صفحه اصلی  »  طراحی سازه های ساختمانی و صنعتی  »  انواع سیستم‌های سازه‌ای  »  اسکلت فلزی یا بتنی؟ مقایسه و بررسی مزایا و معایب سازه های فولادی و بتنی

اسکلت فلزی یا بتنی؟ مقایسه و بررسی مزایا و معایب سازه های فولادی و بتنی

سؤالی که برای اکثر کارفرمایان در ابتدای کار به وجود می‌آید، این است که کدام سیستم سازه‌ای (اسکلت فلزی یا بتنی) را برای پروژه خود انتخاب و اجرا نمایند؟ مقاومت اسکلت فلزی بیشتر است یا بتنی؟ بهترین سازه برای ساختمان مسکونی چیست؟

پاسخ به این سؤالات می‌تواند موفقیت یا شکست پروژه را تا حد زیادی تعیین کرده و در صورت انتخاب غلط، هزینه‌های زیادی را به پروژه تحمیل کند. از این رو برای انتخاب درست و هوشمندانه ابتدا باید به شناخت جامعی از انواع سیستم‌های سازه‌ای رسید و مزایا و معایب هرکدام را فهمید. سپس معیارهای انتخاب را مشخص کرده و با تعیین معیارهای مهم برای هر پروژه و مقایسه این دو نوع سیستم برای معیارهای تعیین‌شده، بهترین گزینه را انتخاب کرد.

⌛ آخرین به‌روزرسانی: 18 اسفند 1400

📕 تغییرات به‌روزرسانی: انتشار جدید

 

در این مقاله چه می‌آموزیم؟

1. معرفی اجمالی انواع سیستم‌های سازه‌ای

همان‌طور که اشاره شد، در گام اول باید به شناخت مختصری از انواع سیستم‌های سازه‌ای و مزایا و معایب هرکدام رسید. به همین منظور در این بخش به این موضوع پرداخته‌شده است.

1.1. سازه بتنی

1.1.1. مزایای اسکلت بتنی

دسترسی و قیمت مناسب:

تمام اجزای تشکیل‌دهنده بتن (شن، سیمان و آب) به‌عنوان مصالح بومی و ارزان‌قیمت محسوب می‌شوند. بتن آماده نیز باکیفیت و مشخصات مختلف، تقریباً در اکثر نقاط قابل خریداری است.

امکان خرید تدریجی مصالح:

از مهم‌ترین خصوصیات ساختمان با اسکلت بتنی این است که مصالح آن باید به‌تدریج خریداری شود. در این حالت فشار اقتصادی کمتری به سازنده یا مجری طرح وارد می‌شود.

 

اسکلت فلزی بهتر است یا بتنی

شکل 1. مصالح متداول مورد استفاده در ساختمان های بتنی

 

نیروی کار بیشتر و در دسترس:

اجرای بتن و سازه بتنی در مقایسه با سایر مصالح نظیر فولاد و حتی چوب، به نیروی اجرایی متخصص و کارگر بامهارت بالا نیاز ندارد.

مقرون به‌صرفه‌ترین گزینه برای اجرای برخی کارها:

بتن در بعضی از اجزای سازه‌ای از قبیل پی‌ها، دیوارهای زیرزمین و شمع‌ها تنها گزینه مقرون‌به‌صرفه محسوب می‌شود.

توان اجرا در مقاطع و اشکال مختلف:

بتن را می‌توان به سهولت به هر شکل دلخواه درآورد. فقط کافی است قالب مناسب را تهیه‌کرده و سپس تقریباً هر مقطع سازه‌ای و شکل معماری را با بتن‌آرمه تولید کرد. این موضوع یکی از مزیت‌های بتن در برابر فولاد است؛ زیرا فولاد در کارخانه و در مقاطع و شکل‌های محدودتری ساخته می‌شود و حتی در صورت ساخت مقاطع جدید، ازنظر هزینه‌ای مقرون‌به‌صرفه نیست.

 

ساختمان اسکلت فلزی یا بتنی

شکل 2. نمونه‌ای از طراحی‌های خاص ساختمان‌های بتنی

 

مقاومت در برابر آتش‌سوزی:

بتن مقاومت بسیار مطلوبی هنگام آتش‌سوزی دارد. یک ساختمان بتن‌آرمه می‌تواند ساعت‌ها در مقابل آتش‌سوزی مهیب مقاومت کند و فرونریزد. این خصوصیت باعث می‌شود فرصت کافی برای مهار حریق و نجات جان افراد داخل ساختمان ایجاد شود. این ویژگی یکی دیگر از مزیت‌های اسکلت بتنی نسبت به اسکلت فلزی است.

 

مقاومت اسکلت فلزی بیشتر است یا بتنی

 

مقاومت در برابر رطوبت:

بتن همچنین مقاومت خوبی در مقابل رطوبت و آب دارد. اگر آبی که با بتن در تماس قرار می‌گیرد بدون یون‌هایی از قبیل یون سولفات و یون کلرور باشد، اشکالی برای بتن یا حتی میلگردهای داخل آن ایجاد نمی‌کند.

احساس لرزش کمتر برای ساکنان:

اجزای بتن‌آرمه صلبیت بالایی دارند. به همین دلیل معمولاً ساکنان یک ساختمان بتن‌آرمه در هنگام وزش شدید باد یا تحرک زیاد همسایگان، لرزه‌ای را احساس نمی‌کنند و آرامش آن‌ها حفظ می‌شود.

نیاز به نگهداری کمتر در دوران بهره‌برداری:

ساختمان با اسکلت بتنی نسبت به ساختمان اسکلت فلزی به نگهداری و محافظت کمتری نیاز دارد. در حقیقت اگر استانداردها و ضوابط لازم هنگام اجرای اسکلت بتنی به‌خوبی رعایت شده باشد، پس از اتمام کار ساختمان به مراقبت خاصی احتیاج نخواهد داشت.

2.1.1. معایب اسکلت بتنی

زمان اجرا طولانی‌تر:

مدت‌زمانی که برای اجرای یک ساختمان با اسکلت بتنی موردنیاز است، بسیار بیشتر از ساختمان با اسکلت فلزی است.

 

اسکلت فلزی یا بتنی در برابر زلزله

شکل 3. اجرا مرحله به مرحله ساختمان بتنی

 

تضمین کیفیت کمتر:

چون کنترل کیفیت بتن در کارگاه انجام می‌شود، تضمین کیفیت آن نسبت به فولاد که در کارخانه تهیه می‌شود، کمتر است. البته در صورت استفاده از بتن آماده، این نقص تا حد زیادی قابل برطرف شدن است.

وزن تمام‌شده زیاد:

وزن تمام‌شده و بار مرده ساختمان با اسکلت بتنی بیشتر از ساختمان با اسکلت فلزی است.

تعویض و ترمیم سخت:

اگر عضوی از ساختمان بتنی معیوب شود، تعویض و ترمیم آن مشکل است.

 

مقاومت اسکلت فلزی بیشتر است یا بتنی؟

شکل 4. نمونه‌ای از آسیب‌های اجزا ساختمان‌های بتنی

 

● مقاومت کششی کم:

مقاومت کششی بتن بسیار پایین بوده و در حدود یک‌دهم مقاومت فشاری آن است. این مسئله باعث آسیب‌پذیر بودن بتن در زلزله می‌شود.

فساد سریع مصالح:

بتن باید بلافاصله پس از ساخت به کار گرفته‌شده و مصرف شود. بتن در بهترین حالت فقط تا دو ساعت پس از ساخت قابل‌استفاده است.

تأثیر زیاد شرایط آب و هوایی:

شرایط آب و هوایی مانند سردی و گرمی هوا در اجرای آن تأثیر می‌گذارد. (نیاز به روش‌های خاص برای عمل‌آوری بتن دارد که در مقاومت بتن مؤثر است)

ضعف در برابر انفجار:

بتن در برابر انفجار ضعیف عمل می‌کند.

 

آسیب وارده از انفجار در یک ساختمان بتنی

شکل 5. آسیب وارده از انفجار در یک ساختمان بتنی

3.1.1. خلاصه مزایا و معایب سازه‌های بتنی در قالب جدول

حال برای سرعت بیشتر و دقیق تر در مقایسه مزایا و معایب ساز‌ه‌های بتنی تمام توضیحات داده شده در قسمت‌های قبل را به صورت یک جدول نمایش می‌دهیم.

 

معایب و مزایای سازه‌ها بتنی

جدول 1. مقایسه کلی معایب و مزایای سازه‌ها بتنی

2.1. سازه فولادی

1.2.1. مزایای اسکلت فلزی

سرعت نصب بیشتر:
سرعت نصب قطعات فلزی نسبت به اجرای قطعات بتنی سریع‌تر بوده و مدت‌زمان کمتری طول می‌کشد.

 

اسکلت فلزی ساختمان

شکل 6. ساختمان فلزی در حال ساخت

 

وزن کمتر:
اسکلت فلزی به نسبت اسکلت بتنی وزن کمتری دارد، درنتیجه وزن کلی ساختمان کمتر می‌شود.

گزینه اول در دهانه‌های بزرگ، ساختمان‌های مرتفع و سوله‌ها:

مقاومت قطعات فلزی زیاد بوده و نسبت مقاومت به وزن آن از مصالح بتنی بیشتر است؛ به همین علت اسکلت فلزی در دهانه‌های بزرگ سوله‌ها (بیش از 8 متر) و ساختمان‌های مرتفع و همچنین ساختمان‌هایی که در زمین‌های سست اجرا می‌شوند، کاربرد گسترده‌ای دارد.

 

اجرای سوله فلزی

شکل 7. اجرا و نصب سوله با اسکلت فلزی

 

تضمین کیفیت بیشتر:

ازآنجاکه فلز در کارخانه‌های بزرگ و تحت نظارت دقیق تهیه می‌شود، می‌توان به یکنواخت بودن خواص آن اطمینان کرد.

رفتار بهتر در زلزله:

رفتار فولاد در عمل تا حد زیادی مطابق با تجزیه‌وتحلیل‌های آزمایشگاهی و مقاومت تئوری است؛ یعنی در عمل برخلاف اعضای بتنی، توانایی تحمل تنش‌های فشاری و کششی زیادی را دارد. (در اعضای بتنی نحوه اجرا و نوع مصالح در عملکرد واقعی اثرگذارند. ضمن اینکه مقاومت بتن درکشش کمتر از فشار است). همچنین از خواص مثبت مصالح فلزی، قابلیت شکل‌پذیری بالای آن‌هاست. این ویژگی باعث می‌شود اعضای فلزی در هنگام زلزله و حرکات رفت و برگشتی در مقایسه با اعضای بتنی، مقاومت بهتری از خود نشان دهند.

مقاوم‌سازی و ترمیم راحت‌تر:

اسکلت فلزی قابلیت تقویت پذیری و امکان مقاوم‌سازی دارد. اگر به هر علتی مانند محاسبات اشتباه، تغییر مقررات و ضوابط، اجرای نادرست و … اسکلت از مقاومت مطلوب برخوردار نباشد؛ می‌توان با جوش، پرچ یا پیچ کردن قطعات جدید آن را تقویت کرد یا قسمت‌هایی به آن اضافه کرد.

مقاومت در برابر انفجار:

ساختمان با اسکلت فلزی در برابر انفجار مقاومت بهتری دارد و کلاً ویران نخواهد شد.

2.2.1. معایب سازه فلزی

● هزینه اولیه بالا:

در ساختمان‌های فلزی بخش زیادی از هزینه ساخت را باید همان ابتدای کار و جهت خرید قطعات فلزی پرداخت کرد. در سال‌های اخیر با توجه به بالا رفتن مداوم قیمت این مصالح و پایین آمدن قدرت خرید سازنده یا مجری طرح، استقبال از ساختمان با اسکلت فلزی در ایران با کاهش مواجه شده است.

ضعف در آتش‌سوزی:

ضعف در دمای زیاد و هنگام آتش‌سوزی: مقاومت ساختمان با اسکلت فلزی با افزایش دما نقصان خواهد یافت. اگر دمای اسکلت فلزی به ۵۰۰ تا ۶۰۰ درجه سانتی‌گراد برسد، تعادل و ایستایی ساختمان به خطر می‌افتد.

 

مقاومت ساختمان با اسکلت فلزی

شکل 8. خرابی وارده از آتش سوزی به ساختمان با اسکلت فلزی

 

خوردگی و فساد فلز در مقابل عوامل خارجی و جوی:

قطعات مصرفی در ساختمان فلزی در مقابل عوامل جوی خورده شده و از ابعاد و مقاومت آن کاسته می‌شود؛ به همین علت مخارج نگهداری و محافظت این سازه‌ها بیشتر از سازه‌های بتنی است.

مشکلات ناشی از جوش نامناسب:

اتصال قطعات فلزی به‌وسیله جوش با توجه به این موارد ممکن است نامناسب و ناکارآمد باشد. مهارت نداشتن جوش‌کاران، استفاده از ماشین‌آلات قدیمی، کنترل نشدن دقیق توسط مهندسان ناظر، گران بودن هزینه آزمایش جوش و …. برای مثال در تصویر زیر می‌توان برخی از مشکلات جوشکاری را مشاهده کرد که به دلیل جوشکاری نادرست ممکن است به وجود آید.

 

نواقص جوشکاری در اسکلت فلزی

شکل 9. برخی از اشکالات به وجود آمده در هنگام جوشکاری

3.2.1. خلاصه مزایا و معایب سازه‌های فولادی در قالب جدول

در این بخش هم مانند قسمت سازه‌های بتنی می‌خواهیم برای یک مقایسه کلی موارد گفته شده را در قالب یک جدول بیان کنیم.

 

مزایا و معایب ساختمان اسکلت فلزی

 

2. معیارهای انتخاب نوع سیستم سازه‌ای

با توجه به توضیحات بخش قبل و معرفی اجمالی دو نوع سیستم فولادی و بتنی و مزایا و معایب هرکدام، در این بخش فهرستی از مهم‌ترین معیارها برای انتخاب نوع سیستم سازه‌ای متناسب با شرایط هر پروژه بیان‌شده است.
در هر پروژه، باید معیارهایی که اولویت بیشتری دارند تعیین و تحلیل شوند و درنهایت نوع سیستم سازه‌ای انتخاب گردد.

1.2. منابع و نحوه تأمین مالی پروژه

برای آن دسته از کارفرمایانی که مایل‌اند هزینه پروژه را به‌صورت خردتر و با توجه به پیشرفت پروژه پرداخت کنند، اسکلت بتنی گزینه مناسب‌تری خواهد بود؛ اما با توجه به اینکه عمده هزینه اجرای سازه فلزی هزینه خرید آهن خام موردنیاز است مقدار بیشتری نقدینگی باید در شروع پروژه هزینه گردد. همچنین با توجه به این‌که در کشور ما پرداخت وام مسکن پس از تکمیل سقف طبقات پرداخت می‌گردد در سازه‌های بتنی می‌توان پس از اتمام هر سقف نسبت به دریافت وام اقدام و به پروژه تزریق نمود که این‌یک مزیت برای اسکلت بتنی محسوب می‌گردد.

2.2. هزینه ساخت

فولاد استفاده‌شده در ساخت یک سازه فولادی دارای یک مقاومت مشخص در صورت طراحی صحیح، نسبت به مقدار فولاد استفاده‌شده در سازه بتنی دارای همان مقدار مقاومت، معمولاً در حدود ۳۰ درصد بیشتر است. ازاین‌رو هزینه اجرای اسکلت فلزی بالاتر است؛ بنابراین کارفرمایانی که به دنبال کاهش هزینه در ساخت هستند اسکلت بتنی گزینه مناسب‌تری است.

3.2. ارزش اسقاط

معمولاً در ساخت‌وسازهای رایج در کشور به مسئله اسقاط سازه کمتر توجه می‌شود بدین مفهوم که در زمان تخریب سازه ساختمان‌های فلزی دارای ارزش اسقاط به‌مراتب بالاتر و هزینه تخریب کمتری می‌باشند که این نیز می‌تواند یک مزیت برای اسکلت فلزی محسوب شود.

4.2. شرایط و امکانات منطقه

نزدیکی به کارخانه فولاد یا کارخانه‌های بتن می‌تواند تا حد زیادی در هزینه‌های پروژه مؤثر بوده و معیار مهمی برای انتخاب نوع سیستم سازه‌ای است.

5.2. سهولت و سرعت اجرا

سازه‌های فلزی به دلیل اجرای هم‌زمان طبقات از سرعت پیشرفت بیشتری نسبت به سازه‌های بتنی برخوردار می‌باشند. همچنین در صورت ساخت اسکلت فلزی در کارخانه مدت‌زمان اجرا به‌صورت بیشتری نیز کاهش می‌یابد؛ اما در اسکلت بتنی با توجه به اجرای هر طبقه بعد از طبقه زیرین و همچنین رعایت زمان‌گیرش اولیه بتن سرعت پیشرفت به‌مراتب کمتر است. همچنین سرعت‌بالا در اجرای سازه فلزی باعث کاهش هزینه‌های بالاسری و زمان بهره‌برداری پروژه می‌گردد که باعث جبران بخشی از هزینه بیشتر ساخت است و در پروژه‌هایی که طبق ارزیابی اقتصادی باید سریعاً به بهره‌برداری و فروش برسند، توجیه اقتصادی دارد.

6.2. محدودیت‌های معماری

گاهی در پروژه‌ها برای تأمین پارکینگ یا سایر فضاها با محدودیت‌های معماری روبرو می‌شویم که با توجه به حجم کمتر ستون‌های فولادی ناگزیر به استفاده از اسکلت فلزی هستیم.

7.2. مقاومت در برابر زلزله

معمولاً این باور غلط وجود دارد که ساختمان اسکلت فلزی در برابر زلزله مقاوم‌تر است و یا برعکس. این ایده اصولاً اشتباه است بدین‌صورت که هم سیستم بتنی و هم سیستم فلزی را می‌توان برای مقاومت‌های مختلف طراحی نمود که هر دو نیز به‌صورت موردنظر در زلزله عمل کنند. در حقیقت عامل مهم طراحی و اجرای صحیح سازه است. البته لازم به ذکر است که سیستم‌های اسکلت بتنی به دلیل افزایش وزن سازه، در زلزله، نیروی بیشتری را متحمل می‌شوند.

3. جدول مقایسه سیستم‌های سازه‌ای فولادی و بتنی برای معیارهای انتخاب

 

مقایسه سازه های فولادی و بتنی

جدول 3. مقایسه سازه‌های فولادی و بتنی

نتیجه‌گیری

همان‌طور که در مقاله هم بیان شد، هر دو نوع سیستم سازه‌ای بتنی و فولادی دارای مزایا و معایب خاص خود هستند و برتری چشمگیری نسبت به هم ندارند. مهم‌ترین نکته در ایجاد تفاوت بین آن‌ها، اجرای صحیح آن است.

انتخاب نوع سیستم سازه‌ای باید با توجه به نوع و مشخصات پروژه، محل پروژه و امکانات در دسترس، زمان پروژه، هزینه پروژه، منابع تأمین مالی پروژه و سایر فاکتورهای گفته‌شده و توجه به این موضوع که کدام‌یک از این فاکتورها اهمیت بیشتری دارد، تعیین شود. به همین منظور استفاده از مشاوره یک تیم تخصصی و باتجربه برای این کار ضروری است؛ زیرا در صورت اشتباه امکان تغییر و اصلاح وجود نخواهد داشت و کل ماهیت پروژه ممکن است به خطر بیفتد.

منابع

1.tka-eng.com
2.iranjib.ir
3.kilid.com
4.metropolco.ir
5. ارزیابی کیفی ساختمان‌های فولادی و بتنی، محمدرضا عدل پرور، حمیدرضا وثوقی فر، اولین همایش بین‌المللی مقاوم‌سازی لرزه‌ای، 1385

خرید لينک هاي دانلود

دانلود رایگان اعضای ویژه

دانلود رایگان این آموزش و ده ها آموزش تخصصی دیگر به ازای پرداخت فقط 80 هزار تومان (+ اطلاعات بیشتر)

خرید با اعتبار سایت به ازای پرداخت فقط 2 هزار تومان

دانلود و ذخیره فقط همین آموزش ( + عضو شوید و یا وارد شوید !)

دانلود سریع به ازای پرداخت فقط 2 هزار تومان

پیش از همه باخبر شوید!

تعداد علاقه‌مندانی که تاکنون عضو خبرنامه ما شده‌اند: 37,298 نفر

تفاوت خبرنامه ایمیلی سبزسازه با سایر خبرنامه‌ها، نوآورانه و بروز بودن آن است. فقط تخفیف‌ها، جشنواره‌ها، تازه‌ترین‌های آموزشی و ... مورد علاقه شما را هر هفته به ایمیلتان ارسال می‌کنیم.

نگران نباشید، ما هم مثل شما از ایمیل‌های تبلیغاتی متنفریم و خاطر شما را نخواهیم آزرد!

تولید کنندگان آموزش
با ارسال اولین دیدگاه، به بهبود این محتوا کمک کنید.
فرصت فوق‌العاده افزایش درآمد 3 برابری با مدرسین حرفه‌ای و باتجربه 

 تا 50% تخفیف ویژه 
دریافت تخفیف >> 
close-image
question