مقایسه سازه فولادی و بتنی؛ مزایا و معایب
سازه های فولادی و بتنی در کشور ما بسیار رایج هستند و متناسب با شرایط از هردو استفاده می شود. در سازه های فولادی، اسکلت سازه از پروفیل های فولادی و به طور عمده تیرآهن ساخته شده است. این سازه در کشور ما بیشتر برای ساخت ساختمان های بلند مرتبه مورد استفاده قرار می گیرد. بر خلاف سازه های فولادی، سازه های بتنی از ترکیب بتن و میلگرد ساخته می شوند. میلگرد درون بتن کمک میکند تا استحکام کششی بتن به صورت قابل ملاحظه ای افزایش یابد. هر دوی ساختمان های فولادی و بتنی مزایا و معایب خود را دارند و از جنبه های مختلف می توان آن ها را بررسی نمود. به عنوان مثال سرعت ساخت یک اسکلت بتنی تا ۳ برابر بیشتر از اسکلت بتنی مشابه است. اما باید هزینه ی بیشتری نیز برای مصالح آن که به طور عمده فولاد است پرداخت کرد.
مقدمه
سازه‌های بتنی و فلزی دو نوع اصلی در صنعت ساخت‌وساز هستند که هرکدام مزایا و معایب خود را دارند. انتخاب بین این دو بستگی به عوامل متعددی از جمله هزینه، دوام، سرعت اجرا، تأثیرات محیطی و کاربری دارد. این مقاله به بررسی کامل تفاوت‌های این دو نوع سازه پرداخته و به‌صورت جزئی هر یک را از جنبه‌های مختلف تحلیل میکند.
سازه های فولاد در برابر آتش‌سوزی آسیب پذیرتر هستند هرچند می توان به کمک روش هایی مانند استفاده از پوشش های ضد حریق مقاومت سازه در برابر آتش‌سوزی را افزایش داد اما به هر حال این عمل نیز باعث بیشتر کردن بار مالی پروژه می شود. در این مقاله ما به بررسی کلی سازه های فولادی و بتنی پرداخته ایم. هر چند در انتها نمی توان به طور قطع گفت کدام سازه بهتر است و برای هر پروژه متناسب به شرایط مانند شرایط آب و هوایی، بودجه، جنس خاک، تعداد طبقات بنا، بارهای وارد شده و ... باید در مورد نوع سازه ی آن تصمیم گیری کرد.
سازه های فولادی و بتنی
سازه های فولادی و بتنی پرکاربردترین سیستم های سازه ای در کشور ما هستند که برای ساختمان سازی مورد استفاده قرار می گیرند. انتخاب نوع سازه برای ساختمان یکی از تصمیمات کلیدی ست که پیش از شروع پروژه باید گرفته شود. به همین منظور لازم است که شناختی نسبت به هر دو نوع سازه و مزایا و معایب آن کسب کنیم تا بتواتیم بهترین انتخاب را داشته باشیم.
تاریخچه و توسعه سازه‌های بتنی و فلزی
۱.۱. تاریخچه سازه‌های بتنی
بتن از دوران روم باستان مورد استفاده بوده و با پیشرفت تکنولوژی، امروزه به عنوان یکی از مهم‌ترین مصالح ساختمانی شناخته می‌شود. از نمونه‌های تاریخی استفاده از بتن می‌توان به ساختمان پانتئون در رم اشاره کرد.
۱.۲. تاریخچه سازه‌های فلزی
استفاده از فولاد در ساختمان‌سازی از قرن ۱۹ میلادی آغاز شد و با پیشرفت تکنولوژی در قرن ۲۰، سازه‌های فلزی به‌عنوان یکی از محبوب‌ترین گزینه‌ها در ساخت آسمان‌خراش‌ها و پل‌ها مطرح شدند.
سازه بتنی چیست؟
سازه ی بتنی در کشور ما از محبوبیت بسیار زیادی برخوردار است و بیشتر ساختمان ها از این نوع سازه استفاده می کنند. سازه های بتنی از مصالحی مانند شن، سیمان، ماسه و میلگرد ساخته می شود. مخلوط شن و سیمان و ماسه و آب بتن را تشکیل می دهند که در ابتدا ماده ای شکل پذیر است اما به سرعت محکم شده و می تواند نیروهای فشاری بسیار زیادی را تحمل کند. از این خاصبت بتن به استفاده شده و با آماده کردن قالب هایی ستون ها و سقف ساختمان را با بتن پر می کنند. البته بتن نسبت به نیروهای کششی مقاومت زیادی ندارد و به همین دلیل درون قالب هایی که برای بتن ریزی آماده می شود میله هایی از جنس فولاد قرار داده می شود. فولاد درون بتن باعث افزایش استحکام بتن می شود و ماده ای مستحکم در برابر نیروهای کششی و فشاری به دست می آید.
سازه فولادی چیست؟
در سازه های فولادی از تیرآهن برای ساخت سازه استفاده می شود. تیرآهن ها در انواع و سایزهای مختلف به روش های تخصصی به هم متصل می شوند و سازه ای را به وجود می آورند از مقاومت و استحکام بسیار بالایی برخوردار است.
مقایسه سازه ی بتنی و فولادی
سازه های فولادی و بتنی را از جهات مختلف می توان با هم مقایسه نمود. در ادامه بر اساس برخی فاکتورها به مقایسه سازه های فولادی و بتنی پرداخته ایم.
مقاومت در برابر نیروهای فیزیکی
بتن در برابر فشار مقاومت بالایی دارد اما در برابر کشش ضعیف است.
فولاد هم در برابر کشش و هم در برابر فشار مقاوم است.
سرعت اجرا
سازه‌های فلزی به دلیل امکان پیش‌ساخته شدن، سریع‌تر اجرا می‌شوند.
سازه‌های بتنی به دلیل نیاز به قالب‌بندی و عمل‌آوری بتن، زمان بیشتری نیاز دارند.
دوام و ماندگاری
بتن در برابر آتش و رطوبت مقاوم است.
فولاد در برابر زنگ‌زدگی آسیب‌پذیر است و نیاز به پوشش‌های محافظتی دارد.
ترکیبات و ویژگی‌های بتن
بتن از ترکیب سیمان، آب، شن و ماسه ساخته می‌شود. مقاومت بالایی در برابر فشار دارد اما برای افزایش مقاومت کششی، آرماتورهای فولادی به آن اضافه می‌شوند.
ترکیبات و ویژگی‌های فولاد
فولاد ترکیبی از آهن و کربن است که با افزودن عناصری مانند کروم و نیکل می‌توان خواص مکانیکی آن را بهبود داد. فولاد دارای استحکام کششی بالا و شکل‌پذیری مناسب است
سطح مقطع المان ها در سازه های بتنی و فولادی
سطح مقطع المان ها در سازه های فولادی در مقایسه با سازه های بتنی کمتر است. این مساله باعث می شود تا در صورت استفاده از سازه های فولادی استفاده ی بهینه تری از فضای موجود شود چون ستون ها و سطح مقطع آن ها در سازه ای بتنی بخش قابل توجهی از فضای مفید ساختمان را اشغال می کنند.
مقاومت سازه بتنی و فولادی در برابر زلزله و باد
یکی از سوالات بسیار مهمی که در خصوص سازه های بتنی و فولادی وجود دارد این است که کدام یک در برابر حوادث طبیعی مانند زلزله و باد مقاومت بیشتری دارد. اگر ساختمان طبق اصول مهندسی و استانداردها ساخته شده باشد چه سازه آن بتنی باشد و چه فولادی می تواند زلزله تا ۷ ریشتر را تحمل کند. بر همین مبنا هر دو سازه بتنی و فولادی از مقاومت بالایی در برابر حوادث طبیعی مانند زلزله برخوردارند. با این وجود ساختمان های بتنی وزن بسیار بیشتری دارند و می توانند نیروهای بزرگتری را تحمل کنند اما در مورد سازه های بتنی باید به این نکته توجه داشت که به مرور زمان و با نزدیک شدن به پایان عمر مفید سازه، مقاومت آن در برابر زلزله نیز کاهش می یابد این درحالی ست که سازه ای فولاد مقاومت و استحکام خود را در صورت نگهداری صحیح همواره حفظ می کنند.
میزان استحکام یک بنا در برابر زلزله به عوامل مختلفی بستگی دارد. اما در یک جمع‌بندی کلی می توان گفت که سازه های فولادی در برابر زلزله از مقاومت بیشتری برخوردار هستند.
تأثیرات اقتصادی و محیطی
هزینه‌های ساخت و نگهداری
بتن معمولاً ارزان‌تر است اما هزینه تعمیرات بالاتری دارد.
فولاد گران‌تر است اما قابلیت بازیافت بالاتری دارد.
اثرات زیست‌محیطی
تولید سیمان برای بتن باعث انتشار زیاد گازهای گلخانه‌ای می‌شود.
فولاد را می‌توان بارها بازیافت کرد اما استخراج آن از معادن نیازمند انرژی زیادی است
نیرو کار مورد نیاز برای اجرای سازه ی بتنی و فولادی
سازه های فولادی برای اجرا نیاز به نیروی کار کمتری دارند. این درحالی ست که نیروهای مورد استفاده باید از تخصص بالاتری نیز برخوردار باشند. جوشکاری و اتصال تیرها در ساخت سازه ی فولادی یک عملیات تخصصی ست که باید توسط نیروی کار ماهر انجام شود. دستمزد این نیروها نیز بخش قابل توجهی از هزینه های پروژه را به خود اختصاص می دهد. این در حالی ست که فرایندهای ساخت ساختمان اسکلت بتنی نیاز به تخصص کمتری دارد.
سرعت اجرای سازه بتنی و فولادی
سرعت اجرای سازه های فولادی به مراتبط بیشتر از سازه های بتنی ست. تیرآهن ها در کارخانه تولید شده اند و به محل پروژه حمل شده و نصب می شوند. این درحالی ست که ساختمان های بتنی نیاز به صرف زمان برای آرماتور بندی، بتن ریزی، ازمایش بتن، گیرش بتن و ... دارد. در یک برآورد تقریبی مدت زمان اجرای یک سازه ی فولادی در مقایسه با یک سازه ی بتنی مشابه در حدود ۳ برابر کمتر است.
خوردگی در سازه فولادی و بتنی
فولاد ساختمانی همواره در معرض خوردگی قرار دارد. از آنجا که در هر دو سازه ی فولادی و بتنی از فولاد استفاده شده است هر دو می توانند دچار خوردگی شوند. با این وجود نمی توان در برابر آسیب پذیری این دو سازه در برابر خوردگی اظهار نظر کرد و مقایسه ای انجام داد چرا که تا حد زیادی به شرایط نگهداری سازه و عوامل محیطی بستگی دارد.
هزینه تعمیر و نگهداری سازه فولادی و بتنی
در صورت نیاز به تعمیر یا ترمیم سازه های فولادی به دلیل آنکه دسترسی به فولاد راحتر است از سادگی و هزینه کمتری برخوردار هستند. هزینه ترمیم بتن به مراتب بیشتر و پیچیده‌تر از فولاد است.
پیچیدگی فرایند اجرای سازه بتنی و فولادی
فرایند اجرای سازه های فولادی به دلیل نیاز به اتصالات بیشتر ازپیچیده بالاتری برخوردار است. به همین منظور این فرایندها معمولا به وسیله ی نیروهای کار ماهر انجام می پذیرید در حالی که در اجرای سازه های بتنی هم به نیروی کار ماهر و غیر ماهر نیاز است.
وزن سازه
وزن سازه های فولادی از وزن سازه های بتنی کمتر است.
مقاومت در برابر آتش
از معایب فولاد این است که در برابر آتش آسیب پذیر است. فولاد چنانچه مدت طولانی در معرض آتش قرار بگیرد تا حد زیادی استحکام خود را از دست می دهد و می تواند به راحتی فرو بریزد. این درحالی ست که سازه های بتنی نیز در برابر آتش آسیب پذیر هستند زیرا بتن نیز در معرض آتش مقاومت خود را از دست می دهد با این وجود مقاومت سازه فولاد در برابر آتش بیشتر است.
کدام سازه بهتر است فولادی یا بتنی؟
هر دو سازه ی بتنی و فولادی ویژگی های خاص خود را دارند و متناسب با شرایط و نظر مهندسین سازه می توانند مورد استفاده قرار بگیرند. اما به طور کلی از سازه های فولادی برای ساختمان ها بلند مرتبه بیشتر استفاده می شود. سازه های تا ۷ طبقه را نیز عموما با اسکلت بتنی می سازند.
نتیجه‌گیری و پیشنهادات
انتخاب بین سازه بتنی و فلزی بستگی به شرایط پروژه دارد. در مناطقی با خطر زلزله، سازه‌های فلزی مناسب‌تر هستند و در مناطقی با رطوبت بالا، سازه‌های بتنی ارجحیت دارند. با توجه به نیازهای پروژه، بررسی دقیق این عوامل ضروری است
با توجه به شرایط آب و هوایی و موقعیت مکانی پروژه خود، می‌توانید با کارشناسان ما در شرکت آرتافولادآریاراد تماس بگیرید و از مشاوره رایگان برای انتخاب بهترین متریال ساختمانی بهره‌مند شوید.
