تفاوت سازه های بتنی و فلزی و معایب آنها در مهندسی عمران

اسکلت بتنی و اسکلت فلزی از مرسوم ترین مصالح ساختمانی هستند که در ساخت و ساز پروژه های عمرانی استفاده میکنند که هر کدام از سازه های بتنی و فلزی معایب و مزایایی دارند و نمیتوان هریک را بر دیگری ارجحیت داد . سازه های بتنی و فلزی از طریق انتقال بار صورت میگیرد اما در تحمل بار ظرفیت و دوام ،ساخت ، مواد با یکدیگر متفاوت هستند.که در ادامه به تفاوت سازه های بتنی و فلزی میپردازیم.

درتفاوت های سازه های بتنی و فلزی هریک از این روش ها مزایا و معایب و خاصی دارند و با توجه به نسبت های معلومی که بر کارکرد کلی یک سازه تأثیر می‌گذارند، انتخاب می‌شوند. برای مثال، اگر قرار است یک سازه یا ساختمان وزن کمتری باشد، بهتر است که از اسکلت فلزی استفاده شود. در مقابل، اجرای اسکلت بتنی به الزامات، دقت و تخصص کمتری نیاز دارد.

سازه فلزی بسیار محکم و شکل پذیر است به همین دلیل آن را به یکی از مصالح پیشتاز مورد استفاده در ساخت و ساز ساختمان‌های تجاری و صنعتی تبدیل کرده است.

بتن نیز که یک ماده ترکیبی متشکل از سیمان، ماسه، شن و آب است مقاومت فشاری نسبتاً بالایی دارد، اما همانطور که گفته شده ، فاقد استحکام کششی است. بتن باید با میلگرد فولادی تقویت شود تا قابلیت کشش، شکل پذیری و کشش سازه افزایش یابد.

همچنین نرم افزار طراحی سازه ی تکلا (Tekla)،نرم افزار سپ(sap2000)و غیره برای طراحی سازه های بتنی و فولادی کاربرد دارد.

سازه بتنی 

یکی از بارزترین تفاوت سازه های بتنی و فلزی در مواد و مصالح به کار برده آنها میباشد.برای ساخت سازه های بتنی از بتن آرمه استفاده میکنند که متشکل از شن ،سیمان،آب ، صفحات فلزی ،ماسه و میلگرد است ، سازه بتنی از مقاومت بالایی برخوردار است همچنین استفاده از فولاد در سازه های بتنی باعث تقویت سازه و پشتیبان برای بارهای کششی سازه بتنی میباشد که به آن بتن مسلح هم گفته میشود . به همین دلیل از سازه های بتنی در ساخت پل ها و تونل ها و... استفاده میکنند . در واقع میلگرد برای مسلح کردن پی ساختمان و ستون سازه مورد استفاده قرار  میگیرد .بتن، مقاومت فشاری بسیار عالی و از مقاومت کششی ضعیفی برخوردار است . به همین دلیل است که در برابر زلزله پایدار  نیست.

تفاوت سازه های بتنی وفلزی در این است که سازه‌های بتنی را می‌توان از راه های متفاوت  با استفاده از انواع مختلف بتن ساخت. سه نوع متعارف عبارتند از؛ بتن سیمانی ساده، بتن مسلح و بتن پیش تنیده.

بتن سیمانی ساده از ترکیب سیمان، سنگدانه درشت (شن)، سنگدانه ریز (ماسه) و آب به نسبت از پیش تعیین‌شده بر پایه مورد نیاز به دست آورد . زمانی که سخت شدند، این مواد به یک توده همگن تبدیل می‌شوند. سازه‌های ساخته شده با بتن سیمانی ساده دارای مقاومت فشاری بالایی هستند. اما تقریباً هیچ مقاومت کششی ندارند. به همین دلیل  بتن سیمانی ساده بیشتر در جاده‌ها و بلوک‌های بتنی برای دیوارها استفاده می گردد. چون این سازه‌ها در برابر بارهای فشاری هستند.

بتن مسلح اساساً متشکل از بتن سیمانی ساده با میله‌های فولادی است. که استحکام کششی بیشتری را ایجاد می‌کند. این معمول ترین  نوع بتن مورد استفاده در ساخت و ساز است که علاوه بر ساختمان‌ها بلکه در سازه‌هایی مانند مخازن آب نیز کاربرد دارد.

بتن پیش تنیده با اعمال تنش فشاری قبل از اینکه در معرض هر باری به غیر از وزن خود باشد، از قبل بارگذاری می‌شود. فشرده سازی با کشش تاندون‌های فولادی با مقاومت بالا در داخل حجم بتن قبل از اعمال بارهای خارجی ایجاد می‌شود. این باعث بهبود عملکرد آن یک بار در سرویس می‌شود.

مزایای سازه بتنی

به دلیل استفاده از بتن میتوان در اشکال مختلف قالب گیری کرد

بهره مندی از پایداری در برابر حرارت بالا و آتش سوزی

مواد متشکل بتن از جمله سیمان و سنگدانه و آب در دسترس و ارزان  بوده

بتن اگر با آرماتور استفاده شود میتواند نیروهای خمشی و کششی را متحمل شود

یکی از عمده ترین تفاوت سازه های بتنی و فلزی در مقاومت فشاری بتن بالا است میتوان در سازه های بتنی و اجزای تحت بارهای فشاری استفاده کرد

با توجه به آب بندی بودن بتن میتوان در ساخت سازه های نگه دارنده آب مثل سدها استفاده کرد

هزینه اجرایی سازه های بتنی نسبت به سازه های دیگر کمتر است

معایب سازه های بتنی

در واکنش انقباض و انبساط و خشک شدن بتن ممکن است ترک بخورد

بتن در کشش ضعیف عمل میکند

بتن به دلیل وزن بالا در سازه های قابل لرزه مطلوب نیست به دلیل ،همین تفاوت سازه های بتنی و فلزی باید سازه بتنی را در ساختمان های کوچک مورد استفاده قرار داد

بارهای پایدار در سازه های بتنی خزش ایجاد میکند

ساخت بتن و بتن ریزی باید با دقت و مهارت بالا انجام شود

عوامل خارجی حین انجام بتن ریزی موجب ناهمگنی خواص بتن میشود

در صورت خرابی سازه عملیات ترمیم آن بسیار دشوار خواهد بود

داشتن نیاز سازه های بتنی به سقف کاذب

هنگام زلزله فشار بالایی به سازه بتنی وارد خواهد شد.

سازه های فلزی

در سازه های فلزی همانطور که از نامش پیداست از تیرآهن و پروفیل های فولادی، نبشی و تیرهای اصلی و فرعی و غیره استفاده میشود که معمولا به سازه های فولادی معرفی میشوند و این نوع سازه ها دارای وزن کمتری هستند به همین دلیل در ساخت سازه های بلند و برج ها بکار میروندکه میتوان گفت بارزترین تفاوت سازه های بتنی و فلزی گفته میشود .فلزات به طور وسیعی به دلیل ویژگی هایشان مورد استفاده قرار می گیرد: مقاومت، انعطاف پذیری، نقطه ذوب بالا، هدایت حرارتی و الکتریکی، و ... تمام عناصر فلزات، از اتم تشکیل شده است. استحکام فلزات بیانگر این است که این اتم ها با هم پیوندی قوی دارند. امروزه از آلیاژها و فولاد جهت ساخت و ساز بسیاری از بناهای زیبا استفاده می‌شود.

پروژه های سازه های فولادی با سرعت بیشتری انجام میشود که از مزایای این نوع سازه ها محسوب میشود.

در گذشته برای ساخت ستون های سازه های فولادی از چدن استفاده میکردند که سپس از آهن های چکش خوار استفاده شده و اکنون برای ساخت اسکلت های فلزی از فولاد استفاده میکنند .

مزایایسازه های فلزی

سازه های فلزی در مقایسه با سازه های بتنی بسیار سبک هستند و نسبت استحکام به وزن بالایی دارد

برای ساخت و ساز های انبوه از سازه های فلزی استفاده میشود زیرا ساخت آن آسان میباشد

سازه های فلزی نیاز به قالب بندی ندارند

سازه فلزی از فولادکه یک ماده انعطاف پذیر است متشکل شده و شکست ناگهانی ندارد

سازه فلزی در صورت استفاده از فولاد دارای کیفیت بالا در برابر زنگ زدگی قوام بالایی دارد

اتصالات تیر، ستون و باد بندها به طوری است که باعث عملکرد یکسان آن‌ ها می‌‌شود

بار مرده کمتری دارد، که موجب می‌شود قابلیت اجرا در دهانه‌های بلند و ساختمان‌‌های بلند مرتبه را داشته باشدهمین امر موجب تفاوت سازه های بتنی و فلزی میباشد.

در صورت افزایش طبقات، این امر با سهولت بیشتر انجام می‌شود

معایب سازه های فلزی

اجزای فولادی در سازه های فلزی دچار خوردگی میشوند و ملزم به روش های محافظتی مانند رنگ آمیزی هستند.همین امر یکی از تفاوت های سازه بتنی و فلزی میباشد

هزینه ابتدایی سازه فولادی بسیار بالا میباشد

برای ساخت سازه های فلزی به نیروی ماهر نیاز داریم

فولاد مقاومت پایینی در برابر حریق دارد و تغییر شکل می‌دهد

یکی دیگر از تفاوت سازه های بتنی و فلزی این است که در صورت نفوذ رطوبت، مقاطع دچار زنگ زدگی و پوسیدگی می‌شوند و عملکرد آن ‌ها به مرور زمان ضعیف می‌‌شود. به طور کلی اسکلت فلزی برای مناطق مرطوب مناسب نیست

سقف اسکلت فلزی معمولا به صورت عرشه فولادی، کرومیت و کامپوزیت است که دارای رویه بتنی هستند و به صورت یک طرفه یا دو طرفه اجرا می‌شوند.

جمع بندی

مزایا و معایب و تفاوت سازه های بتنی و فلزی نسبت به یکدیگر آنقدری میباشد که به ما کمک کند پاسخی درست و مناسب به این سوال مبنی بر اینکه کدام یک از سازه های فلزی یا سازه بتنی بهتر است ، دهد.

در هر صورت در این مقاله مهم‌ترین تفاوت سازه های بتنی و فلزی گفته شد. بدون درنگ یکی ازدلایلی که این دو سازه بر دیگری برتری داشته باشد به شرایط حاکم بر پروژه در زمینه فنی و غیرفنی بستگی داردو در شرایط کلی نمی‌توان یکی را به دیگری برتری وارجحیت داد.

نویسنده:  سیده حدیثه هاشمی، کارشناس دپارتمان مهندسی عمران و معماری گروه آموزشی پارس پژوهان