پرسش تفاوت سازه های بتنی و فلزی چیست؟ اسکلت فلزی بهتر است یا بتنی؟ این اتفاق برای بسیاری از فعالان ساختمانی رخ خواهد داد. متداول ترین روش های ساخت ساختمان در سراسر جهان سه روش است: ساختمان با مصالح بنایی ، ساختمان با اسکلت فولادی و ساختمان با اسکلت بتنی. در ایران از این روش ها برای ساخت پروژه های ساختمانی استفاده می شود که در این مقاله با سازه بتنی یا فلزی آشنا می شویم و در پایان مقاله در رادیاب این دو از نظر قیمت، مقاومت، قطعات، سرعت، اندازه و وزن با یکدیگر مقایسه و مهم ترین تفاوت سازه بتنی و فولادی را بیان و به پرسش سازه بتنی بهتر است یا سازه فولادی ؟ پاسخ خواهیم داد.

ویژگی های سازه بتنی

 بتن یک کلمه فرانسوی است که به طور کلی به هر ماده یا ترکیبی از یک ماده چسبنده با خاصیت سیمانی شدن تشکیل شده باشد گفته می‌شود. این متریال بعد از آب یکی از پرکاربردترین مصالح در ساخت و ساز می باشد و دارای خواصی نظیر سازگاری، دوام و سهولت ساخت می باشد و به هر شکلی قالب گیری می شود.

سازه های بتنی در برابر نیروهایی مانند مقاومت خود سازه بسیار مقاوم هستند، اما نمی توانند تنش را به طور موثر کنترل کنند. به همین دلیل اکثر سازه های بتنی با میلگردهای فولادی تقویت و شیوه های تقویت ستون های فولادی می شوند تا مقاومت بیشتری در برابر بارهای کششی ایجاد کنند. به این اتصال بتن مسلح می گویند. سازه های بتنی را می توان به روش های مختلف و با استفاده از انواع مختلف بتن ساخت. سه نوع متداول از این روش ها عبارتند از:

•     بتن سیمانی معمولی
•     بتن مسلح
•     بتن پیش تنیده

در ادامه پرسش سازه بتنی بهتر است یا سازه فولادی ؟ باید بگوییم که بتن سیمانی معمولی از مخلوطی از سیمان، سنگدانه های درشت (شن)، سنگدانه های ریز (ماسه) و آب به نسبت از پیش تعیین شده مطابق با الزامات طراحی تولید می شود. هنگامی که ترکیب این ماده سخت می شود، این مواد به یک توده همگن تبدیل می شوند. سازه های ساخته شده از بتن سیمانی ساده دارای مقاومت فشاری بالایی هستند، اما عملاً مقاومت کششی ندارند.

کاربردهای مربوط به سازه های بتنی

بتن مسلح به طور ایده آل برای کف، سقف، ستون ها و تیرها در سازه های مسکونی و تجاری مناسب است. در حال حاضر از بتن مسلح برای ساخت پله های با دهانه کوچک، متوسط و بلند استفاده می شود که از نظر زیبایی و ساختار برتر و مقرون به صرفه بودن نسبت به پل های فولادی برتری دارند.

ویژگی های سازه فولادی یا فلزی

این یک فولاد آلیاژی است که از آهن، کربن و سایر عناصر تشکیل شده است و با توجه به ترکیب شیمیایی آن به فولاد سبک، فولاد کربن متوسط، فولاد پرکربن، فولاد کم آلیاژ یا فولاد آلیاژی طبقه بندی می شود. همانطور که از نام آن پیداست، سازه فولادی، سازه ای از فولاد است. شکل و خواص سازه های فولادی بر اساس استانداردهایی مانند استانداردهای موسسه فولاد آمریکا (AISC) تنظیم می شود. 

پروفیل های اسکلت فولادی عمدتا در نوع نورد گرم تولید می شوند. به پروفیل های ساخته شده در کارخانه های متالورژی؛ این نورد گرم نامیده می شود و اینها اتصالاتی هستند که در خارج از کارخانه های ساختمانی با ابزارهای مختلف به هم متصل می شوند. گفته می شود پروفیل های نورد سرد انواع مختلفی دارند.

به عنوان یک قاعده، هنگام طراحی سازه های فولادی، لازم است هر عنصری که دارای مقطع فولادی باشد، طراحی شود. این عناصر شامل تیرها، ستون ها، مهاربندها، سقف های کامپوزیت ساده و عرشه های فولادی و حتی دیوارهای برشی فولادی است. شایان ذکر است که هر یک از این اعضا برای نیروهای مختلف و در موقعیت های مختلف طراحی شده اند.

کاربردهای سازه فولادی

از مهمترین کاربردهای سازه های فلزی می توان به موارد زیر اشاره کرد:

•     ساخت ساختمان های بلند به دلیل استحکام، وزن کم و سرعت ساخت بالا
•     ساخت سازه های صنعتی یا انبار به دلیل قابلیت ایجاد فضاهای بزرگ با هزینه کم
•     احداث ساختمان های مسکونی برای افزایش زیرساخت های ملک
•     ساخت سازه های فضایی موقت که به سرعت راه اندازی و جمع آوری می شوند.
•     سازه های نورد سرد یا قاب LSF که بیشتر در ساختمان های ویلایی خارج از شهر استفاده می شود.

قیمت، سازه بتنی بهتر است یا سازه فولادی ؟

اکثر فولادهای تولید شده امروزه از مواد بازیافتی ساخته می شوند. فولاد A992 نوعی از این مواد است که از بازیافت زباله های تخریب شده ساختمان به دست می آید و نسبت به سایر مواد بسیار ارزان تر است. در حالی که قیمت فولاد می تواند نوسان داشته باشد، معمولا ارزان تر از بتن مسلح است.
مزیت بزرگ بتن این است که قیمت آن نسبتا ثابت است. از طرف دیگر، این ماده نیز نیاز به مراقبت مداوم دارد، به این معنی که هزینه های اضافی در طول عمر مفید آن ایجاد می شود.

عرضه و تقاضا نیز می تواند بر در دسترس بودن بتن تأثیر بگذارد. نکته دیگری که باید در نظر داشت طولانی بودن اجرای آن هزینه است زیرا باعث افزایش هزینه روزانه کارکنان می شود.

استقامت، سازه بتنی بهتر است یا سازه فولادی ؟

ساختار فولادی بسیار قوی و شکل پذیر است و آن را به یکی از مصالح پیشرو مورد استفاده در ساخت و سازهای تجاری و صنعتی تبدیل می کند.
بتن که یک ماده مرکب از سیمان، ماسه، ماسه و آب است نیز دارای مقاومت فشاری نسبتا بالایی است، اما همانطور که گفته شد فاقد مقاومت کششی است. برای افزایش مقاومت کششی، شکل پذیری و استحکام سازه، بتن باید با آرماتور فولادی تقویت شود.

انطباق پذیری، سازه بتنی بهتر است یا سازه فولادی ؟

فولاد یک ماده انعطاف پذیر است که می تواند در طیف گسترده ای از طرح ها و برای طیف گسترده ای از کاربردها ساخته شود. فولاد همچنین به دلیل شکل‌پذیری، گزینه‌های معماری مختلفی را ارائه می‌دهد که سایر مصالح مانند بتن نمی‌توانند با آن رقابت کنند. به همین دلیل، اگرچه بتن را می توان به روش های مختلفی قالب بندی کرد، اما با محدودیت های ارتفاع ساختمان از کف تا کف و دهانه های باز و طولانی مواجه است.

مقاومت در برابر آب و هوا و خوردگی، سازه بتنی بهتر است یا سازه فولادی ؟

فولاد در صورت قرار گرفتن در معرض آب بدون پوشش مناسب می تواند خورده شود و این می تواند بر ایمنی سازه تأثیر بگذارد. متخصصان باید در فرآیندهایی مانند عملیات ضد خوردگی و رنگ آمیزی سطح در برابر آب از فولاد مراقبت کنند. هنگام اعمال این فرآیندها، باید به گونه ای انجام شوند که با فرآیندهای ضد حریق سازی فولاد سازگار باشند.

بتن مسلح بسته به نوع سیمانی که از آن ساخته می شود، ضد آب بوده و خوردگی نمی کند. اگر فولاد در معرض یون های کلرید در آب قرار گیرد، در معرض خطر قرار می گیرد و به راحتی می تواند خورده شود و استحکام سازه را به خطر بیندازد. تصمیمات و انتخاب های اشتباه می تواند بسیار مضر باشد. به همین دلیل است که باید از کیفیت پیمانکاران و طراحان اطمینان حاصل کنیم.

جنبه های زیست محیطی بتن و فولاد، سازه بتنی بهتر است یا سازه فولادی ؟

همانطور که گفته شد، بتن ماده ای است که اغلب از منابع محلی تهیه می شود و بنابراین معمولاً برای انتقال به تاسیسات ساختمان به حداقل انرژی نیاز دارد.
میلگرد موجود در بتن مسلح نیز اغلب از فولاد بازیافتی ساخته می شود. در پایان عمر سازه، بتن را می توان خرد و بازیافت کرد، اما مواد بازیافتی را نمی توان برای بتن ساختمان جدید استفاده کرد.

بازیافت فولاد یک کار بسیار مهم برای حفظ محیط زیست است. بازیافت فولاد مصرف منابع طبیعی را تا حد زیادی کاهش می دهد و دیگر نیازی به حفر معادن با این ابعاد نخواهیم داشت.

طبق آمار، 85 درصد از فولاد ساختمان بازیافت می شود، فرآیندی که با استفاده از کوره های آلیاژی بزرگ امکان پذیر شده است. فرآوری فولاد شامل چهار مرحله است. ضایعات فلزی باید از قبل به طور کامل طبقه بندی و انباشته شوند. هر قطعه فلزی که در ترکیب خود حاوی آهن و فولاد باشد نیز در کنار فولادها قرار می گیرد تا فولاد از آن جدا و بازیافت شود.

در مراکز انباشت، ابتدا ضایعات فلزی طبقه بندی می شود، سپس ضایعات به مراکز بازیافت تحویل داده می شود و در آنجا ابتدا خرد شده و سپس به صورت ورق یا شمش توسط کوره های قوس الکتریکی ذوب و فولاد آن به فولادسازان فروخته می شود، اما این فرآیند جزئیات بسیاری دارد.

تعمیر و نگهداری، سازه بتنی بهتر است یا سازه فولادی ؟

فولاد به حداقل تعمیر و نگهداری نیاز دارد و به سرعت و به راحتی قابل تعمیر است. نیازها و هزینه های نگهداری مادام العمر آن نیز در طول عمر ساختمان کم است. علاوه بر این، فولاد مقاوم در برابر آب و هوا و آفتاب بوده و برای افزایش این مقاومت می توان با روکش هایی پوشاند و همچنین به دلیل دوام، طول عمر بیشتری نسبت به بتن دارد.

سقف فلزی با پوشش محافظ می تواند 40 سال یا بیشتر دوام بیاورد. اگر تکه ای از فولاد خراب شود، فقط باید قسمت آسیب دیده را با یک قطعه جدید تعویض کنید. در عین حال تعمیر بتن به زمان و مهارت بیشتر و زمان بیشتری برای تکمیل نیاز دارد. هزینه تعمیر احتمالاً بیشتر از تعمیر مقاوم سازی و بهسازی سازه فلزی مشابه است.

حجم و اندازه، سازه بتنی بهتر است یا سازه فولادی ؟

اگر به پروژه های ساختمانی بزرگ مانند ساخت تونل ها، پل ها و سدها نگاه کنیم، متوجه می شویم که بتن اغلب بهترین گزینه است. بتن می تواند به اشکال مختلف مورد نیاز پروژه باشد. با این حال، این ماده همیشه انتخاب خوبی برای ساخت و ساز ساختمان نیست، زیرا در ساختمان های کوچک، اعضای سازه بتنی می توانند بسیاری از فونداسیون قابل استفاده ساختمان را از بین ببرند.

وزن بتن همچنین عرض دهانه سازه را محدود می کند و ستون های بتنی مورد نیاز برای تحمل این وزن زیاد هیچ مزیتی فضا و مواد و مصالح زیادی را مصرف می‌کنند که وجه اقتصادی مناسبی ندارد. با بتن، بهره برداری از ویژگی های معماری مانند برآمدگی ها و بالکن ها دشوار می شود و ما اغلب در نصب صفحات شیشه ای بزرگ با مشکل مواجه هستیم.

از سوی دیگر، فولاد نسبت وزن به مقاومت بالاتری دارد که به طراح و مالک گزینه های زیادی می دهد که در ساختمان بتنی موجود نیست. به عنوان مثال، سوله‌های فلزی بزرگ می توانند بسیار گسترده تر باشند و دهانه‌های بدون ستون و یکسره گاهی تا 90 متر می رسند. فولاد همچنین می تواند به راحتی نیاز به فضای عمودی بیشتر را برطرف کند. بنابراین، ارتفاع سازه فولادی بیش از 40 فوت (12 متر) است.

مقاومت در برابر زلزله

معمولاً این تصور غلط وجود دارد که سازه های فولادی در برابر زلزله مقاومت بیشتری دارند یا برعکس. این ایده اساساً با این واقعیت اشتباه است که هم سیستم بتنی و هم سیستم فلزی را می توان برای مقاومت های مختلفی طراحی کرد که هر دو در زلزله به دلخواه عمل می کنند. در واقع یک عامل مهم طراحی صحیح سازه است.

طول عمر

این واقعیت وجود دارد که سازه های بتنی عمر طراحی دارند، به این معنی که سازه بتنی برای سن خاصی طراحی شده است، حتی اگر 50 یا 60 سال باشد. بتن در طول زمان دچار نوساناتی می شود که در نهایت بر عملکرد سازه در هنگام زلزله تاثیر منفی می گذارد. اما در سازه های فولادی با افزایش طول عمر مشکلی برای کاهش مقاومت وجود ندارد که این یک مزیت برای سازه های فولادی است.

ارزش اسقاط

معمولاً در ساختمان های معمولی کشور کمتر به موضوع تخریب سازه توجه می شود، به این معنی که در هنگام تخریب سازه ساختمان های فلزی ارزش تخریب بسیار بالاتری دارند و هزینه تخریب کمتری دارند. این همچنین می تواند یک مزیت برای یک قاب فولادی باشد.

مقاومت در برابر آتش سوزی

مقاومت فولاد در برابر آتش از این جهت کم است که در هنگام گرم شدن مقاومت خود را از دست می دهد، در حالی که سازه بتنی مقاومت بسیار بیشتری در برابر آتش نشان می دهد. البته لازم به ذکر است که انجام تمهیداتی در سازه های فلزی که بعضاً گران هستند می تواند مقاومت آن در برابر آتش را افزایش دهد. مقاله مقاوم سازی بنا در برابر بلاهای طبیعی چگونه است؟ را نیز مطالعه کنید.

سخن آخر

مزایا و معایب سازه بتنی یا فلزی نسبت به یکدیگر و در واقع اختلاف بین سازه بتنی و فولادی به گونه ای است که می توانند به یافتن پاسخ مناسب برای این سوال کمک کنند که سازه بتنی بهتر است یا سازه فولادی ؟ در هر صورت این مقاله به مهم ترین تفاوت سازه بتنی و فولادی اشاره کرده است. البته برتری یکی از این دو بر دیگری بستگی به جنبه های فنی و غیر فنی طراحی خواهد داشت و به طور کلی یکی نمی تواند از دیگری برتری داشته باشد.