سازه بتنی بهتر است یا فولادی؟

سازه بتنی یا فولادی متداولترین روش ساخت سازه‌های بزرگ عمرانی هستند که هم اکنون در رقابت با هم برای احداث ساختمان‌های بلند مرتبه استفاده می‌شوند. روش‌های ساخت سازه‌های عمرانی متنوع است، اما برای احداث بناهای بزرگ و بلند مرتبه لاجرم باید یکی از این دو نوع سازه متداول یعنی سازه بتنی و یا سازه فولادی را انتخاب کنید.

سازه بتنی یا فولادی هر دو الگوهای طراحی استانداردی هستند و پس از سال‌ها حالا با انبوه روش‌ها و استانداردها و قوانین سفت و سخت اجرایی می‌شوند. سازه های بتنی به نسبت از سازه های فولادی جوان‌تر هستند و در این سال‌های اخیر کاملاً در کانون توجه سازندگان قرار گرفته‌اند. اما همچنان می‌توانیم حضور پررنگ و قدرتمند سازه‌های اسکلت فلزی را در سطح فضاهای شهری و حتی پروژه‌های گسترده عمرانی شاهد باشیم. سازه بتنی و یا سازه فولادی هرکدام مزایا و معایبی دارند که با توجه به نوع سازه، شرایط اقلیمی، ابعاد سازه و روش ساخت انتخاب می‌شوند. در این مطلب از تیم کارشناسی متسل موتور تخصصی جستجوی صنعت ساختمانی به بررسی این سازه‌ها پرداخته و می‌خواهیم در نگاهی جامع از مقایسه سازه بتنی و فولادی صحبت کنیم. همچنین برای خرید قطعه بتنی می‌توانید با همکاران ما تماس بگیرید.

سازه بتنی

مولفه‌های تاثیرگذار انتخاب سازه بتنی و فولادی

تکنولوژی ساخت سازه های بتنی و فولادی برای طراحی بناهای بسیار بزرگ و کاملاً مقاوم در مقابل بارهای دینامیکی مانند زلزله است. از زمانی که دنیای مدرن به ساخت سازه‌های بلند مرتبه فکر می‌کند، این روش‌های ساخت ابداع شده‌اند و هر روز نگاه مهندسی برای توسعه روش‌های ساخت آنها گسترش پیدا می‌کند. با آنکه نزدیک به یک قرن رقابت میان سازه بتنی و سازه فولادی ادامه پیدا کرده است؛ اما همچنان هر دو نوع سازه پیروز میدان هستند و در پروژه‌های مختلف از آنها استفاده می‌شود.

برای انتخاب نوع اسکلت سازه با مولفه‌های متعددی روبه‌رو هستیم. در بسیاری از موارد شرایط مالی مهمترین دلیل برای انتخاب سازه های بتنی و یا فولادین است. با این وجود مولفه‌های دیگر مانند شرایط محیطی، اقلیم و شرایط آب و هوایی، شرایط کاری و اجرایی، محدودیت‌های کارگاه عمرانی، موضوعات مدیریتی و سطح توانمندی‌ها و... در انتخاب میان اسکلت فلزی یا بتنی تاثیرگذار هستند. در ادامه این موضوعات را با نگاه موشکافانه‌تری بررسی می‌کنیم.

سازه های فولادی

برای ساخت اسکلت این سازه‌ها از قطعات بزرگ فولادین در طراحی یکپارچه استفاده می‌شود. اسکلت‌های فلزی روش کلاسیک ساخت سازه‌های بلند مرتبه هستند و سابقه بسیار طولانی‌تر از سازه های بتنی دارند. اگر چه در این سال‌ها کاملاً تحت تاثیر نفوذ سازه های بتنی قرار داشته‌اند؛ اما همچنان برای احداث ساختمان‌های بسیار بلند مورد توجه قرار می‌گیرند.

مزایای اسکلت یا سازه فولادی

  1. از خواص مکانیکی یکنواخت برخوردار هستند: قطعات فلزی در محل کارخانه و با نظارت دقیق ساخته می‌شوند و این دقت در ساخت باعث طراحی یکنواخت کلی سازه می‌شود.
  2. مقاومت بالایی دارند: مقاومت المان‌های فلزی به نسبت وزن آنها بسیار زیاد است. بنابراین مناسب طراحی سازه‌های مرتفع هستند. چرا که مقاومت بالای سازه را با وزن سبک‌تر به نسبت از بتن آرمه تامین می‌کنند.
  3. از خواص ارتجاعی برخوردار هستند: در طراحی سازه‌های فلزی از خواص ارتجاعی آن برای مهار تنش‌های سازه‌ای و پیروی از قانون هوک استفاده می‌کنند.
  4. دورریز مصالح ناچیز است: تقریبا هیچ قطعه فلزی مازاد در مراحل ساخت سازه فولادی وجود ندارد و هر نوع بخش‌های باقیمانده از برش پروفیل‌ها و قطعات فلزی قابلیت بازیافت مجدد دارند.
  5. از سرعت نصب بالایی برخوردار است: سرعت نصب قطعات فلزی در سازه فولادی خیلی بیشتر از سازه بتنی است و در سرعت بخشیدن به عملیات عمرانی کاملاً تأثیرگذار است. دقت کنید که در پروژه‌های بتنی با مدت دوره کیورینگ بتن سروکار داریم که مراحل اجرای ساخت سازه بتنی را کاملاً کند می‌کند.
  6. اشغال فضا توسط اسکلت فلزی کم است: برای ساخت دو عضو با مقاومت یکسان، عضو ساخته شده در اسکلت فلزی ابعاد کوچکتری به نسبت عضو بتنی دارد. به این ترتیب سازه فولادی حجم کمتری از فضای مفید داخل ساختمان را اشغال می‌کند.
  7. شکل پذیری عالی دارند: شکل پذیری از ویژگی‌های برجسته سازه های فولادی است که دست ما را در طراحی سازه‌ها با الگوهای متفاوت باز می‌گذارد. همچنین اسکلت فولادی در تحمل نیروهای دینامیکی و بارهای ضربه‌ای عملکرد ایده‌آل دارند.
  8. روش اجرای ساده‌ای دارند: مراحل نصب قطعات فولادین ساده است و فرمتی شبیه یک جورچین خیلی بزرگ را دارند. این در حالی است که برای حمل بتن تا ارتفاع بلند سازه‌های ساختمانی همواره با مشکلات جدی سر و کله می‌زنیم.

معایب یا محدودیت‌های سازه فولادی

سازه های فولادی در کنار تمام مزایایی که دارند، از محدودیت‌ها و یا معایبی نیز برخوردار هستند که عموماً ریشه در روش‌های محاسبات غلط و یا اجرایی نامناسب دارد. از جمله:

  • در مقابل افزایش دمای محیط عملکرد ضعیفی دارند: مقاومت سازه های فولادین در صورت افزایش دمای محیط کاهش پیدا می‌کند. البته چنین شرایطی در حالت عادی پیش نمی‌آید؛ اما در مواقع آتش سوزی‌ها که دمای ساختمان به شدت در حال افزایش است، همواره احتمال سقوط سازه فولادی وجود دارد.
  • خوردگی فولاد در مقابل عوامل جوی زیاد است: رطوبت محیط و جریان آب چه از محیط بیرون ساختمان و یا مشکلات درون ساختمان خطر خوردگی و فرسایش اسکلت فلزی را به دنبال دارد.
  • احتمال کمانش در قطعات فلزی زیاد است: قطعات فلزی تماماً در سطح مقطع‌های باریک به نسبت قطعات بتنی ساخته می‌شوند که ممکن است در اثر فشارهای جانبی دچار کمانش شوند.
  • اتصال نامناسب از مقاومت سازه فولادی می‌کاهد: قطعات فولادین به روش‌های مختلف مانند اتصال جوشی و یا پیچ و مهره‌ای به یکدیگر متصل می‌شوند و گاها نوع اتصال ضعیف سازه باعث از دست رفتن مقاومت سازه می‌شود. این مشکل در اتصال‌های جوشی نمایان‌تر است و ممکن است به علت عدم مهارت جوشکاران شرایط مناسب اتصال قطعات فولادی ایجاد نشود.

سازه فولادی

سازه های بتنی

سازه بتنی ایده جدیدتری به نسبت سازه‌های فلزی است و در ساخت آن از قابلیت برتر بتن استفاده شده است. بتن مصالح ارزان قیمتی است که به راحتی از ترکیب ساده مصالح مانند شن و ماسه، سیمان و آب تهیه می‌شود و مقاومت و ماندگاری بالایی دارد. ساختار بتن آرمه از شکل‌گیری شبکه میلگردهای فولادین با پوشش بتنی یک راهکار کاملاً قدرتمند و ماندگار برای خلق هر نوع سازه سنگین ساختمانی و عمرانی است.

مزایای طراحی سازه های بتنی

  1. بتن متریال ارزان قیمتی است: مصالح ساخت بتن که ترکیبی از شن، ماسه، سیمان، آب و دیگر افزودنی‌های بتن است، همگی ارزان قیمت هستند و به راحتی در دسترس قرار می‌گیرند.
  2. عمر مفید قطعات بتنی طولانی است: بتن متریالی کاملا مقاوم در برابر ناملایمات جوی و یا حملات شیمیایی و محیط‌های قلیایی است. لذا مقاومت سازه بتنی در مقابل ناملایمات جوی از سازه فولادی بیشتر است.
  3. شکل پذیری مناسب بتن: بتن در فاز مقدماتی حالت سیال گونه دارد که به راحتی در هر نوع قالب بتنی حرکت کرده و شکل پذیری عالی دارد. در اجرای سازه بتنی دست ما برای طراحی اشکال گوناگون هندسی باز است.
  4. در برابر افزایش دما و آتش سوزی مقاوم هستند: سازه های بتنی در نقطه مقابل سازه های فولادی تحمل هر نوع افزایش حرارت را دارند و به راحتی در تنش‌های سنگین دمایی مانند آتش سوزی‌ها تسلیم نمی‌شوند.

معایب یا محدودیت‌های سازه بتنی

در کنار تمامی مزایای مطرح شده سازه های بتنی برخی محدودیت‌ها نیز دارند که اجرای آنها در بسیاری از پروژه‌های عمرانی را دشوار و گاهاً غیرممکن می‌کند. مانند:

  • بتن آرمه در مرحله اجرا همگن نیست: در فاز طراحی ساختار بتن آرمه را یک ترکیب همگن در نظر می‌گیرند. اما در عمل این طور نیست و ممکن است این دو به خوبی یکدیگر را همپوشانی نکنند. خصوصاً که همواره احتمال باقی ماندن مقدار زیاد حباب‌های هوا در اعماق بتن وجود دارد.
  • احتمال خطای ساخت زیاد است: در مرحله اجرا خصوصاً هنگام بتن ریزی در قالب‌ها احتمال وقوع مشکلات جدی مانند از تراز خارج شدن قالب و یا نشت بتن و... زیاد است. همچنین ممکن است با مشکلات مانند دو فاز شدن بتن، کرمو شدن بتن و... روبه‌رو شویم.
  • مقاومت واقعی با مقاومت پیش فرض سازه متفاوت است: همواره این احتمال وجود دارد که سازه های بتنی ایجاد شده از مقاومت کمتر از مقدار محاسبه شده برخوردار باشد.
  • قطعات بتنی فضای بزرگی را اشغال می‌کنند: در طراحی سازه‌های کوچک، حجم ستون‌های بتنی چندان چالش ‌برانگیز نیست؛ اما در ساخت سازه‌های بزرگ قطعات بتنی در طبقات پایین حجم قابل توجهی از فضای مفید ساختمان را اشغال می‌کنند.
  • مدت زمان اجرای طولانی: پس از هر نوبت بتن ریزی باید منتظر طی شدن دوره کیورینگ (عمل آوری بتن) باشیم که مدت زمان اجرای سازه بتنی را طولانی می‌کند.
  • تخلیه بتن در ساختمان‌های مرتفع دشوار است: حمل بتن تا ارتفاع بلند ساختمان‌ها یک بحث چالشی است. عملیات بتن ریزی باید یکسره و در مدت زمان کوتاه انجام شود. این در حالی است که تخلیه بتن در ارتفاع زیاد عملیاتی سخت و زمانبر است. برای همین است که عموم سازه‌های بلند مرتبه را با استفاده از اسکلت‌های فلزی طراحی می‌کنند.

تحلیلی بر مقایسه سازه بتنی و فولادی

در این مطلب به دورنمایی از مزایا و محدودیت‌های سازه بتنی یا فولادی پرداخته ایم و حالا قرار است یکی از این دو سازه را انتخاب کنیم. لذا به بحث تحلیلی‌تر در مقایسه سازه فولادی و بتنی نیاز داریم. برای انجام این مقایسه به تحلیل مولفه‌های متنوع از قبیل موارد زیر می‌پردازیم.

  • از منظر طراحی و محاسبه
  • از منظر اجرا و نظارت
  • از منظر مدت زمان ساخت پروژه
  • از منظر هزینه اجرای سازه
  • از نظر کیفیت اجرای سازه

سازه بتنی

مقایسه روش طراحی و محاسبه در سازه های بتنی و فلزی

از نگاه عملیاتی طراحی سازه های فولادی به مراتب ساده‌تر از طراحی سازه های بتنی است. قطعات فولادین پس از طراحی در محل کارخانه ساخته می‌شوند و عموماً برای طراحی سازه‌های کوچک، با قطعات از پیش طراحی شده سر و کار داریم. لذا عملاً در ساختمان‌های کوچک روش طراحی سازه های فولادی ساده‌تر است. این در حالی است که برای طراحی سازه های بتنی با جزئیات زیاد مانند طول مهار میلگرد‌ها، ضخامت پوشش بتن‌ها، جای‌گذاری و محاسبه دقیق تعداد میلگرد‌ها و... سر و کار داریم. حتی در فاز طراحی ساختمان‌های بزرگ که نیاز به محاسبه تخصصی قطعات فولادی احساس می‌شود نیز استفاده از سازه فولادی ساده‌تر است.

مقایسه روش اجرا و نظارت سازه های بتنی و فولادی

از نگاه عملیاتی مراحل اجرا و نظارت سازه های بتنی دشوارتر از سازه های فولادی است. در حین اجرای سازه های بتنی به نظارت دائمی بررسی کیفیت مصالح، نوع اختلاط بتن و روش تخلیه بتن نیاز داریم. در عین حال با مراحل مختلف کار مانند حمل و نقل و اصولی بتن، تخلیه با سرعت عمل مناسب و در نهایت مراحل ارتعاش بتن که باید به دقت انجام شوند، سر و کار داریم که همگی آنها از چالش‌های اجرایی و نظارتی در سازه بتنی هستند.

اجرا و نظارت سازه های فولادی چالش‌های خاص خودش را دارد، اما در کل الگوی نظارت بر اجرای سازه های فولادی بسیار ساده‌تر از سازه های بتنی است. این در حالی است که اجرای سازه های بتنی در ساختمان‌های مرتفع دشوار است، زیرا حمل بتن به شکل یکپارچه در ارتفاع بلند چنین ساختمان‌هایی عملاً غیرممکن است و حمل توسط باکت بالابر‌ها نیز عملیاتی کاملا فرسایشی و زمان‌بر است. این دردسرها باعث شده تا سازه‌ها به نسبت ابعاد آنها تفکیک شوند. تا جاییکه حالا برای ساخت ساختمان‌های کوچک از سازه بتنی و برای اجرای ساختمان‌های بلند از سازه فولادی استفاده می‌کنند.

مقایسه مدت زمان اجرای سازه های بتنی و فولادی

از نگاه عملیاتی مدت زمان اجرای سازه های بتنی طولانی‌تر از اجرای سازه های فولادین است. زمان اجرای پروژه از بحث‌های گسترده در فعالیت‌های عمرانی است و گاهاً تحت تاثیر شرایط مختلف سازه مانند موانع قانونی، مشکلات مالی، موانع طراحی و... قرار دارد. در کل تفاوت مدت زمان اجرای سازه بتنی و سازه فولادی آنچنان نیست که تاثیر چشمگیر در روند اجرای پروژه داشته باشند.

اما اگر بخواهیم فارغ از بحث‌های جانبی، مقایسه انجام دهیم، سرعت اجرای سازه بتنی کند است. چرا که با بحث جامع کیورینگ بتن (عمل آوری بتن) مواجه هستیم. در نظر داشته باشید که ساختمان‌های بلند به شکل طبقه به طبقه ساخته می‌شوند و در پایان بتن ریزی هر طبقه به طی شدن مدت زمان عمل آوری بتن نیاز داریم. اما در اجرای سازه های فولادی با چنین چالشی مواجه نیستیم.

سازه بتنی

مقایسه هزینه اجرای سازه های بتنی و فولادی

هزینه یک بحث جامع است و تحت تاثیر مولفه‌های متفاوت تغییر می‌کند. با این وجود در کل و از نگاه عملیاتی هزینه ساخت اسکلت بتنی کمتر از اسکلت فولادی است. هزینه کمتر مزیت بزرگی برای اجرای سازه های بتنی است و در هر چه محبوب‌تر شدن و کاربردی‌تر بودن آنها نیز تاثیرگذار است.

بتن تماما از مصالح ارزان قیمتی ساخته می‌شود که در هر نوع سازه با هر ابعادی در کاهش هزینه اسکلت تاثیرگذار است. از طرفی هزینه ساخت سازه بتنی در طول اجرای پروژه سرشکن می‌شود. به شکلی که در آغاز پروژه نیازی به تهیه تمام مصالح نداریم و هزینه‌ها در مراحل مختلف بتن ریزی توزیع شده‌اند. این در حالی است که برای اجرای سازه فولادی باید تمامی قطعات فولادی را یکجا و در همان آغاز عملیات تهیه کنیم.

اما در بحث هزینه، بهتر است مدت زمان اجرای پروژه را نیز در نظر داشته باشید. در شرایط متغیر بازار که قیمت مصالح و یا دستمزد‌ها کاملا متغیر هستند، طولانی شدن پروژه‌ها گاها با هزینه‌های مضاعف و سنگین همراه می‌شوند.

مقایسه کیفیت در اجرای سازه های بتنی و فولادی

از منظر کیفی با بحث‌های کاملاً جامع سر و کار داریم که بسته به شرایط پروژه، ابعاد پروژه، ارتفاع ساختمان و حتی نوع طراحی سازه متفاوت است. اما اگر بخواهیم یک حساب سرانگشتی داشته باشیم، خیزش و لرزش سقف‌های بتنی به خاطر ضخامت بیشتر قطعات بتنی از سقف‌های فولادی کمتر است. شرایطی که قطعاً در مقاومت بارهای استاتیکی و دینامیکی سازه نیز تأثیرگذار است. لذا در سازه‌های کوچک کیفیت اجرای سازه بتنی بیشتر از سازه فولادی است. اما در ساختمان‌های بزرگ حجم زیاد قطعات بتنی دردسر‌های جدید می‌آفریند. زیرا متراژ قابل توجه از فضای ساختمان محدود شده است و در ارزش نهایی ملک تاثیر منفی می‌گذارد.

سازه بتنی یا فولادی؟

از لحاظ عملیاتی هر دو نوع سازه بتنی و یا سازه فولادی روش‌های کاربردی هستند که در نهایت به ساخت سازه‌های مقاوم می‌انجامد. اما در مرحله طراحی انتخاب نوع سازه با فاکتور‌های متنوع سر و کار دارد. در کل برای ساختمان‌های نه چندان بلند با ابعاد طبقات کوچک، بهره‌مندی از سازه های بتنی مناسب‌تر است. زیرا برای حمل و تخلیه بتن با مشکل جدی مواجه نمی‌شویم. در عین حال ابعاد قطعات بتنی آنچنان نیست که فضای بزرگی از سازه را اشغال کند. اما قیمت تمام شده آنها کمتر است که قطعاً در اجرای سازه‌های کوچک به چشم می‌آید. ولی برای سازه‌های بلند در ابعاد برج‌های ساختمانی نگاه عموم مهندسین برای استفاده از سازه فولادین است. زیرا روند اجرای پروژه در ارتفاع زیاد ساده است و فضای کمتری از محیط ساختمان خصوصاً در طبقات پایین اشغال شده است.

سازه بتنی بهتر است یا فولادی؟

سازه بتنی یا فولادی متداولترین روش ساخت سازه‌های بزرگ عمرانی هستند که هم اکنون در رقابت با هم برای احداث ساختمان‌های بلند مرتبه استفاده می‌شوند. روش‌های ساخت سازه‌های عمرانی متنوع است، اما برای احداث بناهای بزرگ و بلند مرتبه لاجرم باید یکی از این دو نوع سازه متداول یعنی سازه بتنی و یا سازه فولادی را انتخاب کنید.

سازه بتنی یا فولادی هر دو الگوهای طراحی استانداردی هستند و پس از سال‌ها حالا با انبوه روش‌ها و استانداردها و قوانین سفت و سخت اجرایی می‌شوند. سازه های بتنی به نسبت از سازه های فولادی جوان‌تر هستند و در این سال‌های اخیر کاملاً در کانون توجه سازندگان قرار گرفته‌اند. اما همچنان می‌توانیم حضور پررنگ و قدرتمند سازه‌های اسکلت فلزی را در سطح فضاهای شهری و حتی پروژه‌های گسترده عمرانی شاهد باشیم. سازه بتنی و یا سازه فولادی هرکدام مزایا و معایبی دارند که با توجه به نوع سازه، شرایط اقلیمی، ابعاد سازه و روش ساخت انتخاب می‌شوند. در این مطلب از تیم کارشناسی متسل موتور تخصصی جستجوی صنعت ساختمانی به بررسی این سازه‌ها پرداخته و می‌خواهیم در نگاهی جامع از مقایسه سازه بتنی و فولادی صحبت کنیم. همچنین برای خرید قطعه بتنی می‌توانید با همکاران ما تماس بگیرید.

سازه بتنی

مولفه‌های تاثیرگذار انتخاب سازه بتنی و فولادی

تکنولوژی ساخت سازه های بتنی و فولادی برای طراحی بناهای بسیار بزرگ و کاملاً مقاوم در مقابل بارهای دینامیکی مانند زلزله است. از زمانی که دنیای مدرن به ساخت سازه‌های بلند مرتبه فکر می‌کند، این روش‌های ساخت ابداع شده‌اند و هر روز نگاه مهندسی برای توسعه روش‌های ساخت آنها گسترش پیدا می‌کند. با آنکه نزدیک به یک قرن رقابت میان سازه بتنی و سازه فولادی ادامه پیدا کرده است؛ اما همچنان هر دو نوع سازه پیروز میدان هستند و در پروژه‌های مختلف از آنها استفاده می‌شود.

برای انتخاب نوع اسکلت سازه با مولفه‌های متعددی روبه‌رو هستیم. در بسیاری از موارد شرایط مالی مهمترین دلیل برای انتخاب سازه های بتنی و یا فولادین است. با این وجود مولفه‌های دیگر مانند شرایط محیطی، اقلیم و شرایط آب و هوایی، شرایط کاری و اجرایی، محدودیت‌های کارگاه عمرانی، موضوعات مدیریتی و سطح توانمندی‌ها و... در انتخاب میان اسکلت فلزی یا بتنی تاثیرگذار هستند. در ادامه این موضوعات را با نگاه موشکافانه‌تری بررسی می‌کنیم.

سازه های فولادی

برای ساخت اسکلت این سازه‌ها از قطعات بزرگ فولادین در طراحی یکپارچه استفاده می‌شود. اسکلت‌های فلزی روش کلاسیک ساخت سازه‌های بلند مرتبه هستند و سابقه بسیار طولانی‌تر از سازه های بتنی دارند. اگر چه در این سال‌ها کاملاً تحت تاثیر نفوذ سازه های بتنی قرار داشته‌اند؛ اما همچنان برای احداث ساختمان‌های بسیار بلند مورد توجه قرار می‌گیرند.

مزایای اسکلت یا سازه فولادی

  1. از خواص مکانیکی یکنواخت برخوردار هستند: قطعات فلزی در محل کارخانه و با نظارت دقیق ساخته می‌شوند و این دقت در ساخت باعث طراحی یکنواخت کلی سازه می‌شود.
  2. مقاومت بالایی دارند: مقاومت المان‌های فلزی به نسبت وزن آنها بسیار زیاد است. بنابراین مناسب طراحی سازه‌های مرتفع هستند. چرا که مقاومت بالای سازه را با وزن سبک‌تر به نسبت از بتن آرمه تامین می‌کنند.
  3. از خواص ارتجاعی برخوردار هستند: در طراحی سازه‌های فلزی از خواص ارتجاعی آن برای مهار تنش‌های سازه‌ای و پیروی از قانون هوک استفاده می‌کنند.
  4. دورریز مصالح ناچیز است: تقریبا هیچ قطعه فلزی مازاد در مراحل ساخت سازه فولادی وجود ندارد و هر نوع بخش‌های باقیمانده از برش پروفیل‌ها و قطعات فلزی قابلیت بازیافت مجدد دارند.
  5. از سرعت نصب بالایی برخوردار است: سرعت نصب قطعات فلزی در سازه فولادی خیلی بیشتر از سازه بتنی است و در سرعت بخشیدن به عملیات عمرانی کاملاً تأثیرگذار است. دقت کنید که در پروژه‌های بتنی با مدت دوره کیورینگ بتن سروکار داریم که مراحل اجرای ساخت سازه بتنی را کاملاً کند می‌کند.
  6. اشغال فضا توسط اسکلت فلزی کم است: برای ساخت دو عضو با مقاومت یکسان، عضو ساخته شده در اسکلت فلزی ابعاد کوچکتری به نسبت عضو بتنی دارد. به این ترتیب سازه فولادی حجم کمتری از فضای مفید داخل ساختمان را اشغال می‌کند.
  7. شکل پذیری عالی دارند: شکل پذیری از ویژگی‌های برجسته سازه های فولادی است که دست ما را در طراحی سازه‌ها با الگوهای متفاوت باز می‌گذارد. همچنین اسکلت فولادی در تحمل نیروهای دینامیکی و بارهای ضربه‌ای عملکرد ایده‌آل دارند.
  8. روش اجرای ساده‌ای دارند: مراحل نصب قطعات فولادین ساده است و فرمتی شبیه یک جورچین خیلی بزرگ را دارند. این در حالی است که برای حمل بتن تا ارتفاع بلند سازه‌های ساختمانی همواره با مشکلات جدی سر و کله می‌زنیم.

معایب یا محدودیت‌های سازه فولادی

سازه های فولادی در کنار تمام مزایایی که دارند، از محدودیت‌ها و یا معایبی نیز برخوردار هستند که عموماً ریشه در روش‌های محاسبات غلط و یا اجرایی نامناسب دارد. از جمله:

  • در مقابل افزایش دمای محیط عملکرد ضعیفی دارند: مقاومت سازه های فولادین در صورت افزایش دمای محیط کاهش پیدا می‌کند. البته چنین شرایطی در حالت عادی پیش نمی‌آید؛ اما در مواقع آتش سوزی‌ها که دمای ساختمان به شدت در حال افزایش است، همواره احتمال سقوط سازه فولادی وجود دارد.
  • خوردگی فولاد در مقابل عوامل جوی زیاد است: رطوبت محیط و جریان آب چه از محیط بیرون ساختمان و یا مشکلات درون ساختمان خطر خوردگی و فرسایش اسکلت فلزی را به دنبال دارد.
  • احتمال کمانش در قطعات فلزی زیاد است: قطعات فلزی تماماً در سطح مقطع‌های باریک به نسبت قطعات بتنی ساخته می‌شوند که ممکن است در اثر فشارهای جانبی دچار کمانش شوند.
  • اتصال نامناسب از مقاومت سازه فولادی می‌کاهد: قطعات فولادین به روش‌های مختلف مانند اتصال جوشی و یا پیچ و مهره‌ای به یکدیگر متصل می‌شوند و گاها نوع اتصال ضعیف سازه باعث از دست رفتن مقاومت سازه می‌شود. این مشکل در اتصال‌های جوشی نمایان‌تر است و ممکن است به علت عدم مهارت جوشکاران شرایط مناسب اتصال قطعات فولادی ایجاد نشود.

سازه فولادی

سازه های بتنی

سازه بتنی ایده جدیدتری به نسبت سازه‌های فلزی است و در ساخت آن از قابلیت برتر بتن استفاده شده است. بتن مصالح ارزان قیمتی است که به راحتی از ترکیب ساده مصالح مانند شن و ماسه، سیمان و آب تهیه می‌شود و مقاومت و ماندگاری بالایی دارد. ساختار بتن آرمه از شکل‌گیری شبکه میلگردهای فولادین با پوشش بتنی یک راهکار کاملاً قدرتمند و ماندگار برای خلق هر نوع سازه سنگین ساختمانی و عمرانی است.

مزایای طراحی سازه های بتنی

  1. بتن متریال ارزان قیمتی است: مصالح ساخت بتن که ترکیبی از شن، ماسه، سیمان، آب و دیگر افزودنی‌های بتن است، همگی ارزان قیمت هستند و به راحتی در دسترس قرار می‌گیرند.
  2. عمر مفید قطعات بتنی طولانی است: بتن متریالی کاملا مقاوم در برابر ناملایمات جوی و یا حملات شیمیایی و محیط‌های قلیایی است. لذا مقاومت سازه بتنی در مقابل ناملایمات جوی از سازه فولادی بیشتر است.
  3. شکل پذیری مناسب بتن: بتن در فاز مقدماتی حالت سیال گونه دارد که به راحتی در هر نوع قالب بتنی حرکت کرده و شکل پذیری عالی دارد. در اجرای سازه بتنی دست ما برای طراحی اشکال گوناگون هندسی باز است.
  4. در برابر افزایش دما و آتش سوزی مقاوم هستند: سازه های بتنی در نقطه مقابل سازه های فولادی تحمل هر نوع افزایش حرارت را دارند و به راحتی در تنش‌های سنگین دمایی مانند آتش سوزی‌ها تسلیم نمی‌شوند.

معایب یا محدودیت‌های سازه بتنی

در کنار تمامی مزایای مطرح شده سازه های بتنی برخی محدودیت‌ها نیز دارند که اجرای آنها در بسیاری از پروژه‌های عمرانی را دشوار و گاهاً غیرممکن می‌کند. مانند:

  • بتن آرمه در مرحله اجرا همگن نیست: در فاز طراحی ساختار بتن آرمه را یک ترکیب همگن در نظر می‌گیرند. اما در عمل این طور نیست و ممکن است این دو به خوبی یکدیگر را همپوشانی نکنند. خصوصاً که همواره احتمال باقی ماندن مقدار زیاد حباب‌های هوا در اعماق بتن وجود دارد.
  • احتمال خطای ساخت زیاد است: در مرحله اجرا خصوصاً هنگام بتن ریزی در قالب‌ها احتمال وقوع مشکلات جدی مانند از تراز خارج شدن قالب و یا نشت بتن و... زیاد است. همچنین ممکن است با مشکلات مانند دو فاز شدن بتن، کرمو شدن بتن و... روبه‌رو شویم.
  • مقاومت واقعی با مقاومت پیش فرض سازه متفاوت است: همواره این احتمال وجود دارد که سازه های بتنی ایجاد شده از مقاومت کمتر از مقدار محاسبه شده برخوردار باشد.
  • قطعات بتنی فضای بزرگی را اشغال می‌کنند: در طراحی سازه‌های کوچک، حجم ستون‌های بتنی چندان چالش ‌برانگیز نیست؛ اما در ساخت سازه‌های بزرگ قطعات بتنی در طبقات پایین حجم قابل توجهی از فضای مفید ساختمان را اشغال می‌کنند.
  • مدت زمان اجرای طولانی: پس از هر نوبت بتن ریزی باید منتظر طی شدن دوره کیورینگ (عمل آوری بتن) باشیم که مدت زمان اجرای سازه بتنی را طولانی می‌کند.
  • تخلیه بتن در ساختمان‌های مرتفع دشوار است: حمل بتن تا ارتفاع بلند ساختمان‌ها یک بحث چالشی است. عملیات بتن ریزی باید یکسره و در مدت زمان کوتاه انجام شود. این در حالی است که تخلیه بتن در ارتفاع زیاد عملیاتی سخت و زمانبر است. برای همین است که عموم سازه‌های بلند مرتبه را با استفاده از اسکلت‌های فلزی طراحی می‌کنند.

تحلیلی بر مقایسه سازه بتنی و فولادی

در این مطلب به دورنمایی از مزایا و محدودیت‌های سازه بتنی یا فولادی پرداخته ایم و حالا قرار است یکی از این دو سازه را انتخاب کنیم. لذا به بحث تحلیلی‌تر در مقایسه سازه فولادی و بتنی نیاز داریم. برای انجام این مقایسه به تحلیل مولفه‌های متنوع از قبیل موارد زیر می‌پردازیم.

  • از منظر طراحی و محاسبه
  • از منظر اجرا و نظارت
  • از منظر مدت زمان ساخت پروژه
  • از منظر هزینه اجرای سازه
  • از نظر کیفیت اجرای سازه

سازه بتنی

مقایسه روش طراحی و محاسبه در سازه های بتنی و فلزی

از نگاه عملیاتی طراحی سازه های فولادی به مراتب ساده‌تر از طراحی سازه های بتنی است. قطعات فولادین پس از طراحی در محل کارخانه ساخته می‌شوند و عموماً برای طراحی سازه‌های کوچک، با قطعات از پیش طراحی شده سر و کار داریم. لذا عملاً در ساختمان‌های کوچک روش طراحی سازه های فولادی ساده‌تر است. این در حالی است که برای طراحی سازه های بتنی با جزئیات زیاد مانند طول مهار میلگرد‌ها، ضخامت پوشش بتن‌ها، جای‌گذاری و محاسبه دقیق تعداد میلگرد‌ها و... سر و کار داریم. حتی در فاز طراحی ساختمان‌های بزرگ که نیاز به محاسبه تخصصی قطعات فولادی احساس می‌شود نیز استفاده از سازه فولادی ساده‌تر است.

مقایسه روش اجرا و نظارت سازه های بتنی و فولادی

از نگاه عملیاتی مراحل اجرا و نظارت سازه های بتنی دشوارتر از سازه های فولادی است. در حین اجرای سازه های بتنی به نظارت دائمی بررسی کیفیت مصالح، نوع اختلاط بتن و روش تخلیه بتن نیاز داریم. در عین حال با مراحل مختلف کار مانند حمل و نقل و اصولی بتن، تخلیه با سرعت عمل مناسب و در نهایت مراحل ارتعاش بتن که باید به دقت انجام شوند، سر و کار داریم که همگی آنها از چالش‌های اجرایی و نظارتی در سازه بتنی هستند.

اجرا و نظارت سازه های فولادی چالش‌های خاص خودش را دارد، اما در کل الگوی نظارت بر اجرای سازه های فولادی بسیار ساده‌تر از سازه های بتنی است. این در حالی است که اجرای سازه های بتنی در ساختمان‌های مرتفع دشوار است، زیرا حمل بتن به شکل یکپارچه در ارتفاع بلند چنین ساختمان‌هایی عملاً غیرممکن است و حمل توسط باکت بالابر‌ها نیز عملیاتی کاملا فرسایشی و زمان‌بر است. این دردسرها باعث شده تا سازه‌ها به نسبت ابعاد آنها تفکیک شوند. تا جاییکه حالا برای ساخت ساختمان‌های کوچک از سازه بتنی و برای اجرای ساختمان‌های بلند از سازه فولادی استفاده می‌کنند.

مقایسه مدت زمان اجرای سازه های بتنی و فولادی

از نگاه عملیاتی مدت زمان اجرای سازه های بتنی طولانی‌تر از اجرای سازه های فولادین است. زمان اجرای پروژه از بحث‌های گسترده در فعالیت‌های عمرانی است و گاهاً تحت تاثیر شرایط مختلف سازه مانند موانع قانونی، مشکلات مالی، موانع طراحی و... قرار دارد. در کل تفاوت مدت زمان اجرای سازه بتنی و سازه فولادی آنچنان نیست که تاثیر چشمگیر در روند اجرای پروژه داشته باشند.

اما اگر بخواهیم فارغ از بحث‌های جانبی، مقایسه انجام دهیم، سرعت اجرای سازه بتنی کند است. چرا که با بحث جامع کیورینگ بتن (عمل آوری بتن) مواجه هستیم. در نظر داشته باشید که ساختمان‌های بلند به شکل طبقه به طبقه ساخته می‌شوند و در پایان بتن ریزی هر طبقه به طی شدن مدت زمان عمل آوری بتن نیاز داریم. اما در اجرای سازه های فولادی با چنین چالشی مواجه نیستیم.

سازه بتنی

مقایسه هزینه اجرای سازه های بتنی و فولادی

هزینه یک بحث جامع است و تحت تاثیر مولفه‌های متفاوت تغییر می‌کند. با این وجود در کل و از نگاه عملیاتی هزینه ساخت اسکلت بتنی کمتر از اسکلت فولادی است. هزینه کمتر مزیت بزرگی برای اجرای سازه های بتنی است و در هر چه محبوب‌تر شدن و کاربردی‌تر بودن آنها نیز تاثیرگذار است.

بتن تماما از مصالح ارزان قیمتی ساخته می‌شود که در هر نوع سازه با هر ابعادی در کاهش هزینه اسکلت تاثیرگذار است. از طرفی هزینه ساخت سازه بتنی در طول اجرای پروژه سرشکن می‌شود. به شکلی که در آغاز پروژه نیازی به تهیه تمام مصالح نداریم و هزینه‌ها در مراحل مختلف بتن ریزی توزیع شده‌اند. این در حالی است که برای اجرای سازه فولادی باید تمامی قطعات فولادی را یکجا و در همان آغاز عملیات تهیه کنیم.

اما در بحث هزینه، بهتر است مدت زمان اجرای پروژه را نیز در نظر داشته باشید. در شرایط متغیر بازار که قیمت مصالح و یا دستمزد‌ها کاملا متغیر هستند، طولانی شدن پروژه‌ها گاها با هزینه‌های مضاعف و سنگین همراه می‌شوند.

مقایسه کیفیت در اجرای سازه های بتنی و فولادی

از منظر کیفی با بحث‌های کاملاً جامع سر و کار داریم که بسته به شرایط پروژه، ابعاد پروژه، ارتفاع ساختمان و حتی نوع طراحی سازه متفاوت است. اما اگر بخواهیم یک حساب سرانگشتی داشته باشیم، خیزش و لرزش سقف‌های بتنی به خاطر ضخامت بیشتر قطعات بتنی از سقف‌های فولادی کمتر است. شرایطی که قطعاً در مقاومت بارهای استاتیکی و دینامیکی سازه نیز تأثیرگذار است. لذا در سازه‌های کوچک کیفیت اجرای سازه بتنی بیشتر از سازه فولادی است. اما در ساختمان‌های بزرگ حجم زیاد قطعات بتنی دردسر‌های جدید می‌آفریند. زیرا متراژ قابل توجه از فضای ساختمان محدود شده است و در ارزش نهایی ملک تاثیر منفی می‌گذارد.

سازه بتنی یا فولادی؟

از لحاظ عملیاتی هر دو نوع سازه بتنی و یا سازه فولادی روش‌های کاربردی هستند که در نهایت به ساخت سازه‌های مقاوم می‌انجامد. اما در مرحله طراحی انتخاب نوع سازه با فاکتور‌های متنوع سر و کار دارد. در کل برای ساختمان‌های نه چندان بلند با ابعاد طبقات کوچک، بهره‌مندی از سازه های بتنی مناسب‌تر است. زیرا برای حمل و تخلیه بتن با مشکل جدی مواجه نمی‌شویم. در عین حال ابعاد قطعات بتنی آنچنان نیست که فضای بزرگی از سازه را اشغال کند. اما قیمت تمام شده آنها کمتر است که قطعاً در اجرای سازه‌های کوچک به چشم می‌آید. ولی برای سازه‌های بلند در ابعاد برج‌های ساختمانی نگاه عموم مهندسین برای استفاده از سازه فولادین است. زیرا روند اجرای پروژه در ارتفاع زیاد ساده است و فضای کمتری از محیط ساختمان خصوصاً در طبقات پایین اشغال شده است.