سازه بتنی بهتر است یا سازه فولادی؟

امروزه سازه‌های بتن آرمه و فولادی از متداول‌ترین سازه‌هایی هستند که در ایران اجرا می‌شوند. برای بتن و فولاد ویژگی‌های مثبت و منفی متعددی ذکر شده که متناسب با شرایط مختلف حاکم بر پروژه از قبیل شرایط مالی، شرایط محیطی و آب و هوایی، شرایط کاری، اجرایی، مدیریتی و نظر کارفرما در انتخاب نوع اسکلت یک ساختمان دخیل هستند. در ادامه این مطلب قصد داریم به طور خلاصه ویژگی‌ سازه‌های بتنی و فولادی و همچنین مزایای سازه‌های بتنی و فولادی را شرح دهیم.

سازه بتن آرمه چیست؟

یک ساختمان بتنی از اجزایی شامل، بتن آرمه، سیمان، میلگرد آجدار، شن، ماسه و … تشکیل شده است که اجزای آن مقاومت قابل قبولی را در بخش‌های مختلف ستون و فونداسیون، ایجاد می‌کنند. البته چنین شرایطی تنها با رعایت استانداردها به وجود می‌آید. سازه بتن آرمه دارای مزایا و معایبی است که در ادامه با آنها آشنا خواهیم شد.

مزایای ساختمان های بتن آرمه

• مواد اصلی مورد استفاده در بتن (شن و ماسه) با قیمت ارزان و به وفور در دسترس هستند.
• عمر قطعات بتنی طولانی است و مقاومتشان در برابر عوامل جوی عالی است به شرطی که مطابق با اصول آیین‌نامه‌‌ها طراحی و اجرا شده باشند.
• سیال بودن بتن (قبل از سخت شدن) اجازه تنوع در ساخت قطعات به اشکال هندسی دلخواه را فراهم می‌آورد.
• سازه‌های بتنی در برابر حرارت ناشی از آتش سوزی بسیار مقاومند.

معایب ساختمان های بتن آرمه

• در مرحله طراحی معمولا بتن و فولاد را همگن در نظر می‌گیرند که اشتباه است! این فرضیات بطور کامل مطابق با واقعیت نیست.
• در مرحله ساخت و اجرا خطاهای ساخت، مهارت و شرایط آب و هوایی می‌توانند کیفیت نهایی سازه را تحت تاثیر قرار دهند.
• مقاومت واقعی مصالح به کار رفته در ساخت سازه، ممکن است متفاوت از مقادیر فرض شده در محاسبات باشند.
• ممکن است ابعاد قطعات و محل واقعی میلگردها دقیقا مطابق با آنچه طراح در محاسبات فرض کرده نباشد.

سازه فولادی چیست؟

در اسکلت یک سازه فولادی، تحمل و انتقال بارها توسط مقاطع فولادی انجام می‌گیرد. استفاده از انواع تیرآهن را در این نوع سازه به وفور می‌بینیم (در یک سازه بتنی استفاده از میلگرد بیشتر است) اتصالات مقاطع مختلف در این سازه‌ها می‌تواند با دو روش جوشی یا پیچ و مهره انجام شود که هر کدام مزایای منحصر بفرد خود را دارد. در ادامه با مزایا و معایب سازه‌های فولادی آشنا خواهیم شد.

مزایای ساختمان های فولادی

• مقاومت المان‌های فلزی زیاد است و نسبت مقاومت به وزن آنها از بتن بزرگتر است.
• از آنجا که فلز در کارخانه تحت شرایط کنترل شده و نظارت دقیق تولید می‌شود، برخلاف بتن از یکنواخت بودن خواص آن می‌توان مطمئن بود!
• خواص ارتجاعی فولاد که در طراحی مورد استفاده قرار می‌گیرد در عمل با تقریب بسیار نزدیک اتفاق می‌افتد و تا تنش‌های بالا به خوبی از قانون هوک پیروی می‌کند.
• سرعت نصب قطعات فلزی، نسبت به اجرای قطعات بتنی به مدت زمان کمتری نیاز دارد.
• قطعات باقی مانده از پروفیل‌های برش داده شده، در پروژه‌های دیگر قابل استفاده هستند؛ اما اگر بتن اضافی در میکسر باقی بماند، باید دور ریخته شود! پِرت مصالح در سازه فلزی کمتر از بتنی است.
• برای ساختن دو عضو با مقاومت یکسان، عضو بتنی مقطع بزرگتری نسبت به فولادی لازم دارد! ستون‌ها و تیرهای اسکلت فولادی (از نظر ابعادی) کوچکتر از ساختمان‌های بتنی هستند.
• از ویژگی‌های مثبت فلز، شکل پذیری آن است. اعضای فلزی نیروی دینامیکی و بارهای ضربه‌ای و همچنین تمرکز تنش را (که علت شروع خرابی است) تحمل می‌کند.
• هنگام حادثه و وارد آمدن بار بیش از حد مجاز، عضو با تغییر شکل خود پیش از تخریب به عنوان یک زنگ هشدار عمل کرده و ساکنین را آگاه می‌کند.

معایب ساختمان فولادی

• مقاومت سازه فلزی با افزایش حرارت کاهش می‌یابد. در صورت ادامه آتش سوزی و افزایش حرارت، امکان خرابی و ریزش ساختمان زیاد است.
• خوردگی فلز در برابر عوامل جوی: فلز در برابر عوامل جوی خورده شده و از ابعاد آن کاسته می‌شود. هزینه تعمیرات آن زیاد است.
• با توجه به اینکه المان‌های فلزی، مقاطع ظریف‌تری دارند، تمایل به کمانش آنها در اعضای فشاری از ضعف‌ سازه‌های فلزی است.
• اتصالات سازه‌های فلزی به صورت جوش، پیچ و یا پرچ است. اگر جوشکاری در کارخانه و تحت شرایط کنترل شده انجام شود از کیفیت مطلوبی برخوردار است.
• از آنجا که در اجرای ساختمان‌های متداول این امکان وجود ندارد، اتصال با جوش به علت عدم مهارت جوشکاران، استفاده از ماشین آلات قدیمی، عدم کنترل دقیق توسط مهندسین ناظر و … بزرگترین ضعف سازه‌های فلزی است.

مقایسه اسکلت بتنی و فولادی

طراحی یک سازه فولادی به مراتب ساده‌تر و دارای پیچیدگی‌های کمتر از طراحی سازه بتنی است. در سازه‌های با تعداد طبقات کم، انتخاب المان‌ها از میان پروفیل‌های فولادی که در کارخانه تولید می‌شوند، انجام می‌گیرد. این انتخاب ممکن است به صورت تجربی یا توسط یک متخصص انجام گیرد زیرا کاری آسان‌تر از طراحی یک مقطع بتنی خواهد بود. در ادامه سعی داریم یک مقایسه جامع از اسکلت فولادی و بتنی داشته باشیم:

طراحی اتصالات

در طراحی سازه‌های فلزی، علاوه بر طراحی المان‌ها، اتصالات نیز باید طراحی گردند، اما در طراحی سازه‌های بتنی جزئیاتی از قبیل طول مهار میلگردها، ضخامت پوشش بتن روی آرماتورها، جایگذاری صحیح آرماتورها از آیین نامه قابل استخراج است و نیاز به طراحی و محاسبات پیچیده ندارد.

تخصص طراح یا سازنده

اجرای ساختمان‌های بتن آرمه علاوه بر شناخت سازنده در مورد فعالیت‌های اجرایی که جنبه عمومی دارند، مستلزم شناخت افراد درباره عوامل موثر در اجرای ساختمان‌های بتنی است. این عوامل موارد زیر را شامل می‌شوند:

• مواد و مصالح تشکیل دهنده بتن و مشخصات و روش‌های کنترل آنها، همچنین استفاده مواد افزودنی و ثانویه در بتن
• مقررات مربوط به حمل، ریختن، جا دادن و متراکم کردن بتن تازه و عمل آوری آن
• مشخصات مورد انتظار از بتن تازه و بتن سخت شده و روش‌های کنترل آن
• نحوه کنترل کیفیت میلگردها و انبار و نگهداری آنها، مقررات مربوط به بریدن، شکل دادن و مصرف میلگردها در کارگاه
• مدیریت کارگاه به منظور تامین گردش کار مطلوب جهت جلوگیری از تداخل فعالیت‌های مختلف

کنترل آیتم‌های مختلف حین اجرا

کنترل کیفیت مستمر در کارهای بتنی اهمیت و لزوم بیشتری پیدا می‌کند! در سازه‌های بتنی کنترل برخی آیتم‌ها در زمان خاص خود و پیش از اجرای آیتم‌های بعدی (برای مثال کنترل آرماتوربندی پیش از بتن‌ریزی) به دلیل از دسترس خارج شدن مهم است. این ویژگی نیاز به نیروی انسانی متخصص را به صورت مستمر در کارگاه برای کنترل و تطبیق کار اجرا شده با نقشه‌ها به وجود می‌آورد. همچنین کنترل رواداری‌ها و چک کردن شاقول بودن قالب‌بندی‌ها زمان‌بر است و دقت بیشتری را می‌طلبد.

زمان اجرا

مدت زمان اجرای سازه‌های بتنی طولانی‌تر از زمان اجرای سازه‌های فولادی است. اما نکته قابل تامل در این رابطه این است که طبق اعلام سازمان مدیریت و برنامه‌ریزی کشور در ایران زمان اجرای پروژه‌های عمرانی سه برابر میانگین استاندارد جهانی است. از جمله دلایل این امر را می‌توان شرایط مالی، شرایط فصلی و آب و هوایی و همچنین ضعف در مدیریت صحیح بیان کرد.

با توجه به مسائلی که بیان شد، می‌توان به این نتیجه رسید که مخصوصا در پروژه‌های کوچک ساختمانی که بیشتر به صورت شخصی ساخته می‌شوند، زمان، فاکتور مهمی برای سازنده نیست، چه بسا پروژه‌هایی در این سطح به دلیل عدم تامین مالی، عملیات اجرایی آنها ماه‌ها تعطیل شده و یا به کندی پیش می‌روند.

سرعت اجرای انواع سازه

از طرف دیگر سقف‌ها چه در اسکلت فلزی و چه در اسکلت بتنی به صورت بتنی اجرا می‌شود (همچنین دیوارهای برشی بتنی). اجرای سقف و دیوار برشی بتنی باید به صورت طبقه طبقه اجرا گردد این عمل سرعت کار را پایین می‌آورد و تفاوتی ایجاد نمی‌کند که اسکلت فلزی باشد (که تماما در یک مرحله اجرا شده و تکمیل گردیده) و یا بتنی!

(که طبقه به طبقه اجرا می‌شود) در هر صورت باید تا گیرش و بارپذیری بتن به آن فرصت داد و بعد از گیرش بتن مراحل دیگر را اجرا نمود. پس در این نوع ساخت و سازها نمی‌توان مدت زمان بیشتر اجرای سازه بتنی نسبت به سازه فلزی را دلیل مهمی برای اجرای نکردن اسکلت بتنی دانست.

ترتیب مراحل ساخت در انواع سازه

نکته دیگری که در مورد زمان می‌توان یادآور شد این است که در اسکلت فولادی باید تمام اسکلت آماده باشد تا بتوان سقف‌ها و دیگر آیتم‌های موردنیاز را اجرا کرد، اما در سازه‌های بتنی با توجه به اینکه اسکلت طبقه به طبقه اجرا می‌گردد پس در نتیجه می‌توان بعد از تکمیل هر طبقه نسبت به اجرای آیتم‌های بعدی اقدام کرد که این امر ضعف افزایش زمان اجرا در اسکلت بتنی را تا حدودی تقلیل می‌بخشد.

هزینه‌های مربوطه به ساخت اسکلت

هزینه اسکلت بتنی کمتر از اسکلت فولادی است. این یک مزیت برای اسکلت بتنی محسوب می‌شود. علاوه بر پایین بودن هزینه در ساخت اسکلت بتنی باید اشاره کرد که پرداخت هزینه مانند اسکلت فلزی به صورت یکجا نبوده (خرید آهن آلات در شروع پروژه فلزی) و تامین هزینه به صورت خرد و با توجه به پیشرفت پروژه انجام می‌گیرد.

اخذ وام مسکن

دیگر مزیتی که در رابطه با هزینه برای اسکلت بتنی می‌توان مطرح کرد این است که بعد از اجرای هر سقف می‌توان برای دریافت وام مسکن اقدام نمود و از این طریق سرمایه به پروژه صورت گیرد. جهت مطالعه تفاوت قیمت اسکلت فلزی و بتنی به لینک مربوطه مراجعه نمایید.

اهمیت هزینه‌ها در طول زمان پروژه

یکی دیگر از نکاتی که در رابطه با اسکلت بتنی مطرح می‌گردد این است که با توجه به اینکه زمان در اجرای اسکلت بتنی طولانی‌تر است، شاید به دلیل افزایش قیمت آهن آلات و دستمزدها، پروژه غیراقتصادی شود! با توجه به بازار املاک و مسکن می‌توان گفت هر زمان که افزایش قیمت میلگرد، مصالح و دستمزدها صورت بگیرد، قیمت خرید و فروش املاک نیز افزایش یافته که به صورت پیش‌فروش واگذار می‌شود.

فضای پرت در انواع اسکلت

از جمله نقایصی که برای اسکلت بتنی بیان می‌شود، کاهش سطح مفید قابل فروش نسبت به اسکلت فلزی است ! زیرا دلیل ستون‌های یک سازه بتنی فضای زیادی را اشغال می‌کند! البته از طرفی می‌توان به این موضوع اشاره کرد که در اسکلت بتنی، ستون‌ها حجیم‌تر می‌شوند اما می‌توان آنها را در فواصل دورتر از هم اجرا کرد!

برخی معتقدند کاهش سطح مفید قابل فروش از طریق کاهش هزینه‌های اجرای اسکلت بتنی جبران می‌گردد. روش دیگر برطرف کردن این مشکل، استفاده از بتن پرمقاومت در المان ستون‌ها است. بتن پرمقاومت ابعاد ستون‌ها را کاهش داده و میزان مصرف میلگرد را کاهش می‌دهد. این روش هزینه اجرای ستون‌ها را در اسکلت بتنی کاهش می‌دهد.

هزینه‌های مربوط به حمل و نقل

قوطی آهن یکی از مصالحی است که در هزینه‌ها لحاظ می‌شود. البته علاوه بر قیمت قوطی آهن باید هزینه حمل و نقل نیز محاسبه شود. مصالح موردنیاز برای تولید بتن را از منابع داخل شهر و استان می‌توان تهیه کرد که نیاز به حمل و نقل از استان‌های دوردست را به حداقل می‌رساند.

این موضوع علاوه بر اینکه کاهش هزینه‌های جانبی را در پی دارد؛ استفاده از فولاد را به عنوان مصالح تجدیدناپذیر که با هزینه و زحمت زیاد تولید می‌شود؛ کاهش می‌دهد و در عوض از سیمان و سنگدانه که به وفور با هزینه کمتر تولید می‌شوند به همراه فولاد کمتر با میلگرد، استفاده می‌گردد.

فولاد به عنوان مصالح با ارزش باید در سازه‌ها و صنایعی با ویژگی‌های خاص مورد استفاده قرار گیرد. توصیه مهندسین در ساختمان سازی‌های متعارف و متداول استفاده از بتن است.

ضخامت سقف در سازه‌های بتنی و فولادی

در سازه‌های بتنی به دلیل وزن پایین لرزش کمتری احساس می‌شود و این موضوع از محاسن اسکلت‌ بتنی به شمار می‌رود. از طرفی این موضوع مطرح است که ضخامت زیاد این سقف‌ها پس از اجرای تاسیسات و سقف کاذب، فضای زیادی از سقف اشغال می‌شود! که البته این موضوع هم با نظر گرفتن تمهیداتی پیش از اجرای اسکلت برطرف می‌شود.