اسکلت‌های ساختمانی

اسکلت ساختمان‌ها می‌تواند به سه شیوه‌ی متداول ساخته شود. انواع قدیمی و ابتدایی ساختمان‌ها با مصالح بنایی و به سبکی ساده ساخته می‌شدند. اما ساختمان‌های جدید و پیشرفته‌تر امروزی می‌توانند بر پایه اسکلت بتنی یا فلزی ساخته شوند. این که در ساخت هر سازه از کدام یک از این اسکلت‌های ساختمانی استفاده می‌شود، بستگی به موارد متعددی مثل شرایط آن بنا، تعداد طبقات، نوع کاربری، موقعیت مکان، هزینه اولیه در دسترس و… دارد. در این مقاله می‌خواهیم به مقایسه اسکلت بتنی با فلزی بپردازیم و مزیت‌ها و نقاط ضعف هر یک از آن‌ها را شرح دهیم.

معرفی اجمالی اسکلت بتنی و فلزی

استفاده از اسکلت‌های بتنی در بسیاری از ساختمان‌های امروزی رایج است. همان‌طور که از نام این نوع اسکلت بندی ساختمان مشخص است، عمده مصالح مورد استفاده برای اجرای آن، بتن آرمه یا بتن مسلح است. در هر اسکلت بتنی، یک شبکه متشکل از ستون‌ها و تیرها وجود دارد که بار کلی زنده و مرده‌ی سازه بین آن‌ها تقسیم می‌شود. سپس مجموع وزن آن‌ها به نقاط مختلف کف یا پایه بتنی وارد می‌شود. قبل از مقایسه اسکلت بتنی با فلزی، چیستی هریک از آن‌ها را برای درک بهتر، شرح می‌دهیم.

در هر ساختمان بتنی، دو جزء اصلی تیر و ستون به‌کار برده می‌شود که از بتن و میلگرد تشکیل شده‌اند. تیرها عضو افقی سازه هستند که بعضی از آن‌ها را تیرهای اصلی و برخی دیگر را تیرهای ثانویه می‌نامند. هر تیر ثانویه، بار کف را به تیرهای اصلی منتقل می‌کند و هر تیر اصلی نیز بار کف یا تیرهای ثانویه را به ستون‌ها می‌رساند. در مقابل ستون‌ها که اعضای عمودی ساختمان هستند، جزء اساسی و مهمی باربر سازه هستند. ستون‌ها در اسکلت بتنی باری را که از تیر به آن‌ها وارد می‌شود، به پی سازه انتقال می‌دهند.

شرایط ساختمان و مقایسه اسکلت بتنی با فلزی در برخی موارد پیمانکار را مجاب می‌کند که از اسکلت فلزی استفاده کند. اجزای اسکلت فلزی شامل فولاد، تیر و ستون است. برخلاف اسکلت بتنی، در مورد اسکلت بندی فلزی کلیدی‌ترین مصالح مصرفی بتن نیست و فولاد است. استفاده از اسکلت فولادی باعث افزایش مقاومت، شکل پذیری و ارتجاعی بودن سازه نهایی می‌شود و در بسیاری از ساخت‌وسازها کاربردی است.

هر یک از این دو اسکلت ساختمانی، ویژگی‌های خاص خود را دارند. با شناخت نقاط قوت و ضعف هرکدام می‌توان به این نتیجه رسید که برای اجرای یک سازه مورد نظر، بهتر است از کدام نوع اسکلت بندی استفاده شود. به همین دلیل دانستن خصوصیات آن‌ها از جنبه‌های مختلف و مقایسه کلی، راهنمای انتخاب نوع اسکلت مناسب هر ساختمان است.

مقایسه اسکلت بتنی با فلزی

در ادامه معیارهای مختلف اسکلت‌های بتنی و فلزی را با هم مقایسه می‌کنیم. اطلاع از خصوصیات اسکلت بتنی و فلزی به مقایسه بهتر آن‌ها و رسیدن به نتیجه درست کمک می‌کند.

وزن نهایی اسکلت بندی

از لحاظ وزنی، سازه‌هایی با اسکلت بتنی عمدتا سنگین‌تر از سازه‌های فولادی هستند. چراکه معمولا از مقدار بتن بیشتری برای ساخت آن‌ها استفاده می‌شود. اما اسکلت‌های فولادی سبک ترند. به همین دلیل اگر اولویت به وزن کمتر سازه باشد، بهتر است از انواع اسکلت‌های فولادی استفاده شود. وزن سازه‌ای که در آن از اسکلت فولادی استفاده شود، تقریبا 390-250 کیلوگرم است. در حالی که نمونه‌های بتنی در حدود 780-480 کیلو وزن دارند.

هزینه‌های مصرفی اجرا

مخارج اجرای اسکلت بتنی، اغلب کمتر از اسکلت‌های فولادی است. زیرا متریال‌هایی مثل بتن، شن و ماسه، به نسبت ارزان‌تر از قطعات فلزی هستند. در مقایسه اسکلت بتنی با فلزی، در اسکلت‌های فولادی از فلزات بیشتری استفاده می‌شود که با توجه به گران‌تر بودن فلز نسبت به بتن، هزینه‌های نهایی اجرا گران‌تر تمام می‌شود. انتخاب یکی از این دو مدل اسکلت‌بندی، علاوه‌بر عوامل مختلف دیگر، به بودجه اولیه در دسترس مجریان و پیمانکاران نیز بستگی دارد. محدود بودن بودجه، سازندگان را بیشتر به سمت اسکلت بتنی می‌کشاند.

مقاومت در برابر حرارت بالا

یکی از موارد قابل ذکر در مورد اسکلت‌های فلزی، این است که فلزات مقاومت محدودی در برابر دمای بالا دارند. به همین دلیل در صورت بروز حوادثی مانند آتشسوزی، قطعات فلزی اسکلت سازه‌های فولادی که در معرض دمای بسیار بالای ناشی از آتش قرار می‌گیرند، ذوب یا نرم می‌شوند. پس می‌توان گفت در چنین شرایطی خیلی سریع استحکام و مقاومت خود را از دست می‌دهند و زمینه را برای تخریب ساختمان فراهم می‌کنند.

مقایسه اسکلت بتنی با فلزی از لحاظ مقاومت در برابر دمای بالا، سازه‌های بتنی را برنده‌ی این رقابت می‌کند. چون در اسکلت بندی‌های بتنی به جای اینکه عمده مواد مصرفی فلزات باشند، از میزان کمتری فلز (به شکل میلگرد) و میزان بیشتری بتن استفاده می‌شود. بتن‌ها در برابر درجه حرارت زیاد مقاومت نسبتا بهتری دارند. بررسی و مقایسه‌ها نشان می‌دهد که یک ساختمان با اسکلت فولادی، در دمای 600 درجه سانتیگراد کاملا مقاومتش را از دست داده و دچار ریزش می‌شود. در حالی که ساختمان‌هایی با اسکلت بتنی، به طور میانگین می‌توانند بین 1 تا 6 ساعت دمای بالای 1000 درجه سلسیوس را تحمل کنند.

مقاومت کلی سازه

در مقایسه اسکلت بتنی با فلزی از نظر مقاومت کلی ساختمان، نمی‌توان با قاطعیت یکی از آن‌ها را برتر از دیگری دانست. چراکه در صورت مناسب بودن طراحی، اجرای دقیق و استفاده از مواد اولیه باکیفیت، هر 2 نوع اسکلت بندی ذکر شده مقاومت خوبی از خود نشان داده و می‌توانند بارهای وارده به سازه را کاملا تحمل کنند.

از یک طرف استفاده از بتن در اجرای پی ساختمان، باعث می‌شود در صورت وقوع حوادثی مثل زمین لرزه، سازه مقاومت بهتری از خود نشان دهد و شدت خسارت‌های وارده کمتر شود. از یک سمت دیگر استفاده از فولاد در اسکلت بندی یک ساختمان، مقاومت و حالت ارتجاعی بهتری به آن می‌دهد.

مقایسه اسکلت بتنی با فلزی از لحاظ محیط اجرا

یک فاکتور مهم دیگر در مقایسه‌ی این دو نوع اسکلت ساختمانی، توجه به موقعیت و شرایط محل احداث آن پروژه است. اگر محیط مورد نظر دائما یا در بیشتر روزهای سال دارای آب و هوایی مرطوب است، بهتر است قید اسکلت فلزی را بزنید. چون فلز یا فولاد به کار برده شده در این اسکلت بندی‌ها، در برابر رطوبت آسیب‌پذیر است. فلزی که با بارندگی‌های مداوم و رطوبت بالای هوا در تماس است، می‌تواند سریع دچار زنگ‌زدگی شود.

البته ذکر این نکته هم لازم است که احتمال خوردگی میلگردها هم وجود دارد. برای مثال عواملی مثل اسیدها و سولفات‌ها می‌توانند با خمیر سیمان واکنش داده و با تضعیف پوشش منسجم بتن روی میلگردها، آن‌ها را در معرض هوا قرار داده و در نهایت باعث زنگ زدگی و خوردگی آرماتورها شوند. اما در مقایسه اسکلت بتنی با فلزی این اتفاق در مورد میلگردها کمتر محتمل است و  معمولا از میلگردها با پوشش ضد زنگ و رنگ زدن محافظت می‌شود. از طرفی در اسکلت بتنی فلز عمده‌ترین ماده مصرفی نیست و بتن در برابر رطوبت مقاومت خود را حفظ می‌کند. در مورد مکان ساخت سازه، باید به احتمال بروز زمین لرزه یا وضعیت گسل‌ها نیز دقت کرد. اکثر اوقات ساختمان بتنی برای محیط‌های مستعد زمین لرزه بیشتر ترجیح داده می‌شود.

مقایسه از نظر کنترل کیفیت

در مورد محاسباتی که برای اجرای اسکلت‌های بتنی انجام می‌شود، اطلاعات بدست آمده نهایی یک سری اعداد تقریبی هستند. اما در محاسبات مرتبط با اسکلت‌های فلزی، اعداد نهایی دقیق‌تر بوده و قطعیت بالاتری دارند. همچنین ساخت بتن مورد استفاده برای ساختمان‌های بتنی، ممکن است در همان مکان ساخت بنا انجام شود که در این صورت، کنترل کیفیت آن کمتر از ساختمان‌های فولادی است.

مقایسه اسکلت بتنی با فلزی در مورد اتصالات اجرای سازنده آن‌ها هم قابل توجه است. ماهیت سازه‌های بتنی به نحوی است که یکنواختی در آن وجود دارد و نیازمند برقراری اتصال خاصی بین اجزا مانند تیرها و ستون‌ها وجود ندارد. اما در ساختمان‌هایی با اسکلت‌بندی فولادی، نیاز به اتصالات مطرح است که باید به روشی درست و با بهترین کیفیت انجام شود. در حالت ایده‌آل باید اتصالات لازم بین اجزای فلزی با پیچ و مهره برقرار شود. ولی متاسفانه در کشور ما به جای آن، از جوش دادن اتصالات استفاده می‌شود که اغلب بدون نظارت، کنترل کیفیت و معمولا به شیوه نامناسبی انجام می‌شود.

مقایسه اسکلت بتنی با فلزی از نظر اشغال فضا

آخرین موردی که در این مقایسه باید به آن اشاره کنیم، فضایی است که اجرای هر یک از این اسکت‌ها اشغال می‌کند. برنده این رقابت، اسکلت‌های فولادی هستند. اسکلت‌های بتنی دارای اعضایی با حجم بیشتر هستند و اندازه تیر و ستون بکار گرفته شده در ساختمان‌های بتنی بزرگتر است. بنابراین فضای بیشتری اشغال می‌شود و مساحت مفید درون آن بنای نهایی کمتر خواهد بود. این مساله محدودیت‌هایی نیز در سبک‌های معماری آن ساختمان ایجاد می‌کند.