اسکلت بتنی یا فلزی؟ (بررسی کامل تفاوت، مزایا و معایب)
هر کارفرمایی قبل از اجرای هر پروژه با چالش بزرگی مواجه است: سازه‌ی فلزی یا بتنی؟ انتخاب بین این دو سازه البته باید طبق شرایط و عوامل انجام شود، مثلا اگر شما قصد احداث یک اقامتگاه بومگردی داشته باشید حتما باید به تفاوت اسکلت بتنی و فلزی کاملا آگاه باشید و شرایط آب‌وهوایی را در نظر بگیرید، چرا که این مسئله روی میزان بارندگی، رطوبت، دما و خشکی تاثیر می‌گذارد. به همین علت است که شرایط احداث اقامتگاه در یک منطقه کویری مثل یزد با شرایط احداث اقامتگاه در یک منطقه گرم و مرطوب مثل مناطق ساحلی جنوب کشور با یکدیگر فرق دارند. اهمیت بالای این موضع ما را بر این واداشت که مقاله‌ای در این خصوص به شما ارائه بدهیم. در این مقاله، نخست اسکلت بتنی و فلزی را به طور جداگانه معرفی کرده و به بررسی کاربردها و مزایا و معایب آن می‌پردازیم و سپس آن دو را براساس پارامترهای مختلف با یکدیگر مقایسه می‌کنیم. با هیرکاناسازه همراه باشید.
اسکلت بتنی (Concrete Structure) چیست؟
در ساخت اسکلت و سازه‌ی بتنی از مصالحی مانند بتن و بتن آرمه که شامل فولاد به صورت میلگرد آج‌دار و ساده، ماسه، سیمان و شن است، استفاده می‌شود. یعنی اگر در سازه‌ای قسمت فوندانسیون، ستون و تیرهای اصلی (شاه‌تیر) بتن استفاده شده باشد، به آن "سازه‌ی بتنی" گفته می‌شود. در سازه‌های بتنی ابتدا قسمت‌هایی که گفته شد، به کمک میلگرد ساخته و بافته می‌شوند و سپس طرح مشخص و اجرا می‌شود.
مزایا و معایب سازه‌های بتنی
اسکلت و سازه‌های بتنی با توجه به مواد و مصالحی که در آن‌ها به‌کار گرفته شده، ویژگی‌های خاص و در نتیجه، مزایا و معایبی پیدا کرده‌اند که آگاهی از آن‌ها به ما در استفاده‌ی درست و بهینه از آن‌ها کمک می‌کند. در ادامه به برخی از این مزایا و معایب اشاره خواهیم کرد:
مزایای اسکلت بتنی
• سازه‌های بتنی در برابر حریق و آتش‌سوزی مقاومت بالایی از خود نشان می‌دهند.
• مقاومت در برابر شرایط مختلف آب‌وهوایی را میتوان از دیگر مزایای سازه‌های بتنی برشمرد. در صورتی که پوشش بتن به طور صحیحی اجرا شده باشد، این سازه‌ها در مجاورت با رطوبت واکنشی نشان نخواهند داد. در اصل هر چه رطوبت بیش‌تر باشد، مقاومت این سازه‌ها بیش‌تر می‌شود.
• درجه سختی و صلبیت سازه‌های بتنی بسیار بالاست.
• دسترسی به مصالح اسکلت بتنی (سنگ، سیمان، شن، ماسه) بسیار راحت است.
• هزینه‌ی اجرای اسکلت بتنی به مراتب پایین‌تر است.
• نیاز نیست که در مراحل ابتدایی اجرای پروژه، کل هزینه و سرمایه را تامین کنید و این کار در طول انجام پروژه ممکن است.
• امکان تغییر شکل آرماتور و بتن تازه و قالب اعضا وجود دارد، بنابراین میتوان این سازه‌ها را در مقاطع و فرم‌های مختلف اجرا کرد.
معایب اسکلت بتنی
◘ این سازه‌ها نیاز به قالب‌بندی دارند و اجرای قالب‌بندی نیازمند صرف زمان بیش‌تر و تخصص بالاتر نسبت به دیگر سازه‌ها میباشد.
◘ در صورتی که مقطع اعضا در این سازه‌ها افزایش پیدا کند، وزن آن‌ها بالاتر می‌رود.
◘ به دنبال افزایش وزن سازه‌های بتنی، ما شاهد ازدیاد بار مرده سازه خواهیم بود.
◘ به دلیل وزن بالا، برای پروژه‌ها و ساختمان‌های مرتفع مناسب نیستند.
◘ بتن نیاز به آزمایش مستمر دارد؛ به همین خاطر آزمایشگاه‌های مکانیک خاک باید در محل اجرای پروژه در دسترس باشند.
◘ مقاومت کششی سازه‌های بتنی نسبت به دیگر سازه‌ها کم‌تر است.
◘ آرماتور بندی این سازه به تخصص بالا و همچنین صرف زمان زیادی نیاز دارد.
کاربردهای اسکلت بتنی در صنعت ساخت و ساز
با توجه به مزایا و معایب سازه‌های بتنی، کاربردهای آن را میتوان به موارد زیر خلاصه کرد:
1- ساختمان‌های تجاری، مسکونی و کارخانه‌ها
2- پل‌ها و سدهای بتنی
3- دیوارهای حائل
4- کانال‌ها و دیوارهای بتنی
5- منابع آب و تانک‌های زیرزمینی
6- باند فرودگاه و سوله‌های هواپیما
7- سازه‌های مناطق ساحلی مثل اسکله، برج مراقبت و دیوار ساحلی
اسکلت فلزی (Steel Structure) چیست؟
اسکلت و سازه‌های فلزی به سازه‌هایی گفته می‌شود که در ساخت آن‌ها از مصالح ساختمانی فلزی، به‌خصوص تیرآهن و مقاطع فولادی استفاده می‌شود. البته مصالح دیگری هم در ساخت این سازه‌ها نقش دارند، مانند میلگرد، نبشی، ناودانی، پیچ و مهره، تیرهای اصلی و فرعی و ... . مرحله‌ی اول ساخت یک سازه‌ی فلزی تشکیل ستون‌های مقاوم با جوش دادن مقاطع فولادی به یکدیگر است. در مرحله‌ی بعد، این ستون‌ها با کمک چرثقیل به صورت عمودی و افقی به هم جوش می‌خورند و اسکلت کلی ساختمان را تشکیل می‌دهند.
مزایا و معایب سازه‌های فلزی
سازه‌های فلزی هم درست مانند سازه‌های بتنی، ویژگی‌های خاص و مزایا و معایبی دارند. در این قسمت به شرح کامل مزایا و معایب سازه‌های فلزی می‌پردازیم:
مزایای اسکلت فلزی
• ساخت مونتاژ اسکلت پیش از اجرای پروژه امکان‌پذیر است و به همین علت، اجرای پروژه سرعت بیش‌تری دارد.
• سازه‌های فلزی نسبت به دیگر سازه‌ها، به علت همگن بودن تیر، ستون و بادبند که اجزای اصلی اسکلت هستند، از یکپارچگی ساختاری بیش‌تری برخوردار هستند.
• ممکن است پس از اتمام پروژه، قصد توسعه طبقات را داشته باشید. این مسئله به دلیل نوع اتصالات ستون و تیر کاملا قابل اجرا میباشد.
• نسبت مقاومت سازه‌های فلزی به وزن بسیار بالاست و برای ساختمان‌های بنا شده روی زمین سست و ساختمان‌های مرتفع، بهترین گزینه می‌باشند.
• انعطاف‌پذیری بالا، مقاومت در برابر آسیب‌دیدگی و ساختار محکم منجر شده که این نوع سازه‌ها برای مناطق زلزله‌خیز بسیار مناسب باشند.
• اجرای پروژه‌هایی با اسکلت فلزی به مساحت کم‌تری احتیاج دارد.
• امکان اجرای اسکلت فلزی بدون فوندانسیون نیز وجود دارد.
معایب اسکلت فلزی
◘ اجرای اسکلت و سازه‌های فلزی در هر آب‌وهوایی امکان‌پذیر نیست؛ چرا که رطوبت موجود در هوا در سرعت زنگ‌زدگی سازه تاثیر مستقیم داشته و همچنین، اتصالات سازه باید در شرایط آب‌وهوایی مناسبی انجام شود.
◘ قطعات فلزی در حرارت بالا دچار تغییر شکل می‌شوند؛ بنابراین در صورت وقوع آتش‌سوزی، سازه‌ی فلزی تغییر شکل داده و در مواقعی تخریب می‌شود.
◘ قطعات فلزی به راحتی زنگ می‌زنند و دچار پوسیدگی می‌شوند. بنابراین در دراز مدت، کاهش مقاومت سازه نسبت به بارهای وارده و کاهش سطح مقطع دور از انتظار نیست.
◘ برای اجرای یک سازه‌ی فلزی به سرمایه اولیه هنگفتی احتیاج است، زیرا که تمام مصالح را باید یکجا خریداری کنید.
کاربردهای اسکلت فلزی در صنعت ساخت و ساز
میتوان گفت که آلیاژ فولاد، پرکاربردترین فلز در صنعت ساخت و ساز میباشد. برخی از کاربردهای اسکلت فلزی و به‌ویژه فولادی عبارتند از:
1- اسکلت ساختمان‌های مرتفع
2- سازه‌های فولادی قابی، پوسته‌ای، معلق و خرپا
3- مخزن نگهداری سیالات
4- انواع پل‌ها
تفاوت اسکلت بتنی و فلزی
حال که با هر دو اسکلت بتنی و فلزی، مزایا و معایب و کاربردهای هرکدام آشنا شدید، خوب است که به مقایسه‌ی این دو با توجه به پارامترهای مختلف بپردازیم و فرق بین اسکلت بتنی و فلزی را بهتر درک کنیم.
1- مقایسه‌ی اسکلت بنتی و فلزی از لحاظ هزینه‌های اجرایی
تخمین هزینه‌های نهایی و همچنین هزینه‌های ثابت اولیه یک پروژه برای هر کارفرمایی لازم و ضروری است. در سازه‌های بتنی طبقات پشت سر یکدیگر ساخته می‌شوند و می‌توانید بعد از تکمیل یک طبقه، پروژه را متوقف کنید و به دنبال تامین هزینه‌های طبقات بعدی بروید. این فاصله‌ی زمانی به شما امکان می‌دهد که از وام بانکی برای تامین هزینه‌ها بهره ببرید. از طرف دیگر، تمام مصالح سازه‌های فلزی به صورت یکجا و قبل از شروع پروژه باید تامین شود و هزینه‌ی اولیه‌ی پروژه به شدت بالاست. برای ساخت سازه‌های فلزی، احتیاج به نقدینگی دارید. بنابراین میتوان گفت که هزینه‌های اجرایی اسکلت بتنی نسبت به هزینه‌های اجرایی اسکلت فلزی به مراتب پایین‌تر است.
2- مقایسه‌ی اسکلت بنتی و فلزی از لحاظ وزن سازه
شاید برایتان سوال شود که وزن سازه چه اهمیتی می‌تواند داشته باشد؟ این قضیه از آن جهت مهم است که فشار وارده به بخش‌های مختلف سازه به وزن آن وابسته است. در حجم یکسان، سازه‌ی فلزی وزن بیش‌تری دارد (وزن مخصوص بتن 2400 کیلوگرم و وزن مخصوص فولاد 7850 کیلوگرم)، اما مقاومت سازه فلزی نسبت به سازه بتنی، به مراتب بیش‌تر است، به طوری که اگر بخواهیم در سازه‌ی بتنی به مقاومت مشابهی برسیم، باید حجم را تا 12 برابر افزایش بدهیم (مقاومت بتن بین 25 تا 30 مگاپاسکال و مقاومت فولاد ST37 تا 370 مگاپاسکال). از این اعداد نتیجه می‌گیریم که در کل وزن سازه‌ی فلزی کم‌تر از سازه‌ی بتنی است.
3- مقایسه‌ی اسکلت بنتی و فلزی از لحاظ سرعت اجرا
ضرورت احداث برخی از پروژه‌ها بالاست و باید تا مدت معینی اتمام پیدا کنند. تمام طبقات اسکلت فلزی به صورت یکجا و همزمان ساخته می‌شود و حتی تولید پیش ساخته آن‌ها در کارخانه پیش از اجرای پروژه امکان‌پذیر است. در مقابل، برای اجرای سازه‌های بتنی باید ابتدا طبقه زیرین اجرا شده و درجه سفتی بتن به حد مشخصی برسد، سپس طبقات دیگر یکی یکی روی یکدیگر بالا بروند. درست است که اجرای سازه بتنی به نظر ایمن‌تر است و جلوی ضرر مالی و سرمایه‌گذاری را می‌گیرد، اما مراحل آن زمان زیادی را از سازنده می‌طلبد. بنابراین در این پارامتر، اولویت با اسکلت فلزی میباشد.
4- مقایسه‌ی اسکلت بتنی و فلزی از لحاظ طول عمر سازه
یکی از مسائل مهمی که باید در چشم‌انداز دراز مدت هر پروژه به آن توجه کافی داشت، میزان طول عمر سازه میباشد. افت کیفیت در سازه‌های بتنی خیلی بعید به نظر نمی‌رسد، زیرا که بتن با گذشت زمان دچار فرسایش می‌شود و این مسئله، از ضعف‌های مهم سازه‌های بتنی محسوب می‌شود. مهندسان ساخت و ساز معمولا عمر مشخصی برای سازه‌های بتنی تعیین می‌کنند که معمولا بین 50 و 60 سال است. با این روش، میتوان تا حدی جلوی خسارت را گرفت. خوشبختانه این ضعف در سازه‌های فلزی و فولادی وجود ندارد و آن‌ها بدون فرسایش، سال‌های سال باقی می‌مانند.
5- مقایسه‌ی اسکلت بتنی و فلزی از لحاظ معماری
سازه‌های بتنی سنگین و حجیم هستند. ابعاد ستون و تیرها در سازه‌ی بتنی بیش‌تر است و به این معنی است فضای پرت و مرده‌ی بیش‌تری در سازه‌های بتنی داریم. اگر بخواهیم مقایسه‌ی دقیق‌تری انجام بدهیم، اگر دو ساختمان بتنی و فلزی با ابعاد یکسان داشته باشیم، فضای کاربردی و قابل استفاده‌ی ساختمان فلزی به مراتب بیش‌تر خواهد بود که این موضوع محدودیت‌های معماری سازه‌های بتنی را افزایش می‌دهد. ارتفاع تیرها در دهانه‌های بزرگ افزایش پیدا می‌کند و این مسئله، منجر به کاهش ارتفاع مفید طبقات می‌شود. پس در کل، سازه‌های فلزی نسبت به بتنی، محدودیت‌های کم‌تری از نظر معماری دارند.
6- مقایسه‌ی اسکلت بتنی و فلزی از لحاظ سازگاری با محیط زیست
محیط زیست مسئله‌ای است که در عین اهمیت بالا، کم‌تر به آن توجه می‌شود یا در اجرای یک پروژه اصلا در نظر گرفته نمی‌شود. حالا اگر دغدغه‌ی محیط زیستی داشته باشیم، کدام سازه ما را به هدف خود نزدیک می‌کند؟ مصالح اسکلت فلزی قابلیت بازیافت دارند و میتوان از آن‌ها مصالح دیگری مثل میلگرد تولید کرد. این قضیه باعث می‌شود که برای ساخت این سازه‌ها از منابع محیطی کم‌تری استفاده شود و نیازی به حفر معدن وجود نداشته باشد و در نتیجه، آسیب وارده به محیط زیست مقدار قابل توجهی کاهش پیدا کند. طبق تحقیقات و بررسی‌هایی که در طول سال‌ها انجام شده، تقریبا تا 85% مصالح سازه‌های فولادی را میتوان بازیافت کرد، در صورتی که مصالح به‌کار رفته شده در سازه‌های بتنی قابل‌بازیافت نیستند. به عبارت دیگر، زباله‌های صنعتی بیش‌تری در این نوع سازه‌ها تولید می‌شود و برای آغاز هرباره‌ی پروژه‌ی جدید، احتیاج به استفاده از منابع محیطی است.
ترکیب اسکلت فلزی و بتنی
شاید با خودتان فکر کنید که آیا می‌توانیم از ترکیب بتن و فلز در سازه‌ها استفاده کنیم و از مزایای فراوان هر دو بهره ببریم و معایب هر یک را پوشش دهیم؟ در جواب باید بگوییم که بله! با این کار شما مقاومت سازه را تا حد چشم‌گیری افزایش می‌دهید، قابلیت شکل‌پذیری آن را بیش‌تر می‌کنید، از کمانش‌های کلی و جزئی سازه جلوگیری می‌کنید، جریان انتقال تنش‌ها را بهبود می‌بخشید و یکپارچگی سازه را برای مقابله با گسیختگی افزایش می‌دهید. هزینه‌های اجرای یک سازه‌ی تمام فلزی و تمام فولادی بالاست. ترکیب فولاد و بتن این هزینه را تا حد زیادی کاهش داده و استحکام سازه و مقاومت در برابر حرارت و آتش سوزی و شرایط محیطی را نیز افزایش می‌دهد.
جمع‌بندی
شاید با وجود این که هر دو سازه‌ی فلزی و بتنی را معرفی کرده و مزایا و معایب آن‌ها را بررسی کردیم و آن‌ها از لحاظ پارامترهای مهم و مختلف سنجیدیم، انتخاب بین این دو برایتان دشوار باشد که البته طبیعی است. نمی‌توان به قطع گفت که کدام بر دیگری ارجحیت دارد و انتخاب بین این دو به شرایط و عوامل مختلفی بستگی دارد، مثلا محل احداث ساختمان، دسترسی نیروی کار ماهر و باتجربه، سرعت اجرای پروژه، شرایط نصب، هزینه‌های در نظر گرفته شده و ... . سعی ما بر این بود که با ارائه‌ی اطلاعات مورد نیاز، تصمیم‌گیری شما را آسان‌تر و آگاهانه‌تر بکنیم. حتما نظرات خود را با ما و دیگر کاربران وبسایت هیرکاناسازه به اشتراک بگذارید.
پاسخ دهید