ارزیابی تفاوت عملکرد تیرآهن HEA و HEB در سازه های صنعتی و ساختمانی

تیرآهن های بال پهن، معروف به تیرآهن هاش، از مهم ترین مقاطع فولادی در سازه های فلزی محسوب می شوند. این تیرآهن ها به دلیل طراحی خاص H شکل و بال های موازی، در تحمل بارهای خمشی، برشی و پیچشی عملکرد بسیار خوبی دارند. انتخاب صحیح بین تیرآهن HEA هاش سبکو HEB هاش سنگینمی تواند تاثیر مستقیم بر ایمنی، پایداری، وزن سازه و هزینه کل پروژه داشته باشد.
تیرآهن های HEA و HEB هر دو مطابق با استانداردهای اروپایی تولید می شوند، اما تفاوت های ابعادی و مکانیکی آن ها باعث شده در کاربردهای مختلف عملکرد متفاوتی داشته باشند. در این مقاله قصد داریم به صورت جامع تفاوت های فنی، عملکرد باربری، رفتار سازه ای تحت بارهای مختلف، کاربرد عملی، تحلیل اقتصادی و معیارهای انتخاب بهینه را بررسی کنیم تا مهندسان و پیمانکاران بتوانند تصمیمی دقیق و هوشمندانه بگیرند.

معرفی تیرآهن HEA و HEB
تیرآهن های HEA و HEB هر دو دارای مقطع H شکل هستند، اما تفاوت اصلی در ضخامت بال و جان تیر است.
•    HEA هاش سبکاین تیرآهن بال و جان نازک تری دارد و وزن هر متر طول آن کمتر است. به همین دلیل برای سازه هایی با بار متوسط و پروژه های سبک و متوسط مناسب است. استفاده از HEA به کاهش هزینه اولیه و وزن کلی سازه کمک می کند.
•    HEB هاش سنگینHEB بال و جان ضخیم تر و وزن بیشتری دارد و ظرفیت باربری آن بیشتر است. این تیرآهن برای سازه های سنگین، ساختمان های بلند و پروژه های صنعتی مناسب است و پایداری و مقاومت بیشتری در برابر بارهای خمشی و پیچشی ارائه می دهد.

تفاوت های عملکردی HEA و HEB
مقاومت در برابر خم و برش
HEB به دلیل ضخامت بیشتر بال و جان و مدول مقطع بالاتر، مقاومت بیشتری در برابر خمش و برش دارد. این موضوع باعث می شود در سازه هایی با دهانه های بلند یا بارهای زنده سنگین، HEB عملکرد بهتری داشته باشد و امکان افزایش فاصله تکیه گاه ها بدون کاهش ایمنی فراهم شود.
HEA برای سازه های سبک تر و متوسط، مانند ساختمان های اداری و مسکونی، کافی است و انتخاب اقتصادی تری محسوب می شود.
رفتار تحت بارهای جانبی و پیچشی
در مناطق زلزله خیز یا سازه هایی که بارهای جانبی اهمیت دارند، HEB به دلیل سختی جان بالاتر و ضخامت بیشتر بال ها مقاومت بالاتری در برابر کمانش جانبی و پیچش دارد. این ویژگی آن را برای ستون های ساختمان های بلند، سوله های صنعتی بزرگ و پل ها مناسب می کند.
HEA در سازه های کوتاه تر و با بار متوسط عملکرد قابل قبولی دارد، اما در مواجهه با بارهای شدید ممکن است زودتر دچار کمانش شود.
سختی و پایداری سازه
HEB به دلیل ابعاد بزرگ تر، سختی خمشی بیشتری دارد و کمتر دچار خیز می شود. به همین دلیل در پروژه هایی که پایداری طولانی مدت و تحمل بارهای متمرکز اهمیت دارد، HEB ترجیح داده می شود.
HEA برای پروژه هایی که کاهش وزن و هزینه مهم تر است مناسب است و همچنان می تواند عملکرد قابل قبولی در سازه های متوسط ارائه دهد.

کاربردهای عملی تیرآهن HEA و HEB
سازه های صنعتی
در سوله ها، کارخانه ها، انبارها و کارگاه های سنگین، HEB کاربرد گسترده ای دارد. بار مرده سقف ها، تجهیزات سنگین و جرثقیل های سقفی نیازمند تیرآهنی با ظرفیت بالا است. استفاده از HEB امکان ایجاد دهانه های وسیع بدون ستون میانی را فراهم می کند و پایداری سازه را افزایش می دهد.
ساختمان های بلند و اداری
در ستون های طبقات پایین ساختمان های بلندمرتبه، استفاده از HEB باعث تحمل نیروی محوری و خمشی بالا می شود. در تیرهای فرعی و طبقات بالاتر، HEA می تواند انتخاب اقتصادی و مناسب باشد.
ساختمان های مسکونی و اداری متوسط
در سازه های کوتاه و متوسط، HEA اغلب کافی است و باعث کاهش وزن سازه و هزینه فونداسیون می شود.
پل ها و سازه های زیربنایی
HEB به دلیل مقاومت بالا در برابر بارهای متمرکز و دینامیکی، گزینه اصلی برای پل ها، جاده ها و سازه های زیرساختی است.

جنبه های اقتصادی و بهینه سازی
انتخاب بین HEA و HEB فقط به عملکرد فنی محدود نمی شود؛ هزینه و بهینه سازی نیز اهمیت زیادی دارد.
•    HEA سبک تر و ارزان تر است و هزینه حمل و نصب آن کمتر است.
•    HEBگران تر است، اما در پروژه های سنگین با کاهش تعداد تیرها و ستون ها، هزینه کلی سازه کاهش می یابد.
در محاسبات اقتصادی باید هزینه چرخه عمر سازه در نظر گرفته شود. هرچند HEB هزینه اولیه بیشتری دارد، اما دوام بیشتر و نیاز کمتر به تعمیر و نگهداری آن، این تیرآهن را برای پروژه های صنعتی و سنگین مقرون به صرفه می کند.

معیارهای انتخاب مهندسی
برای انتخاب مناسب، مهندسان باید به چند نکته توجه کنند:
1.    نوع سازه و ارتفاع: ساختمان های بلند و صنعتی HEB  سازه های متوسط HEA
2.    بارگذاری: بارهای سنگین و دینامیکی HEB
3.    دهانه تیرها: دهانه بلند HEB
4.    مقاومت در برابر زلزله و نیروهای جانبی: مناطق با شتاب بالا HEB
5.    بودجه و بهینه سازی وزن: پروژه های سبک و بار متوسط HEA
6.    استاندارد فولاد: انتخاب تیرآهن مطابق با آیین نامه های ملی و کیفیت فولاد S235، S275، S355

مزایای استفاده از تیرآهن بال پهن در سازه ها
•    تحمل بهتر بارهای خمشی و برشی نسبت به تیرآهن های ساده
•    پایداری بیشتر در برابر نیروهای جانبی
•    کاهش تعداد ستون ها در پروژه های صنعتی
•    انعطاف پذیری در طراحی سازه های بلند و سوله ها
•    امکان استفاده در پروژه های مسکونی، اداری و صنعتی با توجه به وزن و ظرفیت مورد نیاز

جمع بندی و نتیجه گیری
تیرآهن های HEA و HEB هر کدام جایگاه ویژه ای در طراحی و اجرای سازه ها دارند:
•    HEA سبک تر، اقتصادی تر، مناسب سازه های متوسط، مسکونی و اداری، و پروژه هایی که کاهش وزن و هزینه اولیه اهمیت دارد.
•    HEB مقاوم تر، ظرفیت باربری بالاتر، عملکرد بهتر در برابر خم، برش، پیچش و بارهای جانبی؛ مناسب سازه های صنعتی سنگین، ساختمان های بلند، پل ها و سوله های بزرگ.
انتخاب صحیح نباید تنها بر اساس قیمت باشد؛ بلکه تحلیل دقیق بارگذاری، محاسبات سازه ای و بررسی اقتصادی پروژه تعیین کننده است. مهندسان و پیمانکاران با درک تفاوت های HEA و HEB می توانند سازه ای ایمن، پایدار و بهینه طراحی کنند.