تفاوت سازه های بتنی و فلزی

تفاوت سازه های بتنی و فلزی

تفاوت سازه های بتنی و فلزی

 سازه بتنی سازه‌ای است که در ساخت آن از بتن یا به طور معمول بتن آرمه (سیمان، شن، ماسه و پولاد به صورت میلگرد ساده یا آجدار) استفاده شده باشد. در ساختمان در صورت استفاده از بتن آرمه در قسمت ستون‌ها و شاه تیرها و پی، آن ساختمان یک سازه بتنی محسوب می‌شود.
امروزه بسیاری از پلها را از بتن آرمه می سازند. برای استفاده از پل های بلندتر و بیشتر شدن فاصله پایه پلها از تیر پیشتنیده استفاده می شود.

مزایای سازه‌های بتنی

  

۱- ماده اصلی بتن که شن و ماسه می‌باشد ارزان و قابل دسترسی است.

۲- سازه‌های بتنی که مطابق با اصول آیین نامه‌ای طراحی و اجرا شده اند، در مقابل شرایط محیطی سخت، مقاومتر از سازه‌های ساخته شده با مصالح دیگر هستند.

۳- به علت قابلیت شکل پذیری بالای بتن، امکان ساخت انواع سازه‌های بتنی نظیر پل، ستون و ... به اشکال مختلف میسر است.

۴- سازه‌های بتنی در مقابل حرارت زیاد ناشی از آتش سوزی بسیار مقاوم اند. آزمایشات نشان داده اند 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.

 

سازه های فولادی

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.

این روشها عبارتند از : روش کوره باز ، روش دمیدن اکسیژن ، روش کوره برقی ، روش خلاء . آنچه فولاد را به عنوان یک مصالح ساختمانی مناسب معرفی کرده می تواند شامل موارد زیر باشد :

- تغییر شکل در اثر بارگذاری و ایجاد تنش یکنواخت - وجود خاصیت الاستیک و پلاستیک - شکل پذیری - خاصیت چکش خواری و تورق - خاصیت خمش پذیری - خاصیت فنری و جهندگی - خاصیت چقرمگی - خاصیت سختی استاتیکی و دینامیکی - مقاومت نسبی بالا - ضریب ارتجاعی بالا - جوش پذیری - همگن بودن - امکان استفاده از ضایعات - امکان تقویت مقاطع

---

طراحی ساختمانهای فولادی

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

سازه های بتن آرمه

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:

الف: بارهایی که در عمل به سازه وارد می‌شوند و همچنین توزیع واقعی آنها ممکن است با آنچه در بارگذاری سازه فرض شده است متفاوت باشند.

ب: رفتار واقعی سازه ممکن است با رفتار تئوریک سازه، که بر اساس آن نیروهای داخلی اعضا محاسبه می‌شوند، تفاوت داشته باشد.

ج: مقاومت واقعی مصالح به کار رفته در ساخت سازه ممکن است متفاوت از مقادیر فرض شده در محاسبات باشد.

د: ابعاد قطعات و محل واقعی میلگرد ها ممکن است دقیقا مطابق آنچه طراح در محاسبات خود فرض کرده نباشد.

تفاوت سازه های بتنی و فلزی

---

بنابراین، انتخاب یک حاشیه ایمنی مناسب امر بسیار دشواری است که نحوه منظور نمودن آن، به صورت یکی از مشخصه های اساسی روش های طراحی در آمده است. به طور کلی طراحی سازه های بتن آرمه به سه روش زیر صورت می‌گیرد.
تفاوت سازه های فولادی و بتنی را از 4 مبحث مجزا باید در نظر گرفت و مقایسه نمود :

1- هزینه
2- مقاومت سازه (کیفیت )
3- زمان
4- نوع منابع

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 .

اما در رابطه با مقایسه این سازه ها می توان به شرایط زیر اشاره کرد :

الف ) حجم سازه

ب ) مساحت زمین مورد ساخت

این مقایسه همانطور که در مبحث هزینه اشاره شد برای ساختمان های زیر 6 طبقه و ابنامعمولی به کار می رود . سازه های فولادی با توجه به نقشه فونداسیون و جایگذاری مکان ستونها دارای و تعیین تمامی ضوابط از مقاومت خوبی بر خوردارند که حجم کمتری از زمین مورد نظر را نیز در بر می گیرند .

اما سازه های بتنی حجم بیشتری از زمین را برای نسبت همان مقاومتی که سازه فولادی برقرار می کند در بر می گیرد که این موضوع تنها مشکل این سازه ها هستند .

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.

به عبارت دیگر اول باید تیر و ستون‌هایی وجود داشته باشد تا بتوان روی آن سطحی به نام سقف یا همان کف اجرا کرد. در حالی‌که در سازه‌های بتن آرمه ابتدا ستون‌های هر طبقه و سپس سقف همان طبقه که خود مشتمل بر تیر‌ها و کف یکپارچه‌تری نسبت به سازه‌های فولادی است اجرا می‌شود.

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

---

اولین و مهم‌ترین نکته قابل ذکر در این مورد مقاومت مصالح و ابعاد مصالح مصرفی است. معمولاً هر چه اعضای باربر ما ابعاد بزرگتر از نگاه عام و ممان اینرسی بالاتر از دید مهندسی داشته باشد، رفتار سازه‌ای مناسب‌تر است و هر چه مصالح مصرفی که در عرف ساختمان‌سازی‌ بتن یا فولاد هستند قابلیت تحمل نیروهای بیشتر را داشته باشند منجر به طراحی اعضای ظریف‌تری خواهند شد.

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.

مقاومت این ساختمان ها در برابر آتش سوزی:

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.

به هر حال،استفاده از سازه‌های بتن آرمه با توجه به مصرف به‌مراتب پایین‌تر از فولاد (به‌صورت میلگرد) هم از نظر سازه‌ای و هم از نظر اقتصادی و هم از جنبه ملی به‌مراتب مناسب‌تر و بهینه‌تر از سازه‌های فولادی است.

برای دیدن سازه های فلزی پیچ مهره ای کلیک کنید.