌ها و دهانه‌های وسیع را تحمل می‌کند. شکل مقطع I در تیرآهن‌ها باعث می‌شود بخش اعظم سطح مقطع در بال‌ها متمرکز شود و این موضوع یعنی ممان اینرسی در مقابل خمش، بدون آنکه وزن مقطع بیش‌ازحد افزایش یابد، بالا می‌رود. همین هندسه مهندسی‌شده است که اجازه می‌دهد با تعداد ستون کمتر و دهانه‌های بزرگ‌تر، به سختی و پایداری مطلوب در یک سازه برسیم.

در پروژه‌های ساختمانی، تیرآهن معمولاً به‌عنوان شاه‌تیر و تیر فرعی در سیستم سقف، و در برخی طرح‌ها حتی به‌عنوان ستون مورد استفاده قرار می‌گیرد. استفاده از تیرآهن نوردشده استاندارد، طراحی اتصالات، کنترل خمش و برش و حتی اجرای پوشش‌های ضدحریق و ضدخوردگی را ساده‌تر می‌کند. در سازه‌های صنعتی و سوله‌ها نیز تیرورق‌ها اغلب بر پایه منطق رفتاری تیرآهن طراحی می‌شوند؛ یعنی همان ایده توزیع مصالح در بال‌ها و سبک نگه داشتن جان رعایت می‌شود، تا نسبت استحکام به وزن بالا بماند.

درباره نقش تیرآهن و پروفیل در اسکلت فلزی، همانطور که در بالا اشاره کردیم، باید بدانید که یکی از مزیت‌های مهم سازه‌های فولادی مبتنی بر تیرآهن، نسبت وزن به مقاومت است. اسکلت فولادی در مقایسه با سیستم بتن‌آرمه، برای باربری مشابه، معمولاً وزن کمتری دارد و این مسئله، بار منتقل‌شده به فونداسیون را کاهش می‌دهد و می‌تواند ابعاد و هزینه فونداسیون را نیز کنترل کند. در مناطق لرزه‌خیز نیز رفتار شکل‌پذیر فولاد و امکان جزئیات‌دادن بهتر در اتصالات باعث می‌شود اسکلت فولادی با تیرآهن، انتخاب جذابی برای مهندسان سازه باشد.

در کنار این جنبه‌های فنی، جنبه اقتصادی همواره برای کارفرما و مجریان اهمیت دارد. ظرفیت باربری، طول دهانه، کلاس فولاد، نوع پوشش و جزئیات اجرا روی مقدار فولاد مصرفی تأثیر می‌گذارند؛ اما در نهایت، عددی که روی برآورد مالی می‌نشیند، ضرب وزن کل در نرخ روز بازار است. به‌همین‌دلیل، در بسیاری از دفترچه‌های برآورد و زمان تنظیم پیشنهاد قیمت، مهندسان به‌صورت روزانه قیمت روز تیرآهن را رصد می‌کنند تا مطمئن شوند طراحی مقطع و زمان خرید با شرایط واقعی بازار هماهنگ است و بودجه پروژه از کنترل خارج نمی‌شود.

پروفیل‌های فولادی در اسکلت فلزی؛ انواع، کاربردها و مزایا در اجرا

اصطلاح «پروفیل» در بازار ایران برای گروه بزرگی از مقاطع فولادی استفاده می‌شود؛ در واقع، از قوطی و باکس (HSS) گرفته تا ناودانی، نبشی، سپری و… . در اسکلت فلزی مدرن، پروفیل‌های باکس و قوطی (Hollow Structural Sections) به‌دلیل رفتار خوب در برابر بارگذاری چندمحوره و مقاومت پیچشی، به‌طور گسترده در ستون‌ها، بادبندها، خرپاها و المان‌های معماری استفاده می‌شوند.

درباره نقش تیرآهن و پروفیل در اسکلت فلزی، برای انواع پروفیل‌ها باید اشاره کنیم که پروفیل‌های باکس مربع و مستطیل، به‌دلیل مقطع بسته و یکنواخت، در تحمل بارهای فشاری و خمشی عملکرد بسیار مناسبی دارند. این مقاطع به‌ویژه در ستون‌های نمایان (Architecturally Exposed Steel) محبوب‌اند، چون هم از نظر ظاهری تمیز و ساده هستند و هم امکان اجرای جزئیات معماری مثل نماهای شیشه‌ای، سکوها و کنسول‌ها را فراهم می‌کنند. همچنین، مقاومت خوب در برابر پیچش هم باعث می‌شود در بادبندها و مهاربندهای خاص یا سازه‌های با بارهای خارج از مرکز، انتخاب مناسبی باشند.

در سیستم‌های سقف سبک، سوله‌ها و دهانه‌های متوسط، پروفیل‌های باز مثل ناودانی و نبشی در قاب‌های سبک، تیرک‌ها و اعضای فرعی سقف به کار می‌روند. این مقاطع اگرچه نسبت به تیرآهن ظرفیت خمشی کمتری دارند، اما وزن پایین، سرعت تولید بالا و قابلیت استفاده در ترکیب با هم (مثلاً دوبل ناودانی یا دوبل نبشی) باعث می‌شود برای اجزای فرعی و کم‌بار طیف وسیعی از پروژه‌ها، کاملاً اقتصادی و کاربردی باشند.

از سمت بازار، سبکی وزن واحد طول و تنوع ابعادی پروفیل‌ها، دست مهندسان را برای بهینه‌سازی مصرف فولاد باز می‌گذارد؛ اما همین تنوع، حساسیت نسبت به نرخ بازار را نیز بیشتر می‌کند. بسیاری از مدیران پروژه قبل‌از عقد قرارداد یا اصلاح نقشه‌ها، وضعیت قیمت پروفیل امروز را بررسی می‌کنند تا بتوانند بین استفاده از مقاطع باکس، قوطی یا حتی جایگزینی بخشی از پروفیل‌ها با تیرآهن یا ورق برش‌خورده، تصمیم دقیق‌تری بگیرند، چون تغییرات نرخ ارز، قیمت شمش و وضعیت عرضه کارخانه‌ها می‌تواند در یک بازه کوتاه، هزینه خرید پروفیل را دستخوش نوسان کند.

مقایسه هزینه تیرآهن و پروفیل در اسکلت فلزی؛ انتخاب اقتصادی‌تر برای پروژه‌های ساختمانی

اکنون که نقش تیرآهن و پروفیل در اسکلت فلزی را بررسی کردیم، بد نیست اشاره کنیم که انتخاب بین تیرآهن و پروفیل فقط با مقایسه نرخ کیلویی در بازار منطقی نیست و باید حداقل چند عامل را همزمان سنجید:

سخن پایانی

در یک اسکلت فلزی، تیرآهن‌ها معمولاً نقش اصلی را در تحمل خمش و دهانه‌های بزرگ دارند و پروفیل‌ها در ستون‌ها، بادبندها و اجزای معماری به‌خاطر مقاومت پیچشی و اجرای تمیز، بسیار کاربردی‌اند؛ اما انتخاب نهایی فقط به «قیمت خرید» خلاصه نمی‌شود و باید وزن مصرفی، نوع اتصالات، سرعت اجرا و الزامات ضدخوردگی یا ضدحریق را هم کنار هم دید. برای تصمیم‌گیری دقیق‌تر، بهتر است هم مشخصات فنی و شرایط اجرایی پروژه را مبنا قرار بدهید و هم تغییرات بازار و قیمت آهن را رصد کنید تا ترکیب مقاطع، هم از نظر ایمنی و هم از نظر بودجه، بهینه و قابل دفاع باشد.