در 08 بهمن 92
سازه بتنی یا فولادی ؟
هر روز هنگام عبور از خيابان‌هاي شهر شاهد ساخت و سازهاي روز افزوني هستيم.ساختمان‌هاي مختلف از يک طبقه تا ?? طبقه که جلوي آنها انواع مصالح ديده مي‌شود؛ سازه‌هايي که گاه از بتن ساخته مي‌شوند و گاه از فولاد …
در مورد اينکه کدام نوع سازه بر ديگري برتري دارد، اختلاف نظر شديدي بين سازندگان ساختمان‌ها وجود دارد. معمولاً معيارهاي ساخت، جواب‌هاي متفاوتي براي ما به همراه دارند.
عمده عوامل مؤثر در اين روند، هزينه، زمان و کيفيت ساخت هستند.هزينه ساخت و سود حاصل از اين سرمايه‌گذاري با زمان اتمام طرح رابطه تنگاتنگي دارند. بديهي است هر چه زمان طرح طولاني‌تر شود شاهد افزايش قيمت مصالح، قيمت تمام شده طرح، هزينه‌هاي متفرقه و بازگشت ديرتر سرمايه خواهيم بود که خوشايند هيچ سازنده‌اي نيست.
سازه‌هاي بتن آرمه در مقابل سازه‌هاي فولادي معمولاً نياز به هزينه کمتر و زمان بيشتري براي ساخت دارد؛ در حالي‌که سازه‌هاي فولادي ابتدا نياز به سرمايه زيادي براي خريد آهن آلات دارد ولي در عوض شاهد سرعت اجراي بالاتري خواهيم بود.بنابراين در ساختمان‌هاي عادي کمتر از ? طبقه در نهايت از اين منظر تفاوت زيادي وجود ندارد.
در اسکلت‌هاي فولادي حتماً بايد تمام اسکلت آماده باشد تا بتوان سقف را اجراکرد. به عبارت ديگر اول بايد تير و ستون‌هايي وجود داشته باشد تا بتوان روي آن سطحي به نام سقف يا همان کف اجرا کرد. در حالي‌که در سازه‌هاي بتن آرمه ابتدا ستون‌هاي هر طبقه و سپس سقف همان طبقه که خود مشتمل بر تير‌ها و کف يکپارچه‌تري نسبت به سازه‌هاي فولادي است اجرا مي‌شود.
مزيت اين روش نسبت به روش اول آن است که مي‌توان طبقه مورد نظر را سريعتر براي اجراي ديگر مراحل از جمله تيغه چيني، اجراي تأسيسات مکانيکي و برقي و… در اختيار ساير پيمانکاران قرار داد که خود موجب تسريع در روند طرح خواهد بود.
ولي به‌طور کلي زمان اجراي سازه‌هاي فولادي در مقياسهاي بزرگ تا حدودي کوتاه‌تر از سازه‌هاي بتن آرمه و هزينه‌هاي سازه‌هاي بتن آرمه کمتر از سازه‌هاي فولادي است که هر سازنده‌اي با توجه به شرايط و معيارهاي خود تصميم‌گيرنده اصلي است.
حال با فرض وجود شرايطي کاملاً ايده‌آل، يعني عدم‌وجود محدوديت زمان و هزينه‌ها، عامل سوم يعني کيفيت سازه را بررسي مي‌کنيم. کيفيت را مي‌توان از جنبه‌هاي متفاوتي مانند مقاومت در برابر بارهاي ثقلي وارده و زلزله، مقاومت در برابر حرارت، ابعاد، دهانه‌هاي قابل پوشش، تعداد طبقات قابل طراحي، قابليت ترميم آسان و… مورد نقد و بررسي قرار داد. با توجه به گستردگي و پيچيدگي مسئله، در اينجا فقط تصميم‌گيري براي ساختمان‌هاي عادي را مورد توجه قرار مي‌دهيم.
اولين و مهم‌ترين نکته قابل ذکر در اين مورد مقاومت مصالح و ابعاد مصالح مصرفي است. معمولاً هر چه اعضاي باربر ما ابعاد بزرگتر از نگاه عام و ممان اينرسي بالاتر از ديد مهندسي داشته باشد، رفتار سازهاي مناسب‌تر است و هر چه مصالح مصرفي که در عرف ساختمان‌سازي بتن يا فولاد هستند قابليت تحمل نيروهاي بيشتر را داشته باشند منجر به طراحي اعضاي ظريف‌تري خواهند شد.
اگر هر دو عامل در کنار هم قرار گيرند منجر به رسيدن به سختي و صلبيت بالاتري خواهند شد که جزء اصلي‌ترين آيتم‌هاي طراحي يک مهندس محاسب به شمار مي‌روند.
در طراحي سازه‌ها، مقاومت بتن را ?? درصد مقاومت فولاد فرض مي‌کنند بنابراين ابعاد ستون‌ها و تيرهاي بتني، به‌مراتب بيش از سازه‌هاي فولادي است. البته اين ابعاد بزرگ اعضاي بتني، ممان اينرسي بسيار بالاتري نسبت به گزينه ديگر به ارمغان خواهند آورد که در نهايت سازه بتني، سختي بالاتر و معمولاً رفتار سازهاي مناسب‌تري دارد.
« سازه‌هاي بتني سنگين هستند.» در پاسخ به اين ايراد بايد گفت: ابعاد بزرگ سازه تا جايي مورد پذيرش يک مهندس است که منجر به سنگيني بيش از حد سازه نشود و با توجه به آنکه بحث ما در مورد سازه‌هاي عادي کمتر از ? طبقه است تفاوت وزن اسکلت نيز آنچنان نخواهد بود تا مهندس طراح را به سمت طراحي سازه فولادي بکشاند. اين موضوع در بسياري از سازه‌هاي عظيم نيز صادق است که برج ?? طبقه تهران نمونه بارزي از اين دست است.
بحث زلزله که بحث داغ اين روزهاي تهران است مي‌تواند جنبه ديگري از کيفيت مناسب يک سازه باشد. سازه‌هاي بتن آرمه عادي و به ويژه مجهز به ديوارهاي بتني به‌علت سختي بالا نسبت به سازه‌هاي فولادي در برابر زلزله، در بيشتر موارد مقاومت بسيار بالايي از خود نشان مي‌دهند اما سازه‌هاي فولادي نيز مي‌توانند همين رفتار را از خود نشان دهند مشروط برآنکه طراحي مناسبي داشته باشند.
نکته قابل تامل اينجا است که اين رفتار به چه قيمتي به دست خواهد آمد؟ اگر طراحي، يک طراحي بدون نقص باشد، هم سازه فولادي و هم سازه بتن آرمه در چند ثانيه وقوع زلزله، با حداقل خسارت ممکن جان سالم به در خواهند برد. اما کار به اينجا ختم نخواهد شد و پس از زلزله‌هاي زيادي شاهد شکستگي لوله‌هاي گاز و وقوع آتش سوزي‌هاي مهيب بوده‌ايم که گاه از خود زلزله مخرب‌تر هستند.
با توجه به اينکه اطفاء حريق بلافاصله بعد از وقوع حادثه ممکن نيست، ساختمان بايد به گونه‌اي طراحي شود که تا چند ساعت متوالي بتواند آتش را با حداقل خسارات وارده تحمل کند. در سازه‌هاي بتن آرمه مقاومت بالايي در برابر آتش سوزي وجود دارد، اما درسازه‌هاي فولادي درصورتي‌که تمهيدات ايمني لازم در آنها صورت نپذيرد در چند دقيقه ابتدايي حريق، شاهد تخريب‌هاي بسيار سريع و غيرقابل جبران خواهيم بود که اين مورد نيز مزيتي بسيار ارزشمند براي سازه‌هاي بتن آرمه به حساب مي‌آيد.
اما آنچه اکثر مهندسان را نسبت به سازه‌هاي بتن آرمه به شدت بد‌بين کرده، عدم‌قطعيت‌ها، يکنواخت نبودن مقاومت بتن و کم اطلاعي بسياري از سازندگان از نحوه عمل‌آوري و به دست آوردن نتيجه‌اي مطلوب از اين ماده است.
قابليت اشتباه در تهيه بالقوه اين نوع ماده در مقابل فولاد توجيه ديگري است که از سوي عده زيادي در مخالفت با بتن ارائه مي‌شود، چرا‌که ممکن است حين عمل آوري، مقاومت فشاري کمتر از حد مورد نياز به دست آيد.
اين گروه معتقدند جبران يک اشتباه در سازه‌هاي بتن آرمه در مواردي منجر به تخريب اجباري سازه مي‌شود در حالي‌که فولاد در هر لحظه که سازنده اراده کند با هزينه‌اي به نسبت پايين قابل ترميم و تقويت است.
در پاسخ به اين ايراد بايد گفت اين عدم‌قطعيت‌ها در آيين نامه‌ها با اعمال ضريب ايمني بسيار بالايي پيش‌بيني شده تا جايي که در موارد زيادي شاهد مقاومتي چند برابر مقاومت مورد نياز در ساخت اين قبيل سازه‌ها هستيم.از سوي ديگر اين عدم‌قطعيت کيفيت بتن در شالوده و سقف‌هاي سازه فولادي نيز وجود دارد و صرفاً متعلق به سازه‌هاي بتن آرمه نيست.
در نهايت بايد بر اين موضوع تاکيد کرد که به‌طور کلي هم سازه‌هاي فولادي و هم سازه‌هاي بتن آرمه درصورتي که در طراحي آنها سيستم مناسب و منطبق بر آيين‌نامه‌هاي به روز، مورد استفاده قرار نگيرد و متخصصين متبحر آنها را اجرا و مهندسين با تجربه بر اجراي آنها نظارت مستمر نکنند، هيچ رجحاني از نظر کيفيت و قابليت اطمينان بر ديگري ندارند.
فراموش نکنيم معيار چهارمي نيز در انتخاب وجود دارد؛ معياري که ? معيار هزينه، زمان و کيفيت را تحت سيطره خود قرار مي‌دهد: فولاد به‌عنوان يک سرمايه ملي ماده‌اي است که ارزان به دست نمي‌آيد و همانند نفت روزي تمام خواهد شد؛ ماده‌اي که بايد در صنايع ارزشمندتر و يا حداقل در سازه‌هاي خاص که نياز به ظرافت خاصي دارند و پس از بررسي‌هاي علمي برتري فولاد در آن محرز شده، مورد استفاده و بهره برداري قرار گيرد تا شاهد رشد اقتصادي در ديگر زمينه‌ها باشيم.
به‌نظر نويسنده استفاده از سازه‌هاي بتن آرمه با توجه به مصرف به‌مراتب پايين‌تر از فولاد (به‌صورت ميلگرد) هم از نظر سازهاي و هم از نظر اقتصادي و هم از جنبه ملي به‌مراتب مناسب‌تر و بهينه‌تر از سازه‌هاي فولادي است.
