فولاد ، آلیاژی از آهن و کربن است که کمتر از 2 درصد کربن دارد. در فولاد ساختمانی عموما" در حدود 3 درصد کربن و ناخالصیهای دیگری مانند فسفر ، سولفور ، اکسیژن و نیتروژن و چند ماده دیگر موجود می باشد . ساخت فولاد شامل اکسیداسیون و جدانمودن عناصر اضافی و غیر ضروری موجود در محصول کوره بلند و اضافه کردن عناصر مورد نیاز برای تولید ترکیب دلخواه است. برای ساخت فولاد ، از چهار روش اصلی استفاده می شود.
انتخاب نوع مقطع ، روش ساخت ، روش بهره برداری و محل ساخت ساختمان ، خصوصیات و ویزگیهای متنوعی برای ساخت اسکلت باربر یک ساختمان بوجود می آورد. مزیتهای هر سیستم سازه ای و مصالح مورد نیاز آن سیستم را در صورتی می توان بکار برد که خصوصیات و ویژگیهای آن مصالح و سیستمها در مرحله طراحی به حساب آورده شود و طراح باید در مورد هر یک از مصالح به درستی قضاوت کند. این موضوع بویژه در ساختمانهایی که اسکلت فولادی دارند ضروری است. معیارهای سازه ای زیر اهمیت زیادی در طراحی کلی و ستون گذاری ساختمان دارد : - نوع مقطع - آرایش و روش قرار گیری مقاطع - فواصل تکیه گاهی - اندازه دهانه های سقف - نوع مهاربندی - نوع سیستم صلب کننده - محل قرارگیری سیستم صلب کننده
به طور کلی هدف از طراحی یک سازه، تامین ایمنی در مقابل فروریختگی و تضمین عملکرد مناسب در زمان بهره برداری است. چنانچه مقاومت واقعی یک سازه بطور دقیق قابل پیش بینی بود و در صورتی که بارهای وارد بر سازه و اثرات داخلی آنها نیز با همان دقت قابل تعیین بودند، تامین ایمنی تنها با ایجاد ظرفیت باربری به میزان جزئی بیش از مقدار بارهای وارده ممکن می گشت. لیکن عوامل نامشخص و خطاهای احتمالی متعددی در آنالیز، طراحی و ساخت سازه ها وجود دارند که یک حاشیه ایمنی را در طراحی سازه ها طلب میکنند. مهمترین ریشه ها و منابع این خطاها عبارتند از:
تفاوت سازه های بتنی و فلزی
1- هزینه : در ساختمانهایی با اسکلت فلزی به جرات می توان گفت که هزینه بسیار بالا بوده و باید هزینه ی زیادی در جهت خرید اهن آلات سنگین پرداخت نمود چنانچه در سازه های بتنی این هزینه کاهش می یابد که این کاهش هزینه بسیار چشم گیر بوده چرا که به جای خرید آهن آلات سنگین تنها باید از میلگرد ها و آرموتور ها و ملات بتن استفاده نمود که بسیارنسبت به سازه های دیگر به صرف تر بوده . البته این نوع مقایسه صرفا برای ابنا معمولی و زیر شش طبقه بوده و ساختمان های بالای شش طبقه را باید بر اساس ویژگی های بنایی ساختمان مورد نظر بررسی نمود . در این مورد می توان گفت سازه های بتنی هزینه کمترینسبت به سازه های فولادی دارند .
2- مقاومت سازه ( کیفیت ):در قالب کیفیت و مقاومت سازه می توان اشاره کرد به اینکه علاوه بر مقاومت سازه در برابرزلزله ، مقاومت تنش های فشاری و مقاومت در برابر حرارت را نیز باید در نظر گرفت . سازه های فولادی و بتنی هر دو در صورت اجرای ضوابط و شرایط آیین نامه ای دارای مقاومت بوده و کیفیت خوبی از خود نشا ن می دهند . اما باید در نظر داشت که سازه در برابر حرارت نیز مقاوم باشد که معمولا این نوع مقاومت در سازه
های بتنی بسیار بیشتر از سازه های فولادی است چرا که بسیاری از موارد در سازه های فولادی نسبت به این مبحث یعنی مقاومت در برابر حرارات انجام نمی شود .
الف ) حجم سازه
ب ) مساحت زمین مورد ساخت
در صورتی که هرچند حجم ستون ها به نسبت به سازه های فولادی افزایش یافته اما مقاومت سازه بتنی بیش از مقاومت سازه فولادی می شود . پس چنانچه مساحت زمین زیاد باشد مشکلی در رابطه با استفاده از سازه بتنی نیز وجود ندارد با توجه به مقاومت بیشتر این سازه در برابر تنش های فشاری .وسازههای بتنی نسبت به حرارت در صورت اجرای مقاومت لازم و به کار بردن بهترین شرایط برای سازه از مقاومت حرارتی نیز برخوردار است .
3- زمان : در مقایسه زمان نوع سازه ها به جرات می توان بیان کرد که سرعت ساخت سازه های فولادی بیشتر از سازه های بتنی است . چرا که در که در زمان کوتاهی می توان اسکلت یعنی بنای اصلییک ساختمان را بنا نمود .
اما در سازه های بتنی بساری از کارهای پیش زمینه ای زمان گیربودهو زمان ساخت را افزایش می دهند اما باید در این موضوع دقت نمود که ممکن است بر اثر این گذشت زمان قیمت مصالح ساخت بالا رود و سازه نسبت به تخمین قیمت روز اولیه تغییر قیمت زیادی داشته باشد . پس باید به زمانبندی ساخت نیز دقت نمود . چرا که سرعت ساخت سازه های فولادی بیشتر از سازه های بتنی بوده است .
4- منابع : آهن الات و مصالح فولادی از جمله مصالحی هستند که با قیمت زیاد و به سختی و زحمت تولید می شوند و از طرف دیگر این مصالح جزئ مصالح تجدید ناپذیر بوده و ممکن است که روزی پایان پذیرند پس باید برای ساختمان ها با توجه به نوع شرایط و ویژگی ساختمان مورد نظر از این مصالح استفاده نمود و سازه را به سازه ی فولادی نسبت داد چرا که سازه های بتنی نیز همان کار سازه های فولادی را انجام داده ولی با مصرف مصالح تجدید ناپذیرکمتر .در کل باتوجه به نوع ساختمان باید به تعیین نوع سازه نیز دقت نمود و به دقت آن را برآورد نمود.
در این قسمت به مقایسه سازه های فولادی و بتنی پرداخته شد که می توان بیان کرد با در نظرگرفتن شرایط سازه های بتنی در مقایسه با سازه های فولادی در ساختمان های معمولی به صرفه بوده و مزیت بیشتری دارند .
تفاوت سازه فلزی و بتنی: در اسکلتهای فولادی حتماً باید تمام اسکلت آماده باشد تا بتوان سقف را اجرا کرد.
مزیت این روش نسبت به روش اول آن است که میتوان طبقه مورد نظر را سریعتر برای اجرای دیگر مراحل از جمله تیغه چینی، اجرای تأسیسات مکانیکی و برقی و... در اختیار سایر پیمانکاران قرار داد که خود موجب تسریع در روند طرح خواهد بود.
ولی بهطور کلی زمان اجرای سازههای فولادی در مقیاسهای بزرگ تا حدودی کوتاهتر از سازههای بتن آرمه و هزینههای سازههای بتن آرمه کمتر از سازههای فولادی است که هر سازندهای با توجه به شرایط و معیارهای خود تصمیمگیرنده اصلی است.
حال با فرض وجود شرایطی کاملاً ایدهآل، یعنی عدموجود محدودیت زمان و هزینهها، عامل سوم یعنی کیفیت سازه را بررسی میکنیم.
کیفیت را میتوان از جنبههای متفاوتی مانند مقاومت در برابر بارهای ثقلی وارده و زلزله، مقاومت در برابر حرارت، ابعاد، دهانههای قابل پوشش، تعداد طبقات قابل طراحی، قابلیت ترمیم آسان و... مورد نقد و بررسی قرار داد. با توجه به گستردگی و پیچیدگی مسئله، در اینجا فقط تصمیمگیری برای ساختمانهای عادی را مورد توجه قرار میدهیم.
تفاوت سازه های بتنی و فلزی
اگر هر دو عامل در کنار هم قرار گیرند منجر به رسیدن به سختی و صلبیت بالاتری خواهند شد که جزء اصلیترین آیتمهای طراحی یک مهندس محاسب به شمار میروند.
در طراحی سازهها، مقاومت بتن را 10 درصد مقاومت فولاد فرض میکنند بنابراین ابعاد ستونها و تیرهای بتنی، بهمراتب بیش از سازههای فولادی است. البته این ابعاد بزرگ اعضای بتنی، ممان اینرسی بسیار بالاتری نسبت به گزینه دیگر به ارمغان خواهند آورد که در نهایت سازه بتنی، سختی بالاتر و معمولاً رفتار سازهای مناسبتری دارد.
با توجه به اینکه اطفاء حریق بلافاصله بعد از وقوع حادثه ممکن نیست، ساختمان باید به گونهایطراحی شود که تا چند ساعت متوالی بتواند آتش را با حداقل خسارات وارده تحمل کند. درسازههای بتن آرمه مقاومت بالایی در برابر آتش سوزی وجود دارد، اما درسازههای فولادی درصورتیکه تمهیدات ایمنی لازم در آنها صورت نپذیرد در چند دقیقه ابتدایی حریق، شاهد تخریبهای بسیار سریع و غیرقابل جبران خواهیم بود که این مورد نیز مزیتی بسیار ارزشمند برای سازههای بتن آرمه به حساب میآید.
فراموش نکنیم معیار چهارمی نیز در انتخاب وجود دارد؛ معیاری که 3 معیار هزینه، زمان و کیفیت را تحت سیطره خود قرار میدهد: فولاد بهعنوان یک سرمایه ملی مادهای است که ارزان به دست نمیآید و همانند نفت روزی تمام خواهد شد؛ مادهای که باید در صنایع ارزشمندتر و یا حداقل در سازههای خاص که نیاز به ظرافت خاصی دارند و پس از بررسیهای علمی برتری فولاد در آن محرز شده، مورد استفاده و بهره برداری قرار گیرد تا شاهد رشد اقتصادی در دیگر زمینههاباشیم.