تیرآهن سلولی و کاستلی (& castellated beam cellular beam) به تیرهای فولادی گفته می‌شود که در بدنه (جان) خود دارای حفره‌های دایره‌ای و چند ضلعی هستند. این محصولات از تغییر و تحول (ایجاد حفره) در تیرآهن معمولی (یا هاش) و برش و اتصال مجدد بخش برش خورده ایجاد می‌شوند. شکل سوراخ در تیرهای سلولی، دایره و در تیرهای کاستلی، شش ضلعی و گاه هشت ضلعی است. استاندارد طول این مقاطع 12 متر می‌باشد؛ اما در صورت نیاز، می‌توان اندازه‌های طولانی‌تر را نیز سفارشی‌سازی کرد. قابلیت تولید در طول بیشتر و استفاده در سازه‌های با دهانه‌های بزرگ و همچنین کاهش وزن سازه تا 33 درصد، از مزیت‌های تیرهای سلولی و قلعه‌ای است. تیرآهن سلولی با علامت اختصاری LB و تیرآهن کاستلی با علامت اختصاری CB نشان داده می‌شود. CB12×10 نشان دهندۀ تیرآهن قلعه‌ای با عمق جان 12 اینچ و وزن 10 پوند بر فوت است.
تیرهای سلولی و کاستلی (قلعه‌ای) نوع خاصی از تیرآهن فولادی هستند که از ایجاد حفره در تیرآهن‌های معمولی و هاش، بُرش، جابجایی و جوشکاری مجدد تیرآهن ایجاد می‌شوند. الگوهایی از شکل مورد نظر در امتداد بدنۀ اصلی تیر فولادی ایجاد و برش داده می‌شود. سپس تیر را از امتداد، به دو نیمه تقسیم می‌کنند و برش می‌زنند. بخش برش خورده مجدداً به هم جوش داده می‌شود. شکل یا الگوی سوراخ در تیرهای قلعه‌ای به صورت شش ضلعی، هشت ضلعی و یا الماسی بوده و در تیرهای سلولی، به شکل دایره‌ای است.
عمق تیرهای کاستلی و سلولی نسبت به تیرآهن مادر خود با وزن مشابه، حدود ۱.۵ برابر بیشتر است. این موضوع موجب افزایش مقاومت به وزن تیرآهن گردیده و در نهایت، صرفه جویی در مصرف فولاد و هزینه‌ها را به دنبال دارد. از این رو، در بسیاری از ساختمان‌ها به‌ویژه سازه‌هایی مانند پارکینگ‌ها، استادیوم‌ها و سالن‌های ورزشی، بجای تیرآهن معمولی از تیرآهن سلولی و کاستلی استفاده می‌شود.
نام تیرهای قلعه‌ای از واژه لاتین «castellatus» به معنی «ساخته شده مانند یک قلعه با دهانه های منظم در دیوارها» گرفته شده است. این مقاطع جهت بهبود عمق و استحکام تیر، بدون افزودن مواد یا وزن بیشتر طراحی می‌شوند. تیرهای کاستلی در سال ۱۸۴۹ توسعه یافته و از نیمه دوم قرن بیستم، در پروژه های ساختمانی مورد استفاده قرار گرفتند. مهندسان پس از جنگ جهانی دوم، با کمبود فولاد مواجه گردیده و متوجه شدند این نوع تیرهای فولادی، ارزان بوده و نسبت مقاومت به وزن بسیار خوبی دارند. در نتیجه، تیرآهن کاستلی از دهه ۱۹۵۰ میلادی به عنوان راه حلی ترجیحی در ساختمان های اروپا به کار گرفته شد. استفاده از این مقاطع به دلیل نسبت کم هزینه کار به هزینه مصالح استفاده شده، کاهش هزینه سازه های فولادی را به دنبال داشت.
تیرهای سلولی در دهه ۱۹۹۰ میلادی ابداع و معرفی شدند. این تیرها که دارای سوراخ‌های دایره‌ای بودند، جایگزین بسیاری از کاربردهای تیرهای کاستلی با شکل سوارخ غالبا شش ضلعی شدند.
تیرآهن‌های قلعه‌ای (CB) و سلولی (LB) به لحاظ طراحی و شکل ظاهری، شباهت‌هایی به هم دارند. در عین حال، تفاوت‌های قابل توجهی هم بین آن‌ها وجود دارد. این تفاوت‌ها عبارتند از:
شکل سوراخ در تیرآهن‌های کاستلی، می‌تواند به صورت شش ضلعی، هشت ضلعی، الماسی باشد. اما رایج‌ترین شکل، شش ضلعی است. شکل سوراخ در تیرهای سلولی، دایره‌ای است.
در تیرهای سلولی، امکان ایجاد قطرهای مختلف سلول و تغییر عمق، بدون افزایش قیمت یا حتی تغییر در روند ساخت وجود دارد. در حالی که تیرهای قلعه‌ای از این نظر انعطاف‌پذیری کمتری دارند.
از دیگر تفاوت‌های تیرآهن سلولی و کاستلی، فضای خالی حفره‌های آن‌هاست. فضای خالی یا اصطلاحا سوراخ‌های تیر کاستلی، به شکل شش ضلعی بوده و معمولا دهانه‌های کوچکی ایجاد می‌کنند. امکان عبور وسایل مربوط به خدمات و تأسیسات (مثل سیم و کابل در تأسیسات برقی) از فضای تیرهای قلعه‌ای وجود دارد. اما در صورت نیاز به جا دادن آیتم‌های بزرگ‌تر، ممکن است نیاز به اصلاح وجود داشته باشد. این درحالیست که در تیرآهن‌های سلولی، سوراخ‌های دایره‌ای معمولاً، ۳۰ درصد مساحت قابل استفاده بیشتری نسبت به تیرآهن کاستلی دارند. بنابراین، در صورت نیاز به عبور خدمات گوناگون مانند لوله، سیم، کابل و غیره از میان آن‌ها، محدودیتی وجود ندارد.
برای نام گذاری هر مقطع فولادی، از استانداردهای خاص آن مقطع استفاده می‌شود. روش‌های نام گذاری، اطلاعات مختلفی از قبیل نوع شکل، وزن تقریبی و عمق تقریبی را مشخص می‌کنند. در نام گذاری فنی تیرهای کاستلی و سلولی مشخصاتی مانند نوع تیرآهن (سلولی یا قلعه ای)، اندازه عمق و وزن آن نمایش داده می شود. تیرآهن سلولی با حروف اختصاری LB و تیرهای قلعه ای با حروف اختصاری CB نمایش داده می شوند. سپس اندازه عمق تیر (بر حسب اینچ) را در کنار حروف اختصاری آن می‌نویسیم. در نهایت وزن تیر (بر اساس پوند بر فوت) را درج می‌کنیم.
برای نمونه CB12×10 نشان دهنده یک تیرآهن قلعه ای است که عمق جان آن 12 اینچ و وزن آن 10 پوند بر فوت است. عدد 12 نشان دهندۀ عمق و عدد 10 نشان دهندۀ وزن آن است. عمق تیرهای قلعه ای معمولا ۱.۵ برابر عمق تیر پایه‌ای است که از آن ساخته می‌شود. البته این آمار تقریبی بوده و هنگام نام گذاری دقیق این محصولات، باید از اندازه دقیق عمق و وزن استفاده شود.
جهت نام گذاری تیرآهن سلولی هم الگویی مشابه وجود دارد. برای مثال اگر از همان تیر پایه یک مقطع سلولی ایجاد شود، با عنوان LB12×10 نمایش داده خواهد شد. زیرا عمق تیرهای سلولی هم معمولی ۱.۵ برابر تیرهای پایه است. البته در این مقاطع به دلیل ضایعات فولادی، وزن مقداری کمتر خواهد بود که در محاسبات دقیق، باید در نام گذاری لحاظ گردد.
در برخی شرایط خاص، تولید مقاطع نامتقارن می‌توان مفید باشد. به این صورت که می‌توان تیر سلولی یا قلعه ای را با استفاده از دو تیر پایه مختلف با ویژگی‌های وزنی یا حتی سایزی گوناگون ایجاد کرد. برای مثال، فرض کنید برای ساخت بخش بالایی یک تیر کاستلی یا سلولی، از یک تیرآهن با عمق جان 21 اینچ و وزن 44 پوند بر فوت و برای بخش پایینی از مقطع W21×57 استفاده شود. در این صورت، نام گذاری تیرآهن قلعه ای و سلولی به ترتیب به صورت CB30×44/57 و LB30×44/57 انجام می‌گیرد.
در اینجا هم حرف لاتین در ابتدای نام، نوع تیر را مشخص کرده و عددی که بلافاصله بعد از آن قرار می‌گیرد، به عمق آن اشاره دارد. جفت عدد دوم هم وزن تیر را مشخص می‌کنند. به این صورت که ابتدا وزن مقطع مورد استفاده برای بخش بالایی قرار گرفته و بعد از یک اسلش، وزن مقطع به کار گرفته شده برای بخش پایینی نوشته می‌شود. وزن تقریبی هر فوت تیر نامتقاران، از میانگین دو عدد مذکور به دست می‌آید.
تیرهای سلولی و قلعه ای در اکثر موارد، به صورت سفارشی و برای یک مکان خاص در یک پروژه خاص طراحی می‌شوند. فرایند ساخت تیرآهن سلولی و کاستلی تا حد زیادی مشابه هم است؛ اما یکسان نیست. ساخت تیرهای قلعه ای نسبت به تیرآهن‌های سلولی، با سرعت بالاتری انجام گرفته و ضایعات فولادی کمتری ایجاد می‌کند. اما مزایای فراوان تیرهای سلولی باعث شده تا استقبال بیشتری از این مقاطع وجود داشته باشد. نحوه تولید هر یک از این مقاطع در ادامه بیان شده است.
فرایند ساخت تیرآهن سلولی هم به طور کلی، مشابه تولید تیرهای قلعه‌ای است. اما با توجه به شکل ظاهری این مقاطع، در برخی جزئيات با هم تفاوت دارند. مقاطع سلولی از الگوی برش نیم دایره‌ای تو در تو ساخته شده و سرعت تولید پایین تری دارند. ضمن این که ضایعات فولادی در هنگام ساخت انواع سلولی، نسبت به نوع کاستلی بیشتر است. اما با توجه به مزایای متعدد این تیرها از جمله انعطاف پذیری و شکل پذیری مناسب، کاربرد بالایی دارند. برای تولید تیرهای سلولی هم اقدامات زیر به صورت مرحله به مرحله انجام می‌گیرند:
برای ساخت و تولید تیرآهن کاستلی، می‌توان هم از تیرآهن معمولی و هم از هاش استفاده کرد. برای این منظور، از یک مشعل برش کامپیوتری با الگوی برش زیگزاگی در امتداد جانِ تیر (تیرآهن معمولی یا هاش) استفاده می‌شود. برای ساخت این مقاطع، چند مرحله ساده به صورت گام به گام انجام می‌گیرد که به زمان کمتری نسبت به انواع سلولی نیاز دارند. مراحل تولید تیرآهن قلعه ای، عبارتند از:
با توجه به تفاوت تیرآهن با هاش از نظر قدرت استحکام، اگر تیر پایه برای ساخت تیراهن سلولی یا قعله‌ای، از نوع هاش باشد، قدرت باربری و استحکام بیشتری خواهد داشت. بنابراین، می‌توانید آن را برای پروژه‌هایی که نیاز به تحمل بار بیشتری دارد، اسفاده کنید.
سحر کوه فر
لیسانس زمین‌شناسی کاربردی، ارشد پترولوژی، سئوکار، نویسنده محتوای وبسایت؛ دارای مقالات تخصصی کنفرانسی و علمی - پژوهشی در زمینۀ زئولیت. علاقه‌مند به سنگ‌ها، فلزات، نفت و گاز و ژنز آن‌ها در زمین و روش‌های اکتشاف آن‌ها؛ حامی زمین و محیط زیست...