ساختمان با اسکلت فلزی بهتر است یا با اسکلت بتنی؟
ساختمان با اسکلت فلزی بهتر است یا با اسکلت بتنی؟

1398/07/16

مدتهاست 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 شده که این سؤال و ابهام همواره فکر متخصصین و حتی مردم عادی را به خود جلب کند و به همین دلیل کارفرمایان و سازندگان حتی تا آخرین لحظات قبل از طراحی سازه خود در انتخاب نوع سازه با تردید مواجه میشوند.
به گزارش اخبار ساختمان، ساختمان‌های مختلف از یک طبقه تا ۶۰ طبقه که جلوی آنها انواع مصالح دیده می‌شود؛ سازه‌هایی که گاه از بتن ساخته می‌شوند و گاه از فولادY در مورد اینکه کدام نوع سازه بر دیگری برتری دارد، اختلاف نظر شدیدی بین سازندگان ساختمان‌ها وجود دارد.

مقایسه‌ی اسکلت بتنی و فلزی

استفاده از اسکلت فلزی و بتنی همچنان رایج است و هیچ‌کدام نتوانسته بر دیگری ارجعیت داشته باشد. معمولا در ساختمانهای بسیار بلند و مرتفع یا برج‌ها از اسکلت فلزی استفاده می‌کنند؛ چرا که ساخت اسکلت بتنی برای چنین سازه‌هایی دشوار و بسیار زمان‌بر است. از طرفی اسکلت بتنی در ساخت تونل‌ها، پل‌ها و ساختمان‌های کوچک‌تر بیشتر رواج دارد.


اسکلت بتنی جواز بگیریم بهتر است یا اسکلت فلزی یا به عبارت دیگر ساختمان فلزی محکم تر است یا ساختمان بتنی؟

سوالی که برای اکثر کارفرمایان به وجود می آید این است که کدام سیستم باربر را برای سازه خود انتخاب و اجرا نمایند.به ساده ترین روش ممکن تفاوت این دو سیستم را بررسی می کنیم:

1 - مقاومت در برابر زلزله

معمولا این باور غلط وجود دارد که ساختمان اسکلت فلزی در برابر زلزله مقاوم تر است و یا برعکس. این ایده اصولا اشتباه است بدین صورت که هم سیستم بتنی و هم سیستم فلزی را می توان برای مقاومت های مختلف طراحی نمود که هر دو نیز به صورت مورد نظر در زلزله عمل کنند. در حقیقت عامل مهم طراحی صحیح سازه است. البته لازم به ذکر است که سیستم های اسکلت بتنی به دلیل افزایش وزن سازه، در زلزله، نیروی بیشتری را متحمل می شوند.

2 - طول عمر

این واقعیت وجود دارد که سازه های بتنی دارای عمر طراحی هستند بدین مفهوم که یک سازه بتنی برای عمری معین طراحی می شود گرچه این عمر 50 یا 60 سال باشد. بتن با گذشت عمر دچار افت و خزش می شود که نهایتا باعث تاثیر منفی در عملکرد سازه هنگام وقوع زلزله می شود. اما در سازه فلزی مشکل افت مقاومت با افزایش عمر وجود ندارد که این یک مزیت برای اسکلت فلزی محسوب می شود.

3 - ارزش اسقاط

معمولا در ساخت و سازهای رایج در کشور به مسئله اسقاط سازه کمتر توجه می شود بدین مفهوم که در زمان تخریب سازه ساختمان های فلزی دارای ارزش اسقاط به مراتب بالاتر و هزینه تخریب کمتر می باشند. که این نیز می تواند یک مزیت برای اسکلت فلزی محسوب شود.

4 - مقاومت در برابر آتش سوزی

مقاومت فولاد در آتش سوزی پائین می باشد بدین صورت که با گرم شدن مقاومت خود را از دست می دهد در صورتی که اسکلت بتنی مقاومت به مراتب بیشتری در برابر آتش از خود نشان می دهد. البته لازم به ذکر است با ایجاد تمهیداتی در سازه فلزی که بعضا هزینه بر نیز می باشند می توان مقاومت آن در برابر آتش را افزایش داد. بنابراین مقاومت بیشتر اسکلت بتنی در آتش سوزی به عنوان یک مزیت قلمداد می گردد.

5 - سهولت در اجرا

مطلب مهم در انتخاب سیستم سازه باربر فلزی و یا بتنی امکانات اجرای سازه در زمان ساخت است. اسکلت فلزی به علت حساسیت در عملیات برش کاری، جوش کاری و حمل و نصب، تخصص و دقت بیشتری را نسبت به اجرای اسکلت بتنی می طلبد. بنابراین باید پذیرفت که اجرای سازه بتنی نسبت به سازه فلزی نیاز به تخصص و مهارت و نظارت و کنترل کمتری دارد و با توجه به وضع موجود کشور ما این یک مزیت برای سازه بتنی محسوب می شود.

6 - هزینه ساخت

فولاد استفاده شده در ساخت یک سازه فولادی دارای یک مقاومت مشخص در صورت طراحی صحیح، نسبت به مقدار فولاد استفاده شده در سازه بتنی دارای همان مقدار مقاومت، معمولا در حدود 30 درصد بیشتر می باشد. از این رو هزینه اجرای اسکلت فلزی بالاتر می باشد. بنابراین کافرمایانی که به دنبال کاهش هزینه در ساخت هستند اسکلت بتنی گزینه مناسب تری می باشد.

7 - زمان اجرا

سازه های فلزی به دلیل اجرای همزمان طبقات از سرعت پیشرفت بیشتری نسبت به سازه های بتنی برخوردار می باشند. همچنین در صورت ساخت اسکلت فلزی در کارخانه مدت زمان اجرا به صورت بیشتری نیز کاهش می یابد. اما در اسکلت بتنی با توجه به اجرای هر طبقه بعد از طبقه زیرین و همچنین رعایت زمان گیرش اولیه بتن سرعت پیشرفت به مراتب کمتر می باشد. همچنین سرعت بالا در اجرای سازه فلزی باعث کاهش هزینه های بالاسری و زمان بهره برداری پروژه می گردد که باعث جبران بخشی از هزینه گرانتر ساخت می باشد.


8 - معماری

ستون های فلزی به خصوص در ساختمان های بلند در طبقات پائینی دارای ابعاد کوچک تری می باشند و به دلیل قرار گرفتن پارکینگ در طبقات زیرین این یک مزیت محسوب می شود. همچنین در بناهای متداول، سازه های فولادی دارای محدودیت کمتری نسبت به سازه بتنی در طراحی می باشند مانند فاصله ستون ها و دهانه ها. از این رو اسکلت فلزی امکان سازه های خاص را فراهم می کند.

مزایا و معایب اسکلت بتنی

مزایای سازه های بتنی:

1- بدلیل امکان شکل پذیری آرماتور و بتن تازه و قالب، اعضاء این سازه ها را می توان در مقاطع مختلف اجرا نمود.
2- این سازه ها در مقابل آتش سوزی از خود مقاومت نشان می دهند.
3- این سازه ها در مقابل شرایط مختلف آب و هوایی مقاوم بوده ودر صورت اجرای صحیح پوشش بتن، رطوبت هیچ آسیبی به آن وارد نخواهد کرد.
4- این سازه ها نسبت به سازه های فلزی از یک صلبیت بیشتری برخوردار هستند.
5- مصالح سنگی و سیمان معمولاً آسان تر از سایر مصالح در دسترس می باشد.
6- عمر این سازه ها بدلیل مقاومت در مقابل شرایط آب و هوا ، معمولاً بیشتراز سایر سازه بوده است.
7- اتصال تیر و دیافراگم سقف بدلیل همگن بودن مناسب تر از سایر سازه ها می باشد.

معایب سازه های بتنی:

1- اجرای آرماتور بندی و قالب بندی در این سازه ها نیاز به تخصص و صرف زمان بیشتری نسبت به سایر سازه ها دارد.
2- بدلیل افزایش مقطع اعضاء این سازه ها، وزن آن بیشتر از سازه های فلزی می باشد.
3- بدلیل نیاز به آزمایش مستمر بتن، در محل اجرای این سازه ها باید آزمایشگاه های مکانیک خاک در دسترس باشد.

مزایا و معایب اسکلت فلزی

مزایای سازه های فلزی:

1- سازه های فلزی بعلت امکان مونتاژ اسکلت قبل از نصب و لزوم اجرای همزمان و بدون وقفه اسکلت، در مقایسه با سایر سازه ها از سرعت عمل بالاتری برخوردار می باشد.

2- بدلیل همگن بودن تیروستون و بادبند بعنوان اعضاء اصلی، اسکلت این نوع سازه ها دارای یکپارچگی مناسبت تری نسبت به سایر سازه های می باشند و به همین علت نیز نتیجه محاسبات سازه ای فاصله نزدیکتری به مقاومت واقعی این نوع سازه ها دارد.

3- به دلیل نوع اتصال اعضاء تیر و ستون، امکان توسعه طبقات در این نوع سازه های به شکل مناسب تر و قابل قبول تری وجود دارد.

4- مقاومت زیاد: مقاومت قطعات فلزی زیاد بوده و نسبت مقاومت به وزن از مصالح بتن بزرگتر است، به این علت در دهانه های بزرگ سوله ها و ساختمان های مرتفع، ساختمانهائی که برزمینهای سست قرارمیگیرند، حائز اهمیت فراوان میباشد.

5- خواص یکنواخت: فلز در کارخانجات بزرگ تحت نظارت دقیق تهیه می شود، یکنواخت بودن خواص آن می توان اطمینان کرد و خواص آن بر خلاف بتن با عوامل خارجی تحت تاثیر قرار نمی گیرد، اطمینان در یکنواختی خواص مصالح در انتخاب ضریب اطمینان کوچک مؤثر است که خود صرفه جو یی در مصرف مصالح را باعث میشود.

6- دوام: دوام فولاد بسیار خوب است، اگر در نگهداری ساختمانهای فلزی دقت گردد برای مدت طولانی قابل بهره برداری و استفاده خواهند بود.

7- خواص ارتجاعی: ممان اینرسی یک مقطع فولادی را میتوان با اطمینان در محاسبه وارد نمود. حال اینکه در مورد مقطع بتنی ارقام مربوطه چندان معین و قابل اطمینان نمی باشد.

8- شکل پذیری: از خاصیت مثبت مصالح فلزی شکل پذیری آن می باشد که قادرند تمرکز تنش را که در واقع علت شروع خرابی است و نیروی دینامیکی و ضربه ای را تحمل نماید، در حالیکه مصالح بتن ترد و شکننده در مقابل این نیروها فوق العاده ضعیف اند. یکی از عواملی که در هنگام خرابی، خود خبر داده و از خرابی ناگهانی و خطرات آن عضو جلوگیری میکند و پیوستگی مصالح، تقویت پذیری و امکان مقاوم سازی ( بهسازی لرزه ای )، وزن کم و اشغال فضای کمتر.

معایب سازه های فلزی:

1- مطالعات انجام شده بر روی زلزله های دهه های اخیر و مشاهده تجربیات در نقاط مختلف دنیا این نتیجه را در برداشته است که علی رغم اینکه از نظر طراحی و محاسبات، سازه های فلزی مطلوب تر و مقاوم تر از سازه های دیگر به نظر می رسند و لیکن در عمل بیشتر تخریب های ناشی از زلزله متوجه این نوع سازه ها بوده است و براساس این تحقیقات دلیل اصلی ضعف این نوع سازه ها در برابر زلزله عدم اجرای صحیح اتصالات بوده است چرا که اجرای جوش در تمام اتصالات براساس محاسبات مربوط و رعایت آئین نامه اجرای جوش شامل انتخاب نوع باری ، آمپر مناسب، شرایط آب و هوا و تخصص کافی جوشکاران، مخصوصاً در مناطق محروم و کشورهای در حال توسعه تقریباً غیر ممکن بنظر می رسد و بر همین اساس اتصالات جوش را در سازه های فلزی باید بعنوان ضعف اصلی این نوع سازه ها به حساب آورد و راهکار برطرف نمودن این نقطه ضعف اساسی، استفاده از پیچ و مهره در اتصالات این نوع سازه ها می باشد.

2- با توجه به اینکه تیر و ستون و بادبند این نوع سازه ها فلزی بوده و لیکن دیافراگم سقف بصورت بتنی دال یک طرفه یا دو طرفه اجرا می گردد، این موضوع باعث ایجاد یک نوع ناهمگنی میان تیر و سقف گردیده که اتصال صحیح و کامل آنها را با مشکل مواجه می نماید و جهت رفع این نقص می بایست تمام نکات فنی و آئین نامه ای محل اتصال تیر و سقف رعایت گردد .

3- بدلیل تأثیر شرایط آب و هوایی بر کیفیت جوش و افزایش سرعت زنگ زدگی اسکلت و لزوم اجرای اتصالات در شرایط مناسب آب و هوایی ، معمولاً اجرای اسکلت این نوع سازه ها با یک محدودیت آب و هوایی مواجه می گردد .

4- بدلیل تغییر شکل اسکلت فلزی در حرارت بالا ، در زمان آتش سوزی این نوع سازه ها با یک تغییر شکل و تخریب ناشی از آن مواجه خواهند شد .

5- بدلیل زنگ زدگی و پوسیدگی ناشی از اکسید شدن ، این نوع سازه ها در دراز مدت دچار پوسیدگی عمیق و کاهش سطح مقطع شده و با کاهش مقاومت این نوع سازه ها نسبت به بارهای وارده مواجه خواهند شد .

نتیجه گیری:

در نهایت باید گفت که به‌طور کلی ، در صورتی که طراحی سازه‌های فولادی و همچنین سازه‌های بتنی اگر مناسب و منطبق بر آیین‌نامه‌های به روز ، مورد استفاده قرار نگیرند و متخصصین و افراد خبره آنها را اجرا نکنند و همچنین اگر مهندسین با تجربه بر اجرای آنها نظارت مستمر نداشته باشند ، از نظر کیفیت نسبت به هم مزیتی نداشته و قابل اطمینان نخواهند بود.

گروه عمران و معماری ریکو