سازه های بتنی
یکی از مهم‌ترین فاکتورهای انتخاب نوع سازه، محل احداث پروژه است. مثلاً در شرایط آب و هوایی مرطوب و در معرض بارندگی‌های مکرر، سازه فلزی نامناسب است چون در معرض زنگ‌زدگی و خوردگی قرار دارد.
ماندگاری بالا یکی از مزایای سازه‌های بتنی در مناطق با رطوبت بالاست. از طرفی در مناطقی که یون سولفات وجود دارد، میلگرد موجود در بتن در معرض حمله قرار دارد. ضمناً وضعیت گسل‌های آن منطقه و عملکرد سازه در زلزله نیز عامل مؤثر در انتخاب نوع سازه است. همچنین یکی دیگر از عوامل مهم در مورد محل پروژه، تأمین مصالح موردنیاز سازه در محل است. مثلاً نزدیک بودن محل پروژه به معادن سنگدانه و یا کارخانه بتن و یا محل تهیه آهن‌آلات، باعث کاهش هزینه حمل‌ونقل مصالح می‌شود و ازنظر اقتصادی در انتخاب نوع سازه تأثیرگذار است.
تفاوت سازه فلزی و بتنی ازلحاظ مقاومت سازه:
برای انتخاب یک اسکلت مناسب برای ساختمان ابتدا باید نوع بهره‌برداری از ساختمان و درجه اهمیت آن را تعیین کنیم. در مقایسه مقاومت ساختمان بتنی و فلزی نمی‌توان یکی را مقاوم‌تر از دیگری معرفی کرد. چون در صورت طراحی مناسب و اجرای خوب سازه، هر دو اسکلت باید بتوانند نیروهای وارده را به‌خوبی تحمل کنند؛ اما در مورد نیروی زلزله، وزن سازه یکی از عوامل تشدیدکننده این نیرو است و ازآنجاکه وزن اسکلت بتنی از وزن سازه فولادی بسیار سنگین‌تر است، نیروی زلزله شدیدتری به اسکلت بتنی وارد می‌شود.
وزن سازه‌های فولادی حدوداً 250 تا 390 kg/m^2 و وزن سازه اسکلت بتنی حدوداً 480 تا 780 kg/m^2 است. از طرفی صلبیت بالای بتن باعث می‌شود هنگام وزش باد و تکان‌های شدید از طبقات فوقانی، لرزه‌ای در سازه بتنی ایجاد نشود و احساس آرامش ساکنین سازه بتنی از سازه فولادی بیشتر است. شاید این موضوع یکی از مهم‌ترین مزایای سازه‌های بتنی باشد.
در حالت کلی میتوان گفت نسبت مقاومت فولاد به وزن آن در مقایسه با بتن بزرگ‌تر است. نکته دیگر این‌که مقاومت فولاد در مورد نیروهای کششی و فشاری و برشی تقریباً یکسان بوده و در نیروهای رفت و برگشتی، نیروی کششی و فشاری قابل تبدیل بوده و این باعث می‌شود سازه فلزی عکس‌العمل خوبی نشان دهد؛ اما در بتن مقاومت فقط در نیروهای فشاری خوب بوده و بتن در مورد نیروهای کششی و برشی عملکرد ضعیفی دارد و درصورتی‌که با میلگرد مسلح نشود، به‌راحتی ترک برداشته و تخریب می‌شود.
ضمناً فولاد به دلیل همگن بودن مواد و شکل‌پذیری بالا، نیروهای دینامیکی و ضربه‌ای را به‌خوبی تحمل می‌کند، درحالی‌که بتن به دلیل ساختار ناهمگن خود ترد و شکننده است و در مقابل این نیروها و انفجار ترک خورده و عملکرد سازه مختل می‌شود.
مقاومت سازه
مزایا و معایب سازه‌های فلزی و بتنی در زمان اجرای پروژه:
درصورتی‌که سرعت اتمام پروژه برای ما اولویت داشته باشد، سازه فلزی گزینه مناسب‌تری از سازه بتنی است؛ زیرا اسکلت بتنی باید طبقه به طبقه اجرا شود و زمان لازم برای قالب‌بندی، شمع‌بندی و گیرش اولیه بتن را باید در نظر بگیریم. این در حالی است که در اسکلت فلزی امکان اجرای بی‌وقفه تمام طبقات به‌صورت هم‌زمان با یکدیگر وجود دارد. حتی در صورت تهیه اسکلت فلزی پیش‌ساخته از کارخانه و مونتاژ در محل پروژه، سرعت اجرا از حالت عادی بیشتر هم می‌شود.
سازه فلزی
همچنین از مزیت‌های مهم سازه‌های فلزی امکان توسعه سازه بعد از بهره‌برداری است بدین معنی که اگر کارفرما یا صاحبان سازه ساختمانی بخواهند طبقه‌ای به ساختمان اضافه نمایند سازه فولادی این قابلیت حائز اهمیت را دارد که با متصل نمودن ستون به ستون‌های از قبل اجرا شده با اتصال پیچی یا جوشی و اتصال تیرها و ... سازه را توسعه داد.
مورد دیگر محدودیت‌های اجرای سازه بتنی در شرایط جوی سرد و گرم است که سرعت اجرای کار را پایین آورده و حتی در مواردی کار را متوقف می‌کند که سازه فلزی از این محدودیت‌ها مستثنا است.
مزایا و معایب سازه‌های فلزی و بتنی در اشغال فضا و تداخل‌های معماری:
سازه بتنی نسبت به فلزی سنگین‌تر و حجیم‌تر است و به دلیل بزرگ بودن ابعاد تیر و ستون‌ها در اسکلت بتنی، فضای مرده بیشتری در ساختمان داریم؛ یعنی در مقایسه دو ساختمان بتنی و فلزی یکسان، در سازه بتنی فضای مفید و قابل‌استفاده کمتری خواهیم داشت که این موضوع موجب ایجاد محدودیت‌های معماری مخصوصاً در بحث تأمین پارکینگ‌ها می‌شود. همچنین در دهانه‌های بزرگ، ارتفاع تیرها نیز افزایش می‌یابد (به دلیل جلوگیری از تغییر شکل و کمانش) که همین موضوع ارتفاع مفید طبقات را کم می‌کند.
نکته دیگر این است که در سازه‌های فلزی نیازی به اجرای سقف کاذب نیست، اما در سازه‌های بتنی معمولاً مجبور به اجرای سقف کاذب هستیم. نکته مثبت در مورد بتن، تنوع مقاطع بتنی و امکان ایجاد اعضا با مقاطع مختلف است.
ضریب اطمینان و کنترل کیفیت
در محاسبات سازه بتنی اعداد به‌صورت تقریبی و با ساده‌سازی معادلات به دست آمده‌اند، اما در سازه فولادی به دلیل همگن بودن فولاد، اعداد محاسباتی از قطعیت بالایی نسبت به مقادیر عملی برخوردارند. ازآنجاکه بتن معمولاً در محل پروژه آماده می‌شود و کنترل کیفیت کمتری دارد اما فولاد در کارخانه و با نظارت و دقت بالا تولید می‌شود، ضریب اطمینان کوچک‌تری برای فولاد در نظر می‌گیریم که همین امر باعث صرفه‌جویی در مصالح می‌شود.
مقایسه سازه‌های بتنی و فولادی
بزرگ‌ترین نقطه‌ضعف سازه فولادی عدم اجرای صحیح اتصالات در آن است که سازه بتنی به دلیل یکنواخت بودن و عدم نیاز به اتصالات بین تیر و ستون‌ها دارای برتری نسبت به سازه فولادی است. بهترین روش اجرای اتصالات در اسکلت فولادی استفاده از پیچ و مهره است که متأسفانه در ایران زیاد مرسوم نشده است. در صورت اجرای جوشکاری نامناسب و عدم کنترل و نظارت و تست جوش، باعث عملکرد نامناسب اسکلت فلزی مخصوصاً در مواجهه با نیروهای زلزله می‌شود.
مزایای سازه‌های بتنی:
دلایل انتخاب سازه‌های بتنی به شرح زیر است:
1. سازه‌های بتنی مقاومت حرارتی و رطوبتی بالایی دارند.
2. سازه‌های بتنی از استحکام خمشی بالایی در هر دو راستای سازه برخوردارند.
3. اجرای سازه‌های بتنی آسان است.
4. اتصال تیر و بدنه سقف به دلیل همگن بودن مصالح مناسب‌تر از سازه‌های فلزی است.
معایب سازه‌های بتنی:
3 مشکل اصلی یک سازه بتنی:
1. زمان اجرای سازه‌های بتنی طولانی‌تر از سازه‌های فلزی است.
2. وزن سازه‌های بتنی زیاد است.
3. نیاز به وجود آزمایشگاه‌های مکانیک خاک برای آزمایش‌های مربوط به بتن وجود خواهد داشت.
مزایای سازه‌های فولادی:
5 مزیت مهم سازه فولادی را میتوان در موارد زیر خلاصه کرد:
1. مقاومت سازه با گذشت زمان تغییر نکرده و طول عمر بالایی دارد.
2. میتوان اجرای طبقات را به‌طور هم‌زمان انجام داد و به همین دلیل سرعت اجرای این نوع سازه بالاست.
3. وجود اسکلت‌های فولادی پیش‌ساخته سبب می‌شود که اجرای این سازه راحت‌تر باشد.
4. اگر اسکلت سازه آسیب ببیند امکان ترمیم و تعمیر خواهد داشت.
5. سازه‌های فلزی انعطاف‌پذیری بالایی دارند.
معایب سازه‌های فولادی:
ازجمله معایب سازه‌های فولادی میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
1. قیمت این سازه بیشتر است.
2. در صورت نبود اتصالات اصولی در مواقع زلزله آسیب بیشتری نسبت به سازه‌های بتنی می‌بینند.
3. امکان اکسیدشدگی و زنگ‌زدگی این سازه‌ها وجود دارد.
4. در برابر حرارت مقاوم نبوده و در صورت آتش‌سوزی تغییر شکل می‌دهند که می‌تواند با خسارات جبران‌ناپذیری همراه باشد.
استفاده هم‌زمان از فولاد و بتن در ساختمانی چه مزیتی دارد؟
جالب است بدانید در حال حاضر به دلیل مزیت‌های استفاده هم‌زمان از فولاد و بتن در ساختمان استفاده از این روش بسیار رایج شده است. درواقع با این کار میتوان معایب بتن و فولاد را پوشش داد و از مزایای هرکدام از آنها بهره برد.
در حالت کلی هدف از طراحی و ساخت یک ساختمان تامین ایمنی در مقابل فروریختگی و تضمین عملکرد آن در هنگام بهره برداری است. سازه بتنی سازه ای است که در ساخت آن از بتن یا از بتن آرمه (شن، ماسه، سیمان، پولاد به صورت میلگرد ساده یا آجدار) استفاده شده باشد.
در ساختمان ها در صورت استفاده از بتن آرمه در قسمت های مختلف آن مثل ستون ها و پی و شاه تیرها، آن ساختمان یک سازه بتنی به شمار می آید.
سازه بتنی چیست و چه مزایایی دارد؟
عوامل و خطاهای احتمالی در ساخت سازه بتنی
اگر بارهای وارد بر سازه و اثرات آن از قبل قابل پیش بینی بود، تأمین ایمنی تنها با ایجاد ظرفیت باربری به میزان جزئی بیش از مقدار بارهای اولیه امکان پذیر بود.
اما عوامل و خطاهای احتمالی در طراحی و ساخت سازه ها وجود دارد که مهم ترین ریشه ها و منبع آنها عبارت اند از:
مقاومت واقعی مصالح به کار رفته و استفاده شده در طراحی و ساخت سازه ممکن است متفاوت از مقادیر فرض شده در محاسبات باشد.
محل قطعی و واقعی میلگردها و ابعاد قطعات ممکا است طبق محاسبات که در قبل صورت گرفته نباشد.
بارهایی که در عمل به سازه ها وارد می شود و توزیع آنها با آنچه در هنگام محاسبات و بارگذاری سازه فرض و محاسبه شده تفاوت داشته باشد.
رفتار واقعی سازه ممکن است با رفتار تئوریک سازه که بر اساس آن نیروهای داخلی اعضا محاسبه می شود متفاوت باشد.
پس انتخاب یک حاشیه امن کاری بسیار سخت و دشوار است و برای استفاده از آنها به صورت یکی از مشخصه های اساسی روش های طراحی در آمده است.
سازه های بتنی آرمه به 3 روش تنش مجاز، مقاومت نهایی، روش طراحی بر مبنای حالات حدی صورت می گیرد.
مزایای سازه بتنی
در مقابل حرارت زیاد ناشی از آتش سوزی بسیار مقاوم هستند؛ (آزمایش‌ها نشان داده است که در صورت ایجاد حرارتی معادل ۱۰۰۰ درجه سانتی گراد برای یک نمونه بتن آرمه، حداقل یک ساعت طول می‌کشد تا دمای فولاد داخل بتن، که با یک لایه بتنی با ضخامت ۲٫۵ سانتی متر پوشیده شده است، به ۵۰۰ درجه سانتی گراد برسد)
به علت قابلیت شکل پذیری بالای بتن امکان ساخت انواع و اقسام سازه های بتنی مثل ستون، پل و… به اشکال متفاوت امکان پذیر است.
ماده اصلی تشکیل دهنده آن شن و ماسه است که در دسترس و ارزان هست.
این سازه ها با اصول آیین نامه ای طراحی و اجرا شدند به همین علت در شرایط محیطی سخت از دیگر سازه ها که با مصالح دیگری ساخته شده اند، مقاوم تر هستند.