تفاوت اسکلت بتنی و فلزی چیست ؟ اسکلت فولادی یک سازه فلزی است که از فولاد سازهای ساخته شده است که در آن اجزای فولادی برای حمل بارها و ایجاد استحکام کامل به یکدیگر متصل می‌شوند. به دلیل استحکام بالای برخی گریدهای فولاد، این سازه قابل اطمینان است و نسبت به سایر انواع سازه مانند سازه های بتنی و سازه های چوبی به مواد اولیه کمتری نیاز دارد. بتن دومین مصالح پرکاربرد در ساخت و ساز است.
بتن و فولاد متداول ترین مصالح ساختمانی می‌باشند و بسیاری از پروژه های ساختمانی می‌توانند از هر یک از آنها برای ساختار زیرین خود استفاده کنند که اسکلت های بتنی و فلزی ازجمله این موارد هستند. هر ماده مانند هر تصمیم مهندسی، دارای مزایا و محدودیت‌هایی است و این مقاله یک مقایسه کلی را ارائه می‌دهد. باید توجه داشت که هیچ ماده‌ای را نمی‌توان برای همه موارد بهتر از دیگری در نظر گرفت و بهترین گزینه با توجه به شرایط پروژه تعیین می‌شود.
با توجه به مزایا و معایب گفته شده در مورد هر دو نوع اسکلت فلزی و اسکلت بتنی، استفاده از هر کدام از آنها بستگی به شرایط موجود و هزینه‌های مواد مصرفی دارد که باید توسط مهندسین طراح برآورد شوند. نوسانات قیمت مصالح ساختمانی و مقاطع فولادی ممکن است تفاوت قیمتی بین این دو ایجاد کند اما در کاربردهای حساس، می‌توان از هزینه زیاد در قبال دستیابی به سایر خواص برتر نظیر استحکام و ایمنی سازه، چشم‌پوشی کرد.اسکلت بتنی چیست ؟
بتن دومین مصالح پرکاربرد در ساخت و ساز بعد از آب است که ویژگی‌هایی ازجمله تطبیق پذیری، دوام و ساخت آسان را به همراه داشته و می‌تواند در هر شکلی قالب‌گیری شود. سازه‌های بتنی در برابر فشار بسیار مقاوم هستند، اما نمی‌توانند نیروی کششی را به طور موثری کنترل کنند. به همین دلیل، اکثر سازه‌های بتنی با میله‌های فولادی تقویت می‌شوند که پشتیبانی بیشتری برای بارهای کششی ایجاد می‌کنند و این ترکیب را "بتن مسلح" می‌نامند.
انواع اسکلت بتنی
سازه های بتنی را می‌توان به روش‌های مختلف با استفاده از انواع مختلف بتن ساخت. سه نوع رایج آن عبارتند از بتن سیمانی ساده، بتن مسلح و بتن پیش تنیده که در زیر به شرح آنها پرداخته شده است.
بتن سیمانی ساده :
با ترکیب سیمان، سنگدانه درشت (شن) ، سنگدانه ریز (ماسه) و آب به نسبت از پیش تعیین شده با توجه به نیاز طراحی به دست می‌آید و هنگامی که سخت می‌شوند، این مواد به یک توده همگن تبدیل می‌شوند. سازه‌های ساخته‌شده با بتن سیمانی ساده از مقاومت فشاری بالایی برخوردارند اما تقریباً مقاومت کششی ندارند. بنابراین، بتن سیمانی ساده بیشتر در جاده‌ها و بلوک‌های بتنی برای دیوارها استفاده می‌شود ، زیرا این سازه‌ها تحت بارهای فشاری قرار می‌گیرند.
بتن مسلح :
در اصل بتن سیمانی ساده با میله های فولادی است که مقاومت کششی بیشتری را ارائه می‌دهد. این رایج‌ترین نوع بتن مورد استفاده در ساختمان‌سازی است و نه تنها در ساختمان‌ها، بلکه در سازه‌هایی مانند مخازن آب کاربرد دارد.
بتن پیش تنیده :
با اعمال تنش فشاری قبل از اینکه تحت هیچ گونه بار غیر از وزن خود قرار گیرد، بارگیری می‌شود. فشرده‌سازی با کشش پی‌های فولادی با مقاومت بالا در حجم بتن، قبل از اعمال بارهای خارجی ایجاد می‌شود. این امر باعث بهبود عملکرد آن در سرویس حین می‌شود.
مزایای اسکلت بتنی
- مواد تشکیل‌دهنده بتن در اکثر نقاط به راحتی در دسترس است.
- بتن برخلاف سنگ‌های طبیعی عاری از عیب و ایراد است.
- بتن را می‌توان با استحکام مطلوب با صرفه اقتصادی تولید کرد.
- دوام بتن بسیار بالا است.
- می‌توان آن را به هر شکل دلخواه درآورد.
- بتن‌ریزی را می‌توان در محل کار انجام داد که باعث صرفه اقتصادی می‌شود.
- هزینه نگهداری بتن تقریباً ناچیز است.
- خرابی بتن با افزایش سن قابل تشخیص نیست.
- بتن به دلیل غیر قابل احتراق بودن ساختمان را در برابر آتش مقاوم می‌کند.
- بتن می‌تواند دمای بالا را تحمل کند.
- بتن در برابر باد و آب مقاوم است. بنابراین، به عنوان پناهگاه‌های طوفان بسیار مفید است.
- به عنوان یک عایق صدا می‌توان از بتن خاکستری استفاده کرد.
معایب اسکلت بتنی
- در مقایسه با سایر مواد اتصال‌دهنده، مقاومت کششی بتن نسبتا کم است.
- بتن شکل‌پذیری کمتری دارد و شکننده است.
- وزن آن در برابر استحکامی که ارائه می‌دهد زیاد است.
- بتن ممکن است حاوی نمک‌های محلول باشد که این نمک‌های محلول باعث شوره‌زنی می‌شوند.
اسکلت فلزی چیست ؟
اسکلت فلزی در ساخت و سازهای مدرن، و تقریبا برای هر نوع سازهای ازجمله ساختمان‌های سنگین صنعتی، ساختمان‌های بلندمرتبه یا آسمان‌خراش‌ها، سیستم پشتیبانی تجهیزات، پل، برج، ترمینال‌ها و فرودگاه استفاده می‌شود.
فولاد سازهای به کار رفته در ساخت اسکلت فلزی، مصالح ساختمانی است که با شکل و ترکیب شیمیایی خاص مطابق با مشخصات قابل اجرا پروژه ساخته می‌شود. بسته به مشخصات قابل اجرا در هر پروژه، مقاطع فولادی ممکن است دارای اشکال و اندازه‌های گوناگونی باشند که توسط نورد گرم یا سرد ساخته می‌شوند و برخی دیگر نیز با جوش‌دادن صفحات مسطح یا خمیده ساخته می‌شوند. اشکال متداول به کار رفته در ساخت اسکلت فلزی شامل مقاطع زیر میباشد:
انواع اسکلت فلزی
رایج‌ترین فولادهای مورد استفاده در ساخت اسکلت فلزی به شرح زیر هستند:
فولاد ساده کربنی :
رایج‌ترین نوع فولاد مورد استفاده در ساختمان‌سازی است که به فولاد نرم نیز معروف است. این فولاد استحکام و دوام بالایی داشته و هنگام خم شدن دچار ترک‌خوردگی نمی‌شود؛ بسیار انعطاف‌پذیر و شکل‌پذیر است و دارای خاصیت پلاستیسیته بالایی است که می‌تواند در برابر بلایایی مانند زلزله پایداری کرده، بدون اینکه باعث ایجاد ترک در آن شود. فولاد ساده کربنی به دلیل قابلیت جوشکاری از استحکام بالاتری نسبت به فولادهای دیگر برخوردار است. با این حال، حفاظت از آتش در یک ساختمان فولادی بسیار مهم است و باید به آن توجه ویژه‌ای شود. به غیر از این مورد، ساختار فولادی هیچ مسأله‌ای را ایجاد نمی‌کند.
میلگرد فولادی :
این نوع فولاد که بیشتر تحت عنوان تقویت‌کننده شناخته می‌شود، به عنوان دستگاه کششی برای بتن مسلح مورد استفاده قرار می‌گیرد. میلگرد فولادی بتن را در حالت فشاری نگه می‌دارد و در انواع مختلفی از گریدها موجود است که معمولاً در مشخصاتی مانند استحکام تسلیم، استحکام کششی نهایی، ترکیب شیمیایی و درصد افزایش طول یافت متفاوت هستند.
فولاد سازهای :
اشکال سازهای ساخته شده از این نوع فولاد از یک سطح مقطع دقیق تشکیل شده‌اند و در عین حال از استانداردهای مشخصی برای خواص مکانیکی و ترکیب شیمیایی پیروی می‌کنند. فولاد سازهای در اشکال مختلف مانند تیرآهن I شکل، Z شکل، HSS شکل، L شکل (زاویه‌دار)، کانال ساختاری یا مقاطع C شکل و T شکل، میله، صفحه و ورق تولید می‌شوند. فولاد ساختاری شکل‌پذیر، مستحکم و بادوام است و بر اساس ساختار آن تقریبا می‌تواند به هر شکلی تغییر شکل دهد. فولاد سازهای به خودی خود مقاوم در برابر آتش است، اما در صورت گرم شدن بیش از حد، امکان از دست دادن استحکام آن وجود دارد.
مزایای اسکلت فلزی
- فولاد در مقایسه با سایر مصالح ساختمانی نسبتا ارزان است.
- نسبت استحکام به وزن ارائه شده توسط اسکلت فولادی بسیار بالاست.
- سازه های فولادی در مقایسه با طرح چوبی بسیار مقاوم در برابر آتش هستند زیرا چوب یک ماده قابل احتراق است.
- توانایی فولاد در ارائه استحکام مناسب در مسافت‌های بیشتر با تیرچه‌های سقفی فولادی.
- اسکلت‌های فولادی قابلیت تحمل تنشهای خارجی ناشی از زلزله، رعد و برق و طوفان را دارند.
- انعطاف‌پذیری از جمله مزایای اصلی اسکلت فولادی است.
- به دلیل ساخت قسمت‌های ساده از اسکلت فولادی، نصب و مونتاژ آنها در محل، بدون دردسر است و نیازی به برآورد و قطع قطعات نیست.
معایب اسکلت فلزی
- کمانش یک مسئله مهم در مورد سازه‌های فولادی است. با افزایش طول بخش فولادی، احتمال کمانش نیز افزایش می‌یابد.
- فولاد فقط در کارخانه‌های فولادی که در آن تولید می‌شود، موجود است و باید برای مسافت‌های طولانی به محل ساخت و ساز منتقل شود و مانند بتن یا مصالح مختلف که ممکن است درست در محل ساخت و ساز تولید شوند، قابل دسترسی نیست.
- زنگ زدگی در فولاد یکی از معایب اصلی اسکلت فلزی است که این امر با جایگزینی فولاد زنگ نزن و یا اعمال پوشش رنگ، بهبود داده می‌شود.
- اگرچه فولاد یک ماده انعطاف‌پذیر است، اما اگر یک یا چند جزء به طور مناسب به یکدیگر متصل نشوند، انجام اصلاحات میدانی چالش برانگیز است. بخش بزرگی از اسکلت فلزی که از روش‌های دقیق تضمین کیفیت پیروی می‌کند ، تمام قطعات یک سیستم را با دقت مطابقت می‌دهد. اما این امر در واقع امکان پذیر نیست که هنگامی که اسکلت فلزی ساخته شد، نمی‌توان آن را شکل داد یا به شکل ایده آل در محل برش داد.
- فولاد رسانای خوبی برای گرما است و مواد در تماس با خود را تحت تاثیر این ویژگی قرار داده و اغلب باعث آتش‌سوزی می‌شود و آتش به سرعت به بخش‌های مختلف سازه گسترش می‌یابد. از این رو، سازه‌های فولادی ممکن است نیاز به عملیات ضد آتش اضافی داشته باشند.
مقایسه اسکلت بتنی و فلزی
اسکلت بتنی بهتر است یا فلزی در برابر آتش سوزی
هسته ساختمان (جایی که آسانسورها ، پله‌ها و سیستم‌های قدرت در آن قرار دارند) برای محافظت در صورت آتش سوزی یا حمله تروریستی در بتونی به ضخامت 2 فوت قرار می‌گیرد. بتن مسلح مقاومت فوق‌العاده‌ای در برابر انفجار و یا ضربه از خود نشان می‌دهد. علاوه بر این، می‌تواند دمای بسیار بالا ناشی از آتش را برای مدت طولانی بدون از بین رفتن یکپارچگی سازه تحمل کند.
در حالی که گزارشات اخیر منتشر شده توسط موسسه ملی استاندارد و فناوری، کاهش یکپارچگی فولاد و نیز نرم و ذوب شدن آن را در مواجهه با دمای بالا گزارش شده است. با این حال، با اضافه شدن حفاظت غیرفعال از آتش، مانند اسپری ضد حریق، ساختمان‌های ساخته شده از فولاد سازهای می‌توانند دمای بیشتری را تحمل کنند و بنابراین، ایمنی بیشتری را ایجاد می‌کنند.
تفاوت قیمت اسکلت فلزی یا بتنی
در مورد اسکلت فلزی، فولاد ساختاری به کار رفته در آن، عمدتا از مواد بازیافتی تهیه می‌شود که استفاده از مواد بازیافتی موجب کاهش هزینه‌های تهیه فولاد در مقایسه با سایر مواد می‌شود. اگرچه قیمت فولاد می‌تواند نوسان داشته باشد، اما معمولاً در مقایسه با بتن مسلح گزینه ارزان‌تری است.
در مقابل، یک مزیت بزرگ برای بتن این واقعیت است که قیمت آن نسبتا ثابت است. از طرف دیگر، بتن همچنین نیاز به تعمیر و نگهداری مداوم دارد؛ به این معنی که هزینه های بیشتری در طول عمر به آن اضافه می‌شود. عرضه و تقاضا نیز ممکن است بر میزان دسترسی بتن تأثیر بگذارد، حتی اگر بتوان آن را مستقیما در محل کار بتن‌ریزی کرد. روند تولید آن نیز می‌تواند طولانی باشد و هزینه‌های نیروی کار بالاتری را به دنبال داشته باشد.
استحکام سازه بتنی یا فلزی کدام بیشتر است
اسکلت فلزی یا فولادی دارای استحکام کششی بسیار بالا بوده و شکل‌پذیر است. اما اسکلت بتنی علی‌رقم داشتن استحکام فشاری بسیار خوب، فاقد استحکام کششی مناسب بوده و برای دستیابی به این هدف، لازم است تا بتن با میلگردهای فولادی تقویت شود تا قابلیت شکل‌پذیری و استحکام کششی آن بهبود یابد.
قابلیت بازیافت
اسکلت فلزی تقریباً 100 قابل بازیافت است و همچنین امروزه تقریبا 90% از فولاد سازهای مورد استفاده از فولاد بازیافتی ساخته شده است. فولاد به دلیل طول عمر بالا و پایداری، می‌تواند چندین بار مورد استفاده قرار گیرد و چندین بار بدون هیچگونه خدشه‌ای بر یکپارچگی ساختار آن، مورد استفاده قرار گیرد.
در مقابل، عناصر به کار رفته در سخت اسکلت بتنی، از عناصر طبیعی محیط اطراف ما هستند. بتن ممکن است خرد شود و در مخلوط‌های بعدی استفاده شود. این نوع بازیافت می‌تواند حضور بتن را در محل های دفن زباله کاهش دهد.
تظبیق‌پذیری
فولاد یک ماده منعطف است که می‌تواند در طیف وسیعی از طرح‌ها برای کاربردهای دراز مدت ساخته شود. نسبت استحکام به وزن فولاد در مقایسه با سایر مصالح ساختمانی مقرون به صرفه بسیار بیشتر است. فولاد همچنین در برخی کاربردها زیبایی ظاهری خاصی را ارائه می‌دهد که مواد مختلف مانند بتن نمی‌توانند با آن رقابت کنند. در مورد بتن نیز باید اضافه کرد که اگرچه بتن را می‌توان به اشکال مختلف بتن‌ریزی کرد، اما در مورد کاربرد در راستای ارتفاع ساختمان از کف تا سقف و دهانه‌های باز با محدودیت‌هایی روبرو است.
خوردگی
فولاد هنگام تماس با آب ممکن است دچار خوردگی شود و اگر بدون مراقبت مناسب رها شود، می‌تواند بر ایمنی یک سازه تأثیر بگذارد. بنابراین باید از فولاد با فرآیندهایی مانند پوشش‌دهی و یا اعمال رنگ بر سطح آن، مراقبت کرد. همچنین هنگامی که پوشش مقاوم در برابر خوردگی اعمال می‌شود، ممکن است ویژگی‌های مقاوم در برابر آتش را شامل شود.
اسکلت بتنی با ساخت و مراقبت مناسب در برابر آب مقاوم است و دچار خوردگی نمی‌شود. با این حال، مهم است که توجه داشته باشید که در بتن مسلح، فولاد داخلی هرگز نباید در معرض دید قرار گیرد؛ اگر فولاد در معرض دید قرار گیرد، به خطر می‌افتد و می تواند به راحتی خورده شود و استحکام سازه را به خطر بیاندازد.
سوالات متداول
1- اسکلت فلزی یا بتنی در برابر زلزله ؟ کدام مناسبتر است ؟
اسکلت بتنی به دلیل ساختار بتن که یک متریال سرامیکی میباشد، درارای استحکام فشاری بسیار بالایی بوده اما در برابر تنشهای حاصل از زلزله که معمولا تنشهایی کششی هستند، مقاومت چندانی نداشته و علاوه بر آن، بتن ترد نیز میباشد که احتمال ترک برداشتن آن در برابر زلزله زیاد است و بنابرایت اسکلت فلزی در برابر زلزله مناسبتر است.
2- ساختمان با اسکلت بتنی بهتر است یا فلزی؟
با توجه به نیاز و شرایط کاربردی، باید دید چه فاکتورهایی از جمله استحکام، مقاومت به خوردگی، هزینه و ... برای ما مهم است و با توجه به آن نوع اسکلت را تعیین کرد.
3- هزینه اسکلت بتنی بیشتر است یا فلزی؟
بتن نیاز به تعمیر و نگهدار مداوم دارد و همچنین هزینه تمام شده شامل هزینه ساخت و نیروی کار مورد نیاز برای آن نیز از اسکلت فلزی بیشتر میباشد؛ علی رقم اینکه بتن می‌تواند در هر محلی تولید شود اما با این حال هزینه کلی اسکلت فلزی از اسکلت بتنی کمتر میباشد.
