سازه بتنی بهتر است یا سازه فولادی؟

بتن و فولاد جزو اصلی‌ترین مصالح ساخت ساختمان به حساب می‌آیند که هرکدام مزایا و معایب مخصوص خود را دارند. اگر به ساختمان‌های شهر خود نگاه کنید، می‌بینید که اسکلت آن‌ها یا از بتن ساخته شده و یا از فولاد. اما همواره این سوال مطرح بوده که سازه بتنی بهتر است یا سازه فولادی؟ (Concrete or steel structure) این سوال یک جواب مشخص ندارد بلکه پاسخ آن به عوامل مختلفی وابسته است، در بعضی جاها بهتر است از اسکلت فولادی استفاده کرد اما بعضی موقعیت ها هم اسکلت بتنی را ترجیح می‌دهند. شرایط آب و هوایی، بودجه پروژه، نظر مهندسین و کارفرما، همه عواملی هستند که در انتخاب فولاد یا بتن تاثیرگذار خواهند بود. در ادامه به بررسی سازه‌های بتنی و فولادی و مزایا و معایب آن‌ها می‌پرداریم.

4 مزیت مهم ساختمان های بتنی

1. قیمت مناسب و در دسترس بودن یکی از مهم‌ترین ویژگی‌های ساختمان بتنی است. شن و ماسه که دو ماده اصلی تولید بتن هستند، با قیمت پایین و به وفور یافت می‌شوند.

2. مقاومت بالا یکی دیگر از مزایایی است که هر اسکلتی به آن احتیاج دارد. میزان استحکام بتن آنقدر زیاد است که می‌تواند در برابر بدترین آب و هوا هم طاقت بیاورد و مقاومت کند. اما به این شرط که بر اساس استانداردها پایه ریزی شده باشد.

3. اسکلت‌های بتنی قبل از اینکه سفت شوند قابلیت سیال شدن را نیز دارند یعنی می‌توانید آن‌ها را به شکل هندسی دلخواه خود دربیاورید. این ویژگی، از بهترین مزایای سازه بتنی است که هر ماده‌ای آن را ندارد.

4. از دیگر مزایای این سازه‌ها می‌توان به مقاومت بالا در برابر حرارت و آتش‌سوزی اشاره کرد که خیال شما را از بابت ساختمان‌هایی که بیشتر در معرض خطر آتش‌سوزی هستند، راحت می‌کند.

معایب سازه‌های بتنی

حالا که از مزیت‌های بتن صحبت کردیم بد نیست کمی هم شما را با معایب آن آشنا کنیم، چراکه هر چیزی در کنار مزایا، معایب مخصوص به خود را نیز دارد. ساختمان‌های بتنی در هر مرحله معایبی دارند که در ادامه به 4 مورد از آن‌ها اشاره می‌کنیم.

1. معمولا در مرحله طراحی، بتن و فولاد دو ماده همگن به حساب می‌آیند اما این تصور اشتباه است.

2. بعد از طراحی که وارد مرحله ساخت و ساز می‌شویم، خطاهای ساخت در پروژه‌های بتنی خود را نشان می‌دهند، شرایط آب و هوایی مناسب و مهارت بالا برای کمتر کردن این خطاها لازم است.

3. گاهی اوقات استحکام یک سازه بتنی، کمتر از چیزی است که تصور می‌شود. مثلا ممکن است در محاسبات، مقاومت بتن بیشتر از حد واقعی حساب شده باشد.

4. محل قرارگیری میلگردها و ابعاد و اندازه آن‌ها در سازه‌های بتنی، می‌تواند با محسابات مهندسین مغایرت داشته باشد.

مزایای سازه ‌های فولادی

1. از قدیم‌الایام، فولاد همیشه نماد مقاومت بوده و یکی از اصلی‌ترین ویژگی‌های یک سازه فولادی نیز مقاومت و استحکام آن است. نسبت مقاومت به وزن سازه فولادی در مقایسه با بتن بزرگ‌تر است.

2. فلز دارای خاصیت‌های یکنواخت است چون نحوه تولید آن با بتن متفاوت بوده و با نظارت دقیق‌تری تولید می‌شود. پس بر خلاف بتن می‌توان از یکنواخت بودن خواص آن مطمئن بود.

3. خواص ارتجاعی از دیگر مزایای فولاد محسوب می‌شود که در طراحی مورد استفاده قرار گرفته و می‌تواند فشارها و تنش‌های بالا را تحمل کند.

4. اگر بخواهیم از نظر سرعت در نصب و اجرا، سازه بتنی را با فلزی مقایسه کنیم، باید گفت که نصب و اجرای اسکلت فلزی علاوه بر اینکه راحت‌تر است، سریع‌تر هم انجام می‌شود.

5. وقتی سازه فولادی ما تکمیل شد، می‌توان با برش قطعات اضافه، از آن‌ها استفاده مفید و بهینه کرد. اما این قابلیت در سازه بتنی وجود ندارد و اگر مصالح اضافه باشد، باید آن‌ها را دور ریخت. به طور کلی پرت مصالح در بتن بیشتر از فلز است.

6. حتی اگر مقاومت بتن و فولاد را یکی در نظر بگیریم، بازهم میزان فضایی که بتن اشغال می‌کند بیشتر از فولاد است. برای داشتن یک سازه ظریف و در عین حال مستحکم، فولاد می‌تواند کار شما را راه بیندازد چون فضای کمی را به کار می‌گیرد.

7. تغییر شکل و شکل پذیری، یکی دیگر از مزایای مهم سازه فولادی است. یعنی وقتی فولاد فشار زیادی را متحمل شود، نمی‌شکند بلکه با تغییر شکل، همچنان استحکام خود را حفظ می‌کند. این تغییر شکل یک هشدار است برای اینکه سایرین را آگاه کند که اسکلت به ترمیم احتیاج دارد تا از بروز اتفاقات مخرب جلوگیری شود.

4 عیب مهم سازه‌های فولادی

1. از اصلی‌ترین معایب سازه فولادی می‌توان به مقاومت کم آن در برابر حرارت اشاره کرد. اگر ساختمان دچار آتش‌سوزی شود یا در معرض حرارت زیاد قرار بگیرد امکان ریزش آن وجود دارد.

2. آب و هوا و شرایط جوی نیز یکی دیگر از نقاط ضعف سازه‌های فولادی به حساب می آید. چراکه فلز در شرایط جوی نامناسب دچار خوردگی شده و حتی تغییر شکل می‌دهد. یعنی از ابعاد و اندازه آن کم خواهد شد. هزینه محافظت از فلز در برابر شرایط جوی نامناسب، کم نیست.

3. تمایل به کمانش و تغییر شکل در برابر فشار، جزو ویژگی‌های همه المان‌های فلزی است. ظرافت این سازه‌ها باعث تغییر شکل آن‌ها در برابر فشار می‌شود و این نکته از ضعف‌های فلز به شمار می‌آید.

4. جوشکاری فلزات به یکدیگر، از مهم‌ترین مراحل برای اجرای اسکلت فلزی است. جوشکاری باید در کارخانه، با دقت و در یک شرایط کاملا مناسب انجام بگیرد اما معمولا چون این اتفاق نمی‌افتد. جوشکاری توسط جوشکاران انجام می‌شود و گاهی اوقات به دلیل عدم مهارت آن‌ها، استفاده از دستگاه‌های قدیمی و بی‌کیفیت و نظارت نه چندان دقیق مهندسین، عملیات جوشکاری نتیجه مطلوبی نخواهد داشت. البته به غیر از جوشکاری، با پیچ و پرچ هم می‌توان فلزات را به یکدیگر متصل کرد. اما ضعف در جوشکاری، بزرگ‌ترین ایرادی است که می‌تواند در سازه‌های فلزی به وجود بیاید.

در صورت تمایل می‌توانید مقاله کاربردی کاهش هزینه ساخت ساختمان را در فولاد فرتاک سورین مطالعه بفرمایید.

مقایسه سازه فولادی و بتنی

یکی از اهداف ما در این مطلب، مقایسه اسکلت فولادی و بتنی با یکدیگر است که این مقایسه باید در جنبه‌های مختلفی انجام شود. در ادامه می‌خواهیم به بررسی این دو اسکلت از جهات مختلف بپردازیم.

از نظر طراحی و محاسبه

یکی از قسمت‌های مهمی که سازه بتنی و فولادی در آن زمینه با یکدیگر مقایسه می‌شوند، قسمت طراحی و محاسبات است. بهتر است اول به سراغ سازه‌های فولادی برویم، جالب است بدانید که این سازه‌ها در مقایسه با اسکلت‌های بتنی از پیچیدگی کم‌تری برخوردار هستند و اجرای آن‌ها نیز کار بسیار آسان‌تری نسبت به اجرای بتن است. معمولا از بتن برای سازه‌هایی که تعداد طبقات آن‌ها کم باشد استفاده نمی‌کنند. بلکه در اینجا باید به سراغ پروفیل‌ها و تیراهن‌های فولادی رفت که در کارخانه تولید می‌شوند. انتخاب پروفیل مناسب برای اجرای اسکلت کار چندان سختی نیست اما فرد باید در این زمینه تجربه داشته باشد. معمارهای تجربی می‌توانند به خوبی از پس این کار بر بیایند. یک طراح که به صورت آکادمیک درس خوانده نیز می‌تواند این کار را انجام دهد، اما در هر صورت انتخاب پروفیل فلزی برای اجرای اسکلت، خیلی راحت‌تر از طراحی و انتخاب بتن برای اسکلت است. البته محاسباتی که برای مقاطع بتنی انجام می‌شود پیچیدگی کمتری نسبت به فولاد دارد. چون در اسکلت فلزی، اتصالات هم نیاز به طراحی دارند ولی در بتنی، طول میلگرد، ضخامت بتن روی آرماتورها و درست قرار دادن آن‌ها، باید بر اساس یک استاندارد عمومی انجام شود و نیازی به محاسبات پیچیده و دقیق ندارد.

حتما بخوانید: انواع پروفیل‌ فولادی در ساختمان

از نظر اجرا و نظارت

نیروهای انسانی و تمام افرادی که در پروژه سهیم هستند، نیاز به مهارت کافی برای اجرای توانایی‌های خود دارند. اما برای اجرای اسکلت بتنی این مهارت باید بیشتر باشد. یعنی نیروی انسانی که قصد اجرای بتن را دارد باید اول از همه مواد اولیه آن را بشناسد و با طریقه کنترل آن‌ها، آشنا باشد. استفاده از چیزهای دیگر مثل مواد افزودنی در بتن نیز نیاز به اطلاعات و مهارت کافی دارد که از مستلزمات اجرا است. جا به جایی بتن، حمل، ریختن، متراکم کردن آن و استفاده از بتن تازه، همه در دسته مواردی قرار می‌گیرد که هنگام اجرای آن‌ها باید قوانین را در نظر گرفت. نیروی انسانی مناسب برای اجرا باید با ویژگی‌های بتن سخت، بتن تازه و ترکیب آن‌ها آشنا باشد. مسئول کنترل کیفیت مصالح و میلگردها در اسکلت بتنی، باید با دقت‌تر از کنترل کیفیت در سازه فولادی عمل کند. قوانینی را که به شکل دادن و بریدن میلگردهای مخصوص اسکلت بتنی مرتبط هستند باید با دقت در نظر گرفت. با این تفاسیر، کنترل کیفیت در اسکلت بتنی باید با دقت بیشتری نسبت به فولاد و فلز انجام شود. برای اینکه از تداخل فعالیت‌های مختلف با یکدیگر جلوگیری شود، باید کارگاه‌ها سازماندهی شوند و یک گردشکار مطلوب صورت بگیرد. نکته مهمی که باید برای اجرای سازه‌های بتنی و حتی سازه فولادی در نظر بگیریم این است که مالکان زمین نباید به تنهایی و بدون اطلاعات دست به ساخت و ساز بزنند. در واقع سازنده باید اطلاعات کافی را برای اجرا یک سازه بتنی داشته باشد وی باید در رشته عمران متخصص و کاربلد باشد. مسئول کنترل کیفیت مقاطع بتنی باید به خوبی از پس این مسئولیت مهم بر بیاید. بررسی بعضی از آیتم‌های بتن باید قبل از قرار دادن آیتم‌های بعدی صورت بگیرد. مثلا قبل از اجرای بتن ریزی، باید آرماتوربندی ساختمان را کنترل کرد. نیروی انسانی کنترل کیفیت باید این کار را با توجه به نقشه ای که برای ساختمان طراحی شده انجام دهد. یکی از نکات مهم در کنترل کیفیت، چک کردن شاقول بودن است. قالب بندی‌های بتنی باید شاقول باشند و بررسی آن‌ها به زمان نسبتا زیادی احتیاج دارد.

مسئله زمان در اجرا

اگر بخواهیم از لحاظ مدت زمان اجرا دو سازه بتنی و فولادی را مقایسه کنیم، باید گفت که مدت زمان اجرای یک ساختمان بتنی خیلی بیشتر از سازه‌های فولادی است. اما به طور کلی، متاسفانه در کشور ما، مدت زمان به پایان رسیدن پروژه خیلی بیشتر از حالت استاندارد است. در ایران تقریبا ۳ برابر جاهای دیگر زمان می‌برد تا یک پروژه بتنی به پایان برسد. از دلایل این تاخیر بیش از اندازه که در ایران عادی شده، می‌توان به تغییرات آب و هوایی، شرایط بد مالی، تغییرات قیمت روز آهن مشهد، تغییر فصل‌ها و حتی ضعف مدیریت اشاره کرد. زمان در ساخت پروژه، اصلا برای سازنده مهم نیست. به همین دلیل است که گاهی پروژه‌های کوچک و شخصی بر اثر عدم تامین مالی به صورت نیمه کاره رها می‌شوند و تا مدت‌ها کسی سراغ آن‌ها نخواهد رفت. یکی از عواملی که سرعت کار شما را کاهش می‌دهد، سقف‌های بتنی هستند. شما چه یک سازه فولادی داشته باشید و چه یک سازه بتنی، اجرای سقف‌ها باید با بتن انجام شود. این موضوع چه برای اسکلت فلزی که در آن سقف به صورت یکجا اجرا می‌شود و چه برای اسکلت بتنی که به صورت طبقه طبقه انجام می‌شود، باعث کاهش سرعت کار شما خواهد بود. پس از اجرای سقف بتنی باید کمی صبر کرد تا بتن بارپذیر شود. پس نمی‌توان گفت که چون به طور کلی مدت زمان اجرای سازه فولادی کمتر است، ما اسکلت بتنی را اجرا نمی‌کنیم چون در هر صورت، سقف باید از مقاطع بتنی ساخته شده باشد. زمان اجرای قسمت‌های مختلف، در این دو سازه متفاوت خواهد بود. در سازه‌های فولادی، باید اسکلت به طور کامل اجرا شود تا بعد بتوانیم به سراغ اجرای قسمت‌های دیگر برویم. اما در سازه بتنی چون اجرا به صورت طبقه طبقه است، می‌توانیم پس از برپا کردن اسکلت هر طبقه، به سراغ اجرای قسمت‌های دیگر آن برویم. این کار باعث می‌شود که شما کمی در وقت برای اجرای اسکلت بتنی، صرفه جویی کنید.

هزینه‌های اجرایی

یکی از مهم‌ترین عواملی که در آن، دو اسکلت را باهم مقایسه می‌کنیم، بحثِ هزینه‌ها است. هزینه‌ای که برای ساخت اسکلت فولادی صرف می‌شود، بیشتر از بتنی بوده و علاوه بر آن، هزینه‌ها به صورت یکجا در سازه بتنی انجام نمی‌شود. یعنی می‌توان آن‌ها را خرد خرد خرید تا فشار اقتصادی کمتری به سرمایه گذار پروژه وارد شود. ولی در سازه فولادی، باید همه آهن آلات به صورت یکجا خریده شوند و این موضوع ممکن است فشار مالی پروژه را بیشتر کند. خرید آهن آلات به صورت یکجا بسیار هزینه بر است. علاوه بر این نوسانات قیمت فلزات در بازار بسیار زیاد است. حتی گاهی قیمت میلگرد مشهد و یا تیرآهن به صورت روزانه تغییر می‌کند. نکته مهم و جالبی که شاید به گوشِتان نخورده باشد، امکان دریافت وام مسکن بعد از اجرای سقف هر طبقه از اسکلت بتنی است. که می‌تواند کمک بزرگی باشد. یکی از ایراداتی که به پروژه‌های بتنی وارد می‌شود، مدت زمان زیاد آن‌ها است این موضوع باعث شده به دلیل نوسانات قیمت آهن و دستمزدها در ایران، پس از مدتی ادامه پروژه دیگر به صرفه نباشد. البته این اتفاق در شرایطی رخ می‌دهد که قیمت آهن‌آلات و دستمزد نیروی انسانی افزایش پیدا کند که در آن صورت، قیمت مسکن و املاک مختلف نیز بیشتر خواهد شد. یکی از مزایایی که سازه فولادی نسبت به بتنی دارد، ظرافت ستون‌ها است که باعث شده فروش پروژه‌های فولادی کار راحت‌تری باشد. اسکلت بتنی دارای ستون‌های حجیمی است که برای جلوگیری از بروز مشکل در این زمینه، میتوان فاصله بین ستون‌ها را بیشتر کرد. البته همانطور که گفتیم هزینه‌های ساختمان بتنی نسبت به فولادی کمتر است و این موضوع می‌تواند مشکلاتی که در فروش ساختمان بتنی به وجود می‌آید را تا حدی جبران کند. یک راه دیگر جلوگیری از افزایش ستون‌ها، استفاده از بتن پر مقاومت است که استفاده از میلگردها را نیز کاهش می‌دهد. هزینه بتن و مصالح مورد نیاز اسکلت بتنی در نهایت کمتر از فولاد در می‌آید. چون می‌توانیم مصالح بتنی را از داخل شهر و استان هم تهیه کنیم و با این کار هزینه حمل و نقل کسر می‌شود. فولاد تجدید ناپذیر است که با هزینه و زحمت بیشتری به مرحله تولید می‌رسد اما تولید ماسه، سنگدانه و موادی از این قبیل به هزینه کمتری احتیاج دارد. به طور کلی ارزش مادی فولاد بیشتر است و به همین دلیل باید در ساختمان‌های مهم از آن استفاده کرد.

کیفیت در اجرا

لرزش مقاطع بتنی به دلیل وزن سنگین‌تری که دارند از سازه فولادی کمتر است. این موضوع از مزایای بتن به شمار می‌آید اما در کنار این مزیت، عیب دیگری وجود داد. به دلیل ضخامت زیاد سقف‌های بتنی، این موضوع عنوان می‌شود که در صورت نصب تاسیسات و سقف‌های کاذب ضخامت سقف اصلی بیشتر شده و در نتیجه جای بیشتری را اشغال می‌کند.

نتیجه‌گیری

حالا که به خوبی با سازه بتنی و فولادی آشنا شده‌اید و به ویژگی آن‌ها واقف هستید، به نظر شما سازه فولادی بهتر است یا بتنی؟ (Concrete or steel structure) مدت زمان اجرای فولاد کمتر بود و ظرافت خاصی دارد اما نمی‌توان استحکام و هزینه کمتر بتن را نادیده گرفت. به همین دلیل می‌گوییم که برای انتخاب بین این دو اسکلت، باید به شرایط و میزان بودجه نگاه کرد. ولی اگر به ساختمان‌های شهرهای توسعه‌یافته نگاه کنید، می‌بینید که اسکلت بیشتر ساختمان‌ها به وسیله فولاد اجرا شده است.