سازه بتنی یا فولادی؟ ما کدام را انتخاب کنیم؟
در پروسه پس از اینکه طراح معماری نقشه های معماری شما را نهایی کرد به مهندس طراح سازه مراجعه می کنید. اول از هرچیزی باید نوع اسکلت سازه را برای طراح سازه مشخص کنید. سازه بتنی یا فولادی ؟
این سوال را خیلی‌ها می‌پرسند که سازه بتنی یا فولادی ؟ ما کدام را انتخاب کنیم؟
نمی‌توان یک نسخه واحد برای تمامی افراد پیچید بلکه باید شرایط مختلفی را در نظر گرفت. شرایطی مثل هزینه، سرعت کار، عرف شهر، موقعیت جغرافیایی و زمان از فاکتورهایی است که مشخص می‌کند بهتر است به سمت سازه بتنی برویم یا فولادی؟
تفاوت سازه بتنی با فولادی
قبل از اینکه وارد بحث اصلی بشویم ببینیم اصلا تفاوت سازه فلزی و بتنی در چیست؟
شما می توانید از انواع قالب بتن شرکت سپنتا دیدن فرمایید. این شرکت بزرگترین تولید کننده انواع قالب فلزی و بتنی در کشور می باشد.
ساختمان اسکلت بتنی
ساختمانی که تیر و ستون های آن از بتن+آرماتور تشکیل شده باشد به ساختمان اسکلت بتنی معروف است. در مهندسی سازه ساختمان بتنی را سازه بتن‌آرمه نیز می نامند. دلیل این نام گذاری این است که در اسکلت بتنی هیچگاه بتن به تنهایی به کار نمی رود بلکه همیشه بتن همراه با آرماتور به کار می رود. چرا ؟ دلیل آن جبران مقاومت کششی پایین بتن است که با آرماتورهای فولادی جبران می شود.
سازه فولادی یا ساختمان اسکلت فلزی
سازه فولادی هم ساختمانی است که اسکلت آن (یعنی تیر و ستون) از آهن آلات تشکیل شده باشد. البته به این نکته توجه داشته باشید که در همه ساختمان ها (حتی در ساختمان فولادی) فونداسیون بتنی است. یعنی همیشه در فونداسیون بتن + آرماتور داریم.
اقتصادی: اختلاف هزینه ساخت ساختمان بتنی با فولادی؟
این را همه می دانند که ساختمان بتنی ارزان تر از ساختمان فولادی است. اما اختلافشان چقدر است؟
در حال حاضر چیزی حدود 20-30 درصد اختلاف هزینه بین ساخت اسکلت (اجرای فونداسیون و ساخت تیر و ستون) وجود دارد. البته این مقدار با توجه به پلان هر ساختمان و منطقه و شهر متغیر است.
سازه فولادی سرعت اجرا بیشتر و بازگشت سرمایه زود‌تری دارد!
چون سازه بتنی طبقه طبقه اجرا میشود برای ساخت آن به زمان بیشتری نیاز دارید. بتن ماده ای است که ۲۸ روز طول می‌کشد تا به مقاومت خودش برسد در این مدت باید از بتن مراقبت کرد تا بتواند بعدا نقش مهم خود را ایفا کند. البته امروزه بتن هایی را میتوان تولید کرد که حتی در ۳ روز به مقاومت خود میرسند. ولی در حالت عادی اجرای هر طبقه سازه بتنی حداقل ۱ ماه طول می‌کشد.
اگر در حال اجرای پروژه های عمرانی هستید، به شما توصیه می کنیم از انواع قالب ها ی شرکت سپنتا نیز دیدن نمایید.
اما در سازه فولادی کل اسکلت را به طور یکجا می‌سازند. علاوه بر این در ساختمان فولادی میتوان با اجرا سقف هایی مثل عرشه فولادی و کرومیت حتی چندین سقف را با هم نیز بتن ریزی کرد و کار را با سرعت بیشتری جلو برد!
تاثیر اکیپ اجرایی در انتخاب سازه بتنی یا فولادی
در بعضی از شهرها مثل مشهد پیمانکاران اسکلت فلزی بیشترند ولی در اکثر شهرهای ایران مثل تهران-اصفهان-تبریز پیمانکاران اسکلت بتنی بیشتر هستند. اکیپ اجرایی حرفه ای تاثیر بسیار زیادی در مقاومت ساختمان دارد.
معماری
از نظر معماری چون اسکلت بتنی حجیم تر از اسکلت فولادی است ممکن است این ترس وجود داشته باشد که به معماری ما ضربه زیادی خورده میشود. اما اینطور نیست در اسکلت بتنی می‌توانیم دهانه های بلندتری را با هزینه کمتری ایجاد کرده و از تعداد ستون ها کم کنیم.
اجازه بدهید این موضوع را بیشتر توضیح بدهیم:
اگر ما در سازه فلزی از دهانه های بلند (حدود10-12 متر) استفاده کنیم سازه در هر مترمربع ۱۰ کیلوگرم سنگین تر می شود. یعنی در هر مترمربع ۱۰ کیلوگرم آهن بیشتری مصرف میشود. به عنوان مثال اگر قیمت ورق را کیلویی 10 هزار‌‌تومان در‌نظر بگیریم پس در هر مترمربع شما ۱ میلیون تومان باید بیشتر خرج کنید. این در حالی است که اگر همین اتفاق در سازه بتنی بیفتد سازه شما مترمربعی 3-4 کیلوگرم سنگین تر می شود. با جستجوی – – در گوگل میتوانید خودتان قیمت روز را استعلام بگیرید.
هر روز هنگام عبور از خیابان‌های شهر شاهد ساخت و سازهای روز افزونی هستیم، ساختمانهای مختلف از یک طبقه تا چند طبقه که جلوی آنها انواع مصالح دیده میشود؛ سازه‌هایی که گاه از بتن ساخته میشوند و گاه از فولاد.
دهها سال است که بحث و اختلاف سلیقه در بین ساختمان سازان و مهندسین سازه در انتخاب و برتری سازه های فولادی و بتنی نسبت به یکدیگر باعث گردیده که این سئوال و ابهام همواره ذهن متخصصین و حتی مردم عادی رابه خود جلب نماید و بهمین دلیل کارفرمایان و سازندگان بعضاً تا آخرین لحظات قبل از طراحی سازه خود در انتخاب نوع سازه با تردید مواجه میشوند .
شاید استمرار این ابهام به این دلیل باشد که اصولاً انتخاب نوع سازه تابعی است از مسائل اقتصادی ، اقلیمی ، فنی ، اجرایی و دلایل دیگر و به عبارتی هیچکدام از این نوع سازه ها برتری مطلقی نسبت به یکدیگر نداشته باشند ، بلکه در هر شرایطی هر کدام به یک برتری نسبی بر دیگری دست یابند.
در ابتدا یک تقسیم بندی کلی از سازه های متداول در کشور نموده و سپس بررسی اجمالی از را می نمائیم :
الف) سازه های سنتی ( سازه های با مصالح بنایی )
ب) سازه های بتنی
ج) سازه های فلزی
—————
الف) سازه های سنتی ( سازه های با مصالح بنایی ):
همانگونه که از نام این نوع سازه ها پیداست طراحی و محاسبات در این نوع سازه ها بر خلاف سازه های بتنی و فلزی بیشتر از اینکه محاسباتی و علمی باشد تجربی بوده و آئین نامه ها و محدودیت های اجرایی در این نوع سازه هانیز بر اساس نمونه های آماری و تجربی تعیین گردیده است . که در این نوع سازه ها باید حداقل های آئین نامه 2800 طراحی در برابر زلزله و مبحث هشتم مقررات ملی ساختمان را رعایت نموده که حداکثر طبقات مجاز در این نوع سازه در تمام شرایط و مناطق دو طبقه حداکثر ارتفاع مجاز هشت متر از سطح زمین می باشد بعلاوه در طراحی و اجرای پلان معماری باید محدودیت و ضوابط مربوطه به این نوع سازه ها بر اساس آئین نامه 2800 ایران رعایت گردد .
در این نوع سازه ها وظیفه تحمل بارهای قائم بر عهده دیوارها می باشد وکلاف و شناژهای قائم و افقی نیز با دو هدف ذیل اجرامیشوند .
1 ) زنجیر کردن و اتصال تمام اعضاء افقی و عمودی سازه شامل دیوارها و سقف به یکدیگر
2) ایجاد اتصال مناسب و تراز و توزیع مناسب بار سقف بر روی دیوار که این وظیفه بیشتر توسط کلاف یا شناژ های افقی ، تأمین می گردد .
برتری های ساختمانهای بنائی
۱٫ مصالح سنتی با توجه به سابقه استفاده در کشور به اندازه کافی موجود میباشد، مانند آجر که در اکثر نقاط ایران تولید میشود و کافیست کیفیت آن استاندارد شود.
۲٫ درمقایسه با بتن و سازه های فولادی نیاز به استاد کار سطح بالا وجود ندارد .
۳٫ مصالح بنایی در مقایسه با بتن حساسیت کمتری در مقابل سرما و گرما دارد و با کمترین تمهیدات قابل اجرا است.
۴٫ روا داری در سازه های بنایی بیشتر است و با توجه به کنترل کم و نظارت غیر مستمر ساختمانهای مسکونی این مورد یک حسن بشمار می رود.
۵٫ با توجه به صرفه جویی در مصرف آهن آلات وابستگی ارزی، کم خواهد بود .
۶٫ آسانی امکان تعمیر و ترمیم در نقاطی از کشور که کیفیت ساختمان سازی پایینی دارند در صورت بروز اشکال، حتی ترمیم مقدور است.
۷٫ چون در این سیستم از دیوارهای ضخیم تر استفاده می شود از نظر جلوگیری از انتقال حرارت مناسب می باشد که در نتیجه مصرف انرژی سوخت نیز کاهش پیدا خواهد نمود.
۸٫ تامین آسایش و آرامش نسبی با توجه به اینکه مساله برودتی و گرمایش نسبتا بطور طبیعی تامین می شود، مقایسه بازارهای سنتی با پاساژهای جدید روشنگر موضوع می باشد.
۹٫ کم بودن احتمال پوسیدگی و زنگ زدگی و مقاومت بیشتر در مقابل آتش سوزی در مقایسه با ساختمانهای فولادی،آجر وسنگ که قسمت اصلی سازه های بنائی را تشکیل می دهند در مقا بل پوسیدگی عمر زیادی دارند و احتمال زنگ زدگی نیز وجود ندارد.
وبا لاخره داشتن هزینه کمتر یعنی اقتصادی بودن بعلت مصرف کم آهن آلات.
مزایای ساختمان های بتن آرمه
1 – مواد اصلی مورداستفاده در بتن (شن و ماسه) با قیمت ارزان و به حد وفور در دسترس هستند.
2 – عمر طولانی قطعات بتنی و مقاومت در برابر عوامل جوی به شرطی که مطابق با اصول آیین نامه ای طراحی و اجرا شده باشند.
3 – سیال بودن قبل از سخت شدگی که گستردگی و تنوع در ساخت قطعات به اشکال هندسی دلخواه را فراهم می آورد.
4 – سازه های بتنی در برابر حرارت ناشی از آتش سوزی بسیار مقاوم اند.
کاستی های ساختمان های بتن آرمه
1 – در مرحله طراحی: بتن و فولاد را همگن در نظر می گیریم که اشتباه است، این فرضیات کاملا مطابق با واقعیت نمی باشد.
2 – در مرحله ساخت و اجرا: خطاهای ساخت، مهارت و شرایط آب و هوایی
3 – مقاومت واقعی مصالح به کار رفته در ساخت سازه ممکن است متفاوت از مقادیر فرض شده در محاسبات باشد.
4 – ابعاد قطعات و محل واقعی ها ممکن است دقیقا مطابق با آنچه طراح در محاسبات فرض کرده نباشد.
مزایای ساختمان های فولادی
1 – مقاومت زیاد: مقاومت المان های فلزی زیاد است و نسبت مقاومت به وزن آن ها از بتن بزرگ تر می باشد.
2 – خواص یکنواخت: از آنجا که فلز در کارخانه تحت شرایط کنترل شده و نظارت دقیق تولید می شود، برخلاف بتن از یکنواخت بودن خواص آن می توان مطمئن بود.
3 – خواص ارتجاعی: خواص ارتجاعی فولاد که در طراحی مورد استفاده قرار می گیرد در عمل با تقریب بسیار نزدیک اتفاق می افتد و تا تنش های بالا به خوبی از قانون هوک پیروی می کند.
4 – سرعت نصب: سرعت نصب قطعات فلزی نسبت به اجرای قطعات بتنی مدت زمان کمتری را می طلبد.
5 – پرت مصالح: قطعات باقی مانده پروفیل برش داده شده را می توان در جای دیگر استفاده کرد، اما در صورتی که بتن اضافی در میکسر باقی بماند، باید دور ریخته شود. پرت مصالح در سازه فلزی کمتر از بتنی می باشد.
6 – اشغال فضا: برای ساختن دو عضو با مقاومت یکسان، عضو بتنی مقطع بزرگ تری نسبت به فولادی لازم دارد. ستون ها و تیرها از نظر ابعاد کوچک تر از ساختمان های بتنی می باشد.
7 – شکل پذیری: یکی از ویژگی های مثبت فلز شکل پذیری آن می باشد. اعضای فلزی نیروی دینامیکی و بارهای ضربه ای و همچنین تمرکز تنش را که علت شروع خرابی است را تحمل می کند. همچنین در هنگام حادثه و وارد آمدن بار بیش از حد مجاز، عضو با تغییر شکلی که قبل از خرابی می دهد، به عنوان یک زنگ هشدار عمل کرده و ساکنین را آگاه می کند.
مقاومت در کدام سازه بیشتر است؟
در پاسخ به این سوال که سازه بتنی یا فلزی، کدام از این دو، مقاومت بیشتری دارند، باید گفت که تمام سازه‌هایی که در کشور در حال ساخت هستند، زیر نظر مهندسان و عوامل اجرایی مربوطه اجرا میشوند. اگر سازهای نتواند به عنوان سرپناه مطمئنی برای افراد ساکن باشد، به هیچ عنوان مجوز ساخت داده نمی‌شود. اینکه شما قصد آغاز ساختمان چند طبقه را دارید بسیار مهم است. در همان ابتدا به شما مسیر صحیح ساخت یک سازه توسط مهندسین و ناظرین داده میشود.
از نظر مقاومت در برابر زلزله هر دو سازه کارایی بالایی داشته و عملکرد خوبی در سالیان اخیر از خود نشان داده‌اند. سازه‌های فلزی و بتنی از این نظر مورد تایید هستند و البته باید خاطر نشان شد که ساخت پروژه باید دقیقا با استانداردهای گفته شده مطابقت داشته باشد و نباید نظر شخصی را وارد مسئله کنیم.
مقایسه سازه بتنی یا فلزی از جمله حوادث غیرمترقبه مانند، آتش سوزی است. در این مورد سازه فلزی به دلیل اینکه فولاد مقاومت پایینی در برابر حرارت دارد، توصیه نمی‌شود. مقاومت سازه بتنی در برابر آتش سوزی به مراتب بسیار بیشتر است و یک مزیت مهم تلقی میشود. با اینکه سازه‌های فلزی را با برخی مسائل از این نظر نیز مقاوم می‌کنند، اما به نظر از لحاظ اقتصادی به صرفه نیست.
سرعت اجرا در کدام سازه بیشتر است؟
مقایسه سازه بتنی یا فلزی از نظر سرعت اجرای هرکدام هم مسئله مهمی است. در بسیاری از مواقع افراد به زمان اجرای سازه حساسیت نشان می‌دهند. شاید این مورد برای شما مهم نباشد، اما در مقایسه این دو سازه از نکات مهم است و میتوان یکی را بر دیگری برتر دانست. واضح است که سرعت اجرای سازه فلزی بیشتر است و این سازه در مدت زمان کمی آماده میشود. در اسکلت بتنی طبقات پشت سرهم ساخته میشوند و با اتمام طبقه زیرین، عملیات طبقه بعدی شروع میشود.
در اسکلت فلزی پس از آماده سازی ستون‌ها چندین طبقه در مدت زمان خیلی کمی ایجاد میشود. با توجه به اینکه زمان بهره برداری از ساختمان در سازه فلزی زودتر خواهد بود، می‌تواند در بازگشت سریع سرمایه تاثیر مثبتی داشته باشد. از این نظر سازه فلزی بر سازه بتنی برتری دارد و میتوان یک مزیت مهم قلمداد کرد.
بررسی هزینه سازه‌های بتنی و فولادی
بدون شک از عوامل بسیار مهم در ساخت ساختمان هزینه نهایی و همچنین هزینه ثابت اولیه است که برای شروع پروژه باید در نظر گرفت. در مقایسه سازه بتنی یا فلزی باید گفت که با توجه به اینکه در سازه بتنی طبقات پشت سر هم ساخته میشوند، میتوان ابتدا یکی از طبقات را تکمیل کرد و به این طریق هزینه شروع پروژه بسیار پایین می‌آید. همچنین با این کار فرصت مناسبی برای به آوردن هزینه‌های بعدی مهیا میشود.
در سازه فلزی این ممکن فراهم نیست و بهتر است تمام تیرآهن‌های لازم برای ساخت سازه در همان آغاز تهیه شود و پروژه یکجا انجام گیرد. با این حال مشخص است که در مقایسه این دو سازه، سازه فلزی هزینه بیشتری برای شروع می‌طلبد. در این مقیاس، سازه بتنی اقتصادی‌تر و به صرفه‌تر است. البته تنها این پارامترها برای تصمیم نهایی کافی نیست و باید مسائل دیگری نیز در نظر داشته باشید.
افراد زیادی بر روی وام مسکن حساب ویژه‌ای باز می‌کنند، این افراد می‌توانند از فاصله زمانی ساخت طبقات در سازه بتنی استفاده لازم را ببرند. نقدینگی برای ساخت سازه فلزی لازم و ضروری است، اما در سازه‌های بتنی میتوان از وام‌ها نیز استفاده کرد و به تدریج طبقات را بالا آورد
کاربردهای مربوط به اسکلت بتن مصلح
بتن مسلح به طور ایده آل برای اجرای کف‌سازی، سقف، ستون و تیر در سازه‌های مسکونی و تجاری مناسب است.
در حال حاضر، بتن مسلح برای ساخت پل‌های با دهانه کوچک، متوسط و بلند به کار می‌رود که در مقایسه با پل‌های فولادی، از نظر زیبایی و از نظر ساختار برتر و مقرون به صرفه است.
بتن مسلح به طور ایده آل برای سازه‌های نگهدارنده آب مانند مخازن زمینی و سقفی و سازه‌های هیدرولیکی مانند سدهای گرانشی و قوسی مناسب است. این ماده به طور گسترده‌ای برای ساخت گنبدهای بزرگ و مخازن آب و استادیوم‌های ورزشی و سالن‌های کنفرانس استفاده میشود.
استفاده از بتن مسلح در ساخت سازه‌های حائل خاک شامل تکیه گاه پل ها و دیوارهای حائل برای گودهای خاکی نیز مناسب است. کف های بتنی مسلح که شامل تیرها و اسلب‌ها هستند نیز به طور گسترده برای پوشش مساحت‌های وسیعی مانند سالن‌های کنفرانسی که فضای آزاد بدون ستون از ضروریات آنها است، استفاده میشود.
در مناطق ساحلی (جنوب و شمال کشور) که خوردگی سازه‌های دریایی مانند اسکله‌ها، دیوارهای آنها، برج‌های دیده بانی و موج شکن‌ها زیاد است از بتن استفاده میشود. تیرهای بتنی تقریباً جایگزین تیرهای فولادی برای انتقال نیرو در سازه‌های رادیو تلویزیونی شده اند؛ زیرا جذب امواج آنها کمتر است.
بتن مسلح در سازه‌های اتمی به دلیل ویژگی جذب اشعه بتن به منظور ساخت مخازن تحت فشار با چگالی بالا به فولاد ترجیح داده میشود.
شمع‌های بتنی مسلح، هم به صورت پیش ساخته و هم درجا ریز برای ساخت فونداسیون سازه انواع پل ها و ساختمان‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرند زیرا در برابر سولفات خاک مقاومت دارند.
بتن مسلح همچنین در ساخت روسازی بزرگراه‌ها و باند فرودگاه‌ها استفاده میشود.
سازه فلزی یا فولادی چیست؟
فولاد آلیاژی است که از آهن، کربن و سایر عناصر تشکیل یافته است و بسته به ترکیب شیمیایی آن، به عنوان فولاد سبک، فولاد با کربن متوسط، فولاد با کربن بالا، فولاد کم آلیاژ یا فولاد آلیاژی طبقه بندی میشود.
همانطور که از نام آن مشخص است، سازه فولادی سازه ای است که از فولاد ساخته میشود. اشکال و خواص سازه‌های فولادی با استانداردهایی مانند استانداردهای موسسه ساخت فولاد آمریکا (AISC) تنظیم میشود.
مقاطع اسکلت فولادی بیشتر از نوع گرم نورد شده ساخته میشوند. به مقاطعی که در کارخانه‌های ذوب آهن و ساخت آهن ساخته میشود؛ مقاطع نورد گرم گفته میشود و به مقاطعی که در خارج از کارخانه‌های عمرانی و توسط ابزارهای مختلف به هم اتصال داده میشود؛ مقاطع سرد نورد شده گفته میشود که هریک انواع زیادی دارند.
به صورت کلی در طراحی سازه‌های فولادی هر عضوی که مقطع فولادی در آن وجود داشته باشد را باید طراحی کرد. این اعضا شامل تیرها، ستون‌ها، مهاربندها، سقف کامپوزیت ساده و عرشه فولادی و حتی دیوارهای برشی فولادی است. شایان ذکر است که هر کدام از این اعضا برای نیروهای مختلفی و در حالت‌های مختلفی طراحی میشوند.
با تجربه چندساله و بهره گیری از جدیدترین تجهیزات و برخورداری از الزامات و استانداردهای بین‌المللی اجرای سازه فلزی آماده ارائه هرگونه خدمات در زمینه طراحی و ساخت سازه فولادی (فلزی) است.
