تیرآهن بال پهن IPB یا H شکل یا هاش برای اولین بار در شرکت بثهلم تولید گردید و از مهمترین دستاوردهای این واحد تولیدی به شمار می‌رفت چرا که با تولید آن تحول عظیمی در صنعت فولاد ایجاد گردید و به سرعت توانست از بخش‌های دیگر این صنعت فاصله بگیرد. در حالی که این کارخانه تولیدی تیرآهن به دنبال ایجاد ابتکار و تحول در صنعت فولاد در اوایل قرن بیستم بود با ابتکار و تولید هاش بال پهن توانست به این هدف خود دست یابد. تیر I شکل قبل از تیر بال پهن ابداع و تولید شده بود، اما تیرآهن هاش بال پهن به عنوان یک اختراع بسیار مهم محسوب می‌گردید که حتی در لوگوی این کمپانی نیز مورد استفاده قرار گرفت.
در ابتدا تیرهای معمولی به طور عمده در قالب شاخه‌های بلند تولید می‌شدند و به دلیل خاصیت ضد حریق بودنشان نسبت به چوب، محبوبیت بالایی داشتند، اما به دلیل آنکه ابعاد آنها بسیار طویل بود بارها با شکست روبرو شدند. در نهایت در سال 1856 در زمانی که اولین تیر مرغوب در ترنتون برای ساختمان فدرال تولید گردید دیگر از شکست‌های قبلی خبری نبود و این نقطه عطفی در تولید و نورد تیرآهن به شمار می‌آمد.
تیرآهن IPE یا همان تیر I شکل مدت‌ها به عنوان مصالح پایه در صنعت ساختمان سازی مورد استفاده قرار می‌گرفت، اما بعد از آن هاش بال پهن در صنایع بثهلم با ورود موفقیت آمیز خود به بازار در اوایل قرن بیستم توانست جایگاه بسیار مهمی را در میان سایر موارد مشابه پیدا کند و برای ساخت پل‌ها و آسمان خراش‌ها به میزان بسیار زیادی مورد استفاده قرار گرفت.
خط تولید هاش در این کمپانی بسیار بزرگ بود به طوری که قادر بود تا تیرآهنهای بال پهن تا عمق 36 اینچ یا 44/91 سانتی‌متر تولید نماید. به دلیل تقاضای بالا و محبوبیت هاش در سراسر ایالت متحده آمریکا، قیمت تیرآهن هاش بال پهن تولید شده این کمپانی بالا رفت. همچنین تیر بال پهن هاش در طول جنگ جهانی اول به عنوان مواد مورد نیاز در جنگ کاربرد بسیار فراوانی داشت.
تیرآهن IPB= HEB, HEA یا معروف به تیر بال پهن که در بازار به نام هاش نیز شناخته میشود در دو نوع بال پهن سبک و بال پهن سنگین به تولید می‌رسد. بهترین پروفیل آهن نورد شده برای ستون، تیرآهن بال پهن IPB یا قوطی مربع شکل است، زیرا از نظر مقاومت بهتر از مقاطع ديگر عمل مي كند، علاوه بر اين در اكثر شرايط اجرايي، اتصال تيرها به راحتي روي آنها انجام میشود.
هاش، تیر عریض یا دارنده بالهای پهن (مانند H) است که طول بال‌هایش به نسبت تیرآهن IPE بزرگتر است. اندازه بال این پروفیل با ارتفاع آن برابر بوده و مقطع ساده آن برای تهیه ستون استفاده می‌گردد. همچنین از آن برای تهیه تیر و خرپا نیز استفاده می‌گردد. طول این نوع پروفیل بین 8 تا 16 متر بوده و دارای ارتفاع 100 تا 1000 میلی‌متر است.
هاش HEB سنگین است و این بدان معنی است که این نوع تیرآهن بال پهن دارای بال ضخیم‌تری نسبت به تیرآهن HEA است. این نوع تیراهن در استانداردهای DIN 1025 - Euronorm 53-62 - EN 10034 - EN 10163-3, C - STN 42 5550ČSN 42 5550 - TDP: STN 42 0135 تهیه و تولید میشود.
تیرآهن هاش در گریدهای ST37 و ST44 و ST52 بوده و در صنعت پل سازی، برج سازی، سد سازی و صنایع مشابهی که نیاز به مقاومت بالا داشته باشد، کاربرد دارد. جهت اطلاع از مشخصات انواع تیرآهن میتوانید به مقاله مربوطه در سایت مرکزآهن مراجعه نمایید.
اگر از سطح مقطع تیرآهن به آن نگاه کنیم دو ورق که به صورت افقی در بالا و پایین تیر قرار گرفته اند بال و ورق ضخیمی که در بین این دو مقطع به صورت عمودی قرار گرفته است را جان می‌گوییم.
تفاوت‌هایی در ساختار هاش و تیر I وجود دارد که این تفاوت‌ها سبب اختلاف در نوع کاربرد آنها در صنعت خواهد گردید. هر دو نوع این تیراهن عناوین خود را از هند گرفته‌اند و بر مبنای سطح مقطع‌شان نام گذاری شده‌اند و امروزه در کل جهان کاربرد وسیعی دارند.
در حالی که هر دو نوع تیرآهن برای بخش‌های مختلف ساخت و ساز مورد استفاده قرار می‌گیرند و هر دوی آنها دارای بالهای بالا و پایین هستند اما تنها تفاوت ساختاری آنها در بال‌هایشان است. در تیرآهن I بالها دارای عرض کمتری بوده و فاصله لبه‌های بال تا انتها در محل تلاقی با جان نسبتا کوتاه است، اما در تیرآهن بال پهن هاش این فاصله بیشتر است.
به طور کلی تیرآهن یکی از پرکاربردترین مقاطع فولادی در صنعت ساختمان است. از این مقاطع و پروفیل‌ها برای ساخت ستون‌ها، تیرها، مهاربندها و... استفاده میشود. تیرآهن همچنین در صنایع مختلف دیگر نیز کاربردهای فراوانی دارد. تیرآهن از نظر شکل ظاهری به دو دسته تیرآهن معمولی و تیرآهن هاش تقسیم بندی میشود. اصلی‌ترین تفاوت تیرآهن و هاش در شکل ظاهری سطح مقطع آنها است.
این تفاوت باعث شده است که خواص مکانیکی آنها مانند استحکام و آستانه تحمل بار به طور محسوسی با یکدیگر متفاوت باشد و بنابراین هرکدام، برای یک کاربری خاص، مناسب گردد. در ادامه به بررسی تفاوت تیرآهن و هاش خواهیم پرداخت و این دو پروفیل را از نظر شکل ظاهری سطح مقطع، خواص مکانیکی و نوع کاربری، با یکدیگر مقایسه خواهیم کرد.
همانطور که پیش‌تر به آن اشاره شد، اصلی‌ترین تفاوت تیرآهن و هاش در شکل سطح مقطع است. البته شکل کلی سطح مقطع این دو پروفیل، شبیه به هم هستند. شکل ظاهری سطح مقطع تیرآهن معمولی، به شکل I است. در حالی که سطح مقطع تیرآهن هاش، همان طور که از نامش پیدا است، به شکل H است. این بدان معنا است که بالهای هاش، نسبت به تیرآهن معمولی، پهن‌تر هستند. به طور کلی تیرآهن هاش در دسته پروفیل‌های بال پهن، قرار میگیرد.
سطح مقطع تیرآهنها شامل یک جان و دو بال است. جان در وسط سطح مقطع قرار دارد و دو انتهای آن به دو بال متصل شده است. تفاوت تیرآهن و هاش در نسبت ابعادی جان و بالها است. تفاوت اصلی تیرآهن و هاش این است که ابعاد بال در تیرآهن معمولی، کمتر از جان است.
در حالی که در تیرآهن هاش، ابعاد بال برابر با ابعاد جان است. این افزایش سطح مقطع باعث شده که مقاومت تیرآهن هاش در برابر تنش برشی افزایش پیدا کند. از طرفی، ممان اینرسی با افزایش طول بال، بیشتر میشود. با افزایش ممان اینرسی، میزان تنش خمشی وارد شده به پروفیل نیز کمتر می‌گردد. در نتیجه می‌توان گفت که دیگر تفاوت تیرآهن و هاش در مقاوت بیشتر هاش نسبت به بارهای خمشی است.
یکی از سوالاتی که شاید در زمان بررسی تفاوت تیرآهن و هاش پیش آید، روش‌های تولید آنها است. تیرآهنها همگی به روش نورد گرم تولید میشوند و تفاوتی در نوع فرآیند تولید وجود ندارد. البته بسته به نوع و شکل ماده اولیه، کمی پروسه تولید می‌تواند متفاوت باشد. ماده اولیه‌ای که برای تولید تیرآهن مورد استفاده قرار میگیرد یا اسلب‌های مستطیلی هستند یا اسلب‌های اچ شکل.
در فرآیند تولید تیرآهن و هاش از اسلب‌های مستطیلی، کمی فرآیند فرم‌دهی سخت‌تر و پیچیده‌تر است. چون تعداد مراحل لازم برای فرم دهی محصول و رسیدن به شکل نهایی، بیشتر خواهد بود. در نورد به کمک اسلب‌های اچ شکل، چون ماده اولیه از نظر ظاهری شبیه محصول نهایی است، پروسه نورد با سهولت بیشتری انجام خواهد شد.
به طور کلی، نورد گرم تیرآهن در چهار مرحله انجام می‌گردد. در مرحله اول، ماده اولیه وارد فاز نورد سنگین میشود. در این مرحله، عرض محصول افزایش و طول سطح مقطع آن کاهش پیدا میکند. سپس دو مرحله نورد میانی بر روی تیرآهن انجام میشود که در این دو مرحله، تیرآهن به شکل I یا H می‌رسد. در مرحله نورد پایانی، سطح تیرآهن پرداخت میشود و شکل نهایی محصول را به خود میگیرد. همانطور که ذکر شد، تفاوت تیرآهن و هاش از نظر روش تولید، بسیار ناچیز است.
برای بررسی تفاوت تیرآهن و هاش شناخت انواع هر یک از آنها ضروری است. تیرآهنهای معمولی I شکل دارای انواع مختلفی هستند. این تیرآهنها مطابق با دو استاندارد ipe و inp تولید و به بازار عرضه میشوند. در تیرآهنهای معمولی ساخته شده با استاندارد ipe، ضخامت بالها در سراسر طول، ثابت است.
لازم به ذکر است که این نوع تیرآهنها مطابق با استانداردهای اروپایی تولید میشوند و در بازار ایران، رواج بیشتری دارند. نوع دیگر تیرآهنهای معمولی، تیرآهن inp هستند. در این نوع تیرآهنها، ضخامت بالها در نزدیکی جان زیاد است و با دور شدن از جان، ضخامت بالها کاهش پیدا میکند. تیرآهنهای inp مطابق با استاندارد چین تولید میشوند.
تیرآهنهای هاش نیز خود دارای سه نوع مختلف هستند. بسته به ضخامت جان و بالهای تیرآهن هاش، می‌توان این پروفیل را به سه دسته فوق سنگین، سنگین و سبک تقسیم بندی کرد. تیرآهنهای هاش سنگین با نماد HEB بیشترین کاربرد را در صنعت ساختمان سازی دارند و به همین دلیل در بازار ایران، متدوال‌تر هستند. با توجه به آنچه گفته شد، عامل اصلی تفاوت تیرآهن و هاش ضخامت و طول بالها و جان در سطح مقطع آنهاست.
| ردیف | موارد | تیرآهن معمولی | تیرآهن هاش |
| 1 | شکل سطح مقطع | I | H |
| 2 | ابعاد بالها | کمتر از جان | برابر با ابعاد جان |
| 3 | استحکام | کمتر | بیشتر |
| 4 | وزن | کمتر | بیشتر |
| 5 | قیمت | کمتر | بیشتر |
| 6 | کاربردها | سازههای کوچک و سبک | پل‌ها و سازههای بلند، صنایع سنگین |
| 7 | طول مجاز | حدود 30 متر | حدود 100 متر |
| 8 | روش تولید | نورد گرم | نورد گرم |
| 9 | انواع | ipe و inp | HEB و HEA و HEM |
| 10 | مقاومت برشی | کمتر | بیشتر |
| 11 | مقاومت خمشی | کمتر | بیشتر |
| 12 | مقاومت در برابر ضربه | کمتر | بیشتر |
| 13 | مقاومت در برابر زلزله | کمتر | بیشتر |
| 14 | مقاومت در برابر فشار | کمتر | بیشتر |
| 15 | تحمل وزن بار | کمتر | بیشتر |
| 16 | پایداری ساختاری | کمتر | بیشتر |
یکی از موارد تفاوت تیرآهن و هاش میزان استحکام آنها است. در مقایسه این دو، می‌توان به استحکام بیشتر هاش، نسبت به تیرآهن معمولی، اشاره کرد. به دلیل بزرگتر بودن سطح مقطع تیرآهن هاش و ضخامت بالای جان و بال این پروفیل، مقاومت آن در برابر بارهای خمشی و بارهای برشی بیشتر است.
این افزایش استحکام در برابر بارهای خمشی، باعث شده است که بتوان از تیرآهن هاش در متراژها و طولهای طویل استفاده کرد. حداکثر طول مجاز برای استفاده از تیرآهن معمولی، حدود 30 متر است. در حالی که برای تیرآهن هاش، حداکثر طول مجاز چیزی در حدود 100 متر است. این قابلیت تیرآهن هاش، باعث شده است که در ساخت ستون‌های بلند در ساختمان‌های بلند مرتبه و برج‌‌ها، بیشتر مورد توجه قرار بگیرد.
یکی دیگر از موارد تفاوت تیرآهن و هاش در زمینه کاربردهای آنها است. در صنایع راه سازی به خصوص طراحی و ساخت پل‌های ماشین رو با طول زیاد، تیرآهن هاش پر کاربردتر است. زیرا هم مقاومتش در برابر خمش بیشتر است و هم در طولهای زیاد، قابل استفاده است.
از طرف دیگر در ساخت اسلکه‌ها، ساخت سد و طراحی و ساخت ماشین آلات فوق سنگین نیز از تیرآهن هاش استفاده میشود. همچنین در برج‌‌های بلندمرتبه و سازههای ضد زلزله نیز به جهت افزایش استحکام و مقاومت سازه، پروفیل‌هاش بیشتر کاربرد دارد.
از طرفی در پروژههای ساخت و ساز کوچک و سبک که نیازی به طول زیاد ستون نیست، می‌توان به منظور جلوگیری از افزایش هزینه‌‌ها، از تیرآهن معمولی استفاده کرد. به طور کلی تفاوت تیرآهن و هاش از نظر کاربرد، تفاوتی فاحش است. طراح و سازنده باید با در نظر گرفتن این تفاوت‌ها، آهن آلات و مصالح مناسب را انتخاب نماید.
تیرآهن هاش به دلیل سطح مقطع بزرگتر و ضخامت بیشتر بالها و جان، وزن بیشتری نسبت به تیرآهن معمولی دارد. همین افزایش وزن تیرآهن باعث شده است که استفاده از هاش در پروژههای کوچک و سبک به صرفه نباشد.
زیرا از نظر هزینه ای نیز استفاده از تیرآهن هاش، بسیار پرهزینه‌تر از تیرآهن معمولی خواهد بود. بنابراین طراحان و سازندگان باید بر اساس اصول محاسبات مهندسی و استانداردها، از بین تیرآهن معمولی و هاش، پروفیلی را انتخاب کنند که:
اولاً دوام و استحکام کافی را داشته باشد، دوماً تا حد امکان در اجرای پروژه، از نظر مالی صرفه جویی شود. بنابراین یک طراح باید به تفاوت تیرآهن و هاش از نظر هزینه‌ای، کاملاً مسلط باشد. در جدول اشتال، استانداردهای مربوط به وزن و سایز دقیق هریک از تیرآهنهای ساده و تیرآهن هاش، ارائه شده است.
همانگونه که گفته شد هاش HEB، هاش از نوع سنگین بوده و نسبت به هاش HEA بالها دارای ضخامت بیشتری می‌باشند. در هنگام استفاده در طولهای بلند، هاش نسبت به تیراهن I کاربرد بیشتری داشته زیرا می‌توان آنها را در اندازه‌های متنوعی ساخت. تیرآهن هاش برای طولهای 100 متر نیز کاربرد دارد اما تیرآهن نوع I تا طول 30 متر کاربرد دارد.
به دلیل مقاومت بالای جان هاش در برابر نیروهای برشی و استحکام بالها در برابر خمش‌های لحظه‌ای، کاربرد عمده‌ای را نسبت به تیراهن I دارند. این نوع تیرها دربرابر نیروهای خمشی و برشی بسیار کارامدتر از انواع مشابه رفتار می‌نمایند. این به دلیل آن است که در تیر I پهنای بال از عمق یا ارتفاع تیر کمتر است اما در هاش پهنای بال با ارتفاع تیر برابر است.
همچنین به دلیل بزرگتر بودن سطح مقطع تیرآهنهای بال پهن هاش از آنها می‌توان به عنوان ستون و یا تکیه‌گاه عمودی استفاده نمود. هنگامی که تیر فولادی تحت فشار قرار میگیرد تنش آن نسبت به سطح مقطعش کاهش می‌یابد. بنابراین با زیادتر بودن سطح مقطع هاش نسبت به تیرآهن I تنش کمتری را تحمل کرده و گزینه ایده آلی برای ستون‌های محسوب میشود.
جمع بندی
تیرآهنها در صنعت ساختمانی، راه سازی و سایر صنایع، کاربردهای فراوانی دارند. دو نوع متداول از این نوع مقاطع فولادی، تیرآهن معمولی و تیرآهن هاش هستند. ما در این مقاله به بررسی تفاوت تیرآهن و هاش پرداختیم و این دو مقطع فولادی را از نظر وزن، استحکام، کاربرد و شکل ظاهری مورد قیاس قرار دادیم. تیرآهن هاش به دلیل اینکه دارای سطح مقطع بزرگتری نسبت به تیرآهن معمولی است، در برابر بارهای برشی و خمشی، مقاومت بسیار بالاتری دارد. این مقاومت بالا، باعث شده است که از این مقطع فولادی، در ساختمان‌های بلند و پروژه‌هایی که دارای حساسیت و ریسک بالاتری هستند، استفاده شود.