مقایسه ی ساختمان های بتنی و فولادی
هر روز هنگام عبور از خیابان های شهر شاهد ساخت و سازهای روزافزونی هستیم، سازه هایی که از بتن و یا از فولاد ساخته میشوند. در مورد اینکه کدام نوع سازه بر دیگری برتری دارد، اختلاف نظر شدیدی بین سازندگان ساختمان ها وجود دارد. معمولاً معیارهای ساخت، جواب های متفاوتی برای ما به همراه دارد. عمده عوامل موثر در این روند، هزینه، زمان و کیفیت ساخت است. هزینه ساخت و سود حاصل از این سرمایه گذاری با زمان اتمام طرح رابطه تنگاتنگی دارد. بدیهی است هر چه زمان اجرای طرح طولانی تر شود، شاهد افزایش قیمت مصالح، قیمت تمام شده طرح، هزینه های متفرقه و بازگشت دیرتر سرمایه خواهیم بود که خوشایند هیچ سازه ای نیست.
سازه های بتن آرمه معمولاً به هزینه کمتر و زمان بیشتری برای ساخت نیاز دارد؛ در حالیکه سازه های فولادی ابتدا نیاز به سرمایه زیادی برای خرید آهن آلات دارد، ولی در عوض شاهد سرعت اجرای بالاتری خواهیم بود. بنابراین در ساختمان های عادی کمتر از 6 طبقه ، در نهایت تفاوت زیادی از این منظر وجود ندارد. در اسکلت های فولادی حتماً باید تمام اسکلت آماده باشد تا بتوان سقف را اجرا کرد. به عبارت دیگر، اول باید تیر و ستون هایی وجود داشته باشد تا بتوان روی آن سطحی به نام سقف یا همان کف را اجرا کرد. در حالیکه در سازه های بتن آرمه ابتدا ستون های هر طبقه و سپس سقف همان طبقه اجرا میشود که خود مشتمل بر تیرها و کف یکپارچه تری نسبت به سازه های فولادی است. مزیت این روش نسبت به روش اول آن است که میتوان طبقه مورد نظر را برای اجرای سایر مراحل از جمله تیغهچینی، اجرای سایر مراحل از جمله تیغه چینی، اجرای تأسیسات مکانیکی و برقی و .... سریع تر در اختیار سایر پیمانکاران قرارداد که خود موجب تسریع در روند طرح خواهد بود، اما به طور کلی زمان اجرای سازه های فولادی در مقیاس های بزرگ تا حدودی کوتاهتر از سازه های بتن آرمه و هزینه های سازه های بتن آرمه کمتر از سازه های فولادی است که هر سازنده ای با توجه به شرایط و معیارهای خود تصمیم گیرنده اصلی است.
حال با فرض وجود شرایطی کاملاً ایده ال، یعنی عدم وجود محدودیت زمان و هزینه ها، عامل سوم یعنی کیفیت سازه را بررسی میکنیم. کیفیت را میتوان از جنبه های متفاوتی مانند مقاومت در برابر بارهای ثقلی وارده و زلزله ، مقاومت در برابر حرارت، ابعاد، دهانه های 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 تصمیم گیری برای ساختمان های عادی را مورد توجه قرار میدهیم. اولین و مهمترین نکته قابل ذکر در این مورد، مقاومت مصالح و ابعاد مصالح مصرفی است. معمولاً هرچه اعضای باربر ما ابعاد بزرگتر از نگاه عام و ممان اینرسی بالاتر از دید مهندسی داشته باشد، رفتار سازه ای مناسبتر است و هر چه مصالح مصرفی که در عرف ساختمان سازی بتن یا فولاد، قابلیت تحمل نیروهای بیشتر را داشته باشند، منجر به طراحی اعضای ظریف تری خواهند شد. اگر هر دو عامل در کنار هم قرار گیرند، منجر به رسیدن به سختی و صلبیت بالاتری خواهد شد که جزء اصلی ترین موارد طراحی یک مهندس محاسب به شمار میرود.
در طراحی سازهها، مقاومت بتن را 10 درصد مقاومت فولاد فرض میکنند؛ بنابراین ابعاد ستون ها و تیرهای بتنی، به مراتب بیش از سازه های فولادی است. البته این ابعاد بزرگ اعضای بتنی، ممان اینرسی بسیار بالاتری نسبت به گزینه دیگر به ارمغان میآورند که در نهایت سازه بتنی، سختی بالاتر و معمولاً رفتارهای مناسبتری دارد. ایرادی که به سازه های بتنی وارد است؛ سنگین بودن آنهاست. در پاسخ به این ایراد باید گفت که ابعاد بزرگ سازه تا جایی مورد پذیرش یک مهندس است که منجر به سنگینی بیش از حد سازه نشود و با توجه به آنکه بحث ما در مورد سازه های عادی کمتر از 6 طبقه است تفاوت وزن اسکلت نیز آنچنان نخواهد بود تا مهندس طراح را به سمت طراحی سازه فولادی بکشاند. این موضوع در بسیاری از سازه های عظیم نیز صادق است که برج 56 طبقه تهران نمونه بارزی از این دست است.
بحث زلزله میتواند جنبه دیگری از کیفیت مناسب یک سازه باشد. سازه های بتن آرمه عادی و به ویژه مجهز به دیوارهای بتنی به علت سختی بالا نسبت به سازه های فولادی در برابر زلزله، در بیشتر موارد مقاومت بسیار بالایی از خود نشان میدهند؛ اما سازه های فولادی نیز میتوانند همین رفتار را از خود نشان دهند، مشروط بر آنکه طراحی مناسبی داشته باشند. نکته قابل تأمل اینجا است که این رفتار به چه قیمتی به دست میآید؟ اگر طراحی بدون نقص باشد، هم سازه فولادی و هم سازه تن آرمه در چند ثانیه وقوع زلزله، با حداقل خسارت ممکن جان سالم به در خواهند برد. اما کار به اینجا ختم نمیشود و پس از وقوع چند زلزله شاهد شکستگی لوله های گاز و وقوع آتش سوزیهای مهیب بوده ایم که گاه از خود زلزله مخربتر هستند.
با توجه به اینکه اطفای حریق بلافاصله بعد از وقوع حادثه ممکن نیست، ساختمان باید به گونهای طراحی شود که بتواند تا چند ساعت متوالی، آتش را با حداقل خسارت وارده تحمل کند. در سازههای بتن آرمه، مقاومت بالایی در برابر آتش سوزی وجود دارد، اما در سازههای فولادی در صورتی که تمهیدات ایمنی لازم در آنها صورت نپذیرد، در چند دقیقه ابتدایی حریق، شاهد تخریبهای بسیار سریع و غیر قابل جبرانی خواهیم بود که این مورد نیز مزیت بسیار ارزشمندی برای سازههای بتن آرمه به حساب میآید.اما آنچه مهندسان را بیشتر از هر چیز به بتن آرمه بدبین کرده، عدم قطعیت ها، یکنواخت نبودن مقاومت بتن و کم اطلاعی بسیاری از سازندگان از نحوه عمل آوری و به دست آوردن نتیجه ای مطلوب از این ماده است.
برگرفته از ماهنامه انبوه سازان ایران، بهمن ۸۹، شماره ۶۳، صفحات ۱۴۴ و ۱۴۵