مزایای اسکلت فلزی نسبت به اسکلت بتنی | چرا اسکلت فلزی انتخاب بهتری است؟

در این مقاله با بایرایرانیان اجرا کننده سقف عرشه فولادی همراه باشید تا به مزایای اسکلت فلزی نسبت به اسکلت بتنی بپردازیم.

مقاومت بالا اسکلت فلزی

مقاومت قطعات فلزی زیاد بوده و نسبت مقاومت به وزن آن از مصالح بتنی بزرگتر است، به این علت در دهانه های بزرگ سوله ها و ساختمان های مرتفع و ساختمانهائی که برزمینهای سست قرارمیگیرند، حائز اهمیت فراوان میباشد.

خواص یکنواخت

فولاد در داخل کارخانجات بزرگ و تحت نظارت دقیق تهیه می شود ، لذا خواص آن بر خلاف بتن یکنواخت است . اسکلت فلزی اطمینان در یکنواختی خواص مصالح باعث انتخاب ضریب اطمینان کوچکتر می شود که این به نوبه خود منجر به صرفه جویی در مصرف مصالح می شود.

دوام

دوام اسکلت فلزی فولاد بسیار خوب است و ساختمانهای با سازه فلزی که در نگهداری آنها دقت گردد برای مدت طولانی قابل بهره برداری خواهند بود.

خواص ارتجاعی

اسکلت فلزی به علت همگن بودن فولاد، خواص ارتجاعی محاسباتی آن با تقریب بسیار خوبی مصداق عملی دارد. فولاد تا محدوده وسیعی از تنشها از قانون هوک بخوبی پیروی می کند مثلآ ممان اینرسی یک مقطع فولادی را میتوان با اطمینان در محاسبه وارد نمود. حال اینکه در مورد مقطع بتنی ارقام مربوطه چندان معین و قابل اطمینان نمی باشد.

جدول مقایسه مزایای اسکلت فلزی نسبت به اسکلت بتنی

شکل پذیری

از خاصیت مثبت مصالح فلزی شکل پذیری آن است که قادرند تمرکز تنش را که در واقع علت شروع خرابی است ونیروی دینامیکی و ضربه ای را تحمل نماید در حالیکه مصالح بتنی ترد و شکننده در مقابل این نیروها فوق العاده ضعیف اند. اسکلت فلزی یکی از عواملی که در هنگام خرابی ، خود عضو خبر داده و ازخرابی ناگهانی وخطرات آن جلوگیری میکند.

پیوستگی مصالح

اسکلت فلزی با توجه به مواد متشکه آن پیوسته و همگن می باشند ولی در قطعات بتنی صدمات وارده در هر زلزله به پوشش بتنی روی سطح میلگرد وارد میگردد وترکهائی که در پوشش بتن پدید می آید ،اسکلت فلزی  قابل کنترل نبوده و احتمالا” ساختمان در پس لرزه یا زلزله بعدی ضعف بیشتر داشته و تخریب شود.

مقاومت متعادل مصالح

مقاومت فولاد در کشش و فشار یکسان و در برش نیز خوب و نزدیک به کشش و فشار است. در تغییر وضع بارها ، نیروی وارده فشاری و کششی قابل تعویض بوده و مقاطع به خوبی عکس العمل نشان می دهند و همچنین مقاطعی که در بار گذاری عادی تنش برشی در انها کوچک است، در بارهای پیش بینی شده ،تحت اثر پیچش و در نتیجه برش ناشی از آن قرار میگیرند. در ساختمانهای بتنی مسلح مقاومت بتن در فشار خوب ، ولی در کشش و یا برش کم است. پس در مناطقی که احتمالا تحت نیروی کششی قرار گرفته و مسلح نشده باشد تولید ترک و خرابی مینماید.

انفجار

در ساختمانها بارهای وارده توسط اسکلت ساختمان تحمل شده و از قطعات پرکننده مانند تیغه ها و دیواره ها استفاده نمی شود . نیروی تخریبی انفجار سطوح حائل را از اسکلت جدا می کند و انرژی مخرب آشکار میشود، ولی ساختمان اسکلت فلزی کلا ویران نخواهد گردید ولی در ساختمانهایی بتن مسلح خرابی دیوارها باعث ویرانی ساختمان خواهد شد.

تقویت پذیری و امکان مقاوم سازی

اعضاء ضعیف ساختمان اسکلت فلزی را در اثر محاسبات اشتباه ، تغییر مقررات و ضوابط ، اجراء و …. میتوان با جوش یا پرچ یا پیچ کردن قطعات جدید ، تقویت نمود و یا قسمت یا دهانه هائی اضافه کرد.

شرایط آسان ساخت و نصب

تهیه قطعات فلزی در کارخانجات و نصب آن در موقعیت ، شرایط جوی متفاوت با تهمیدات لازم قابل اجراء است.

سرعت نصب

نصب قطعات فلزی نسبت به اجراء قطعات بتنی مدت زمان بسیار کمتری می طلبد.

پرت مصالح

با توجه به تهیه قطعات از کارخانجات ، پرت مصالح نسبت به تهیه و بکارگیری بتن کمتر است.

وزن کم

میانگین وزن ساختمان فولادی را می توان بین 245 تا 390 کیلوگرم بر مترمربع و یا بین 80 تا 128 کیلوگرم بر مترمکعب تخکین زد ، درحالی که در ساختمانهای بتن مسلح این ارقام به ترتیب بین 480 تا 780 کیلوگرم برمترمربع یا 160 تا 250 کیلوگرم برمترمکعب می باشد . (دوستان توجه داشته باشند وزن همه المانهای ساختمان مد نظر است نه فقط اسکلت)

اشغال فضا

در دو ساختمان مساوی از نظر ارتفاع و ابعاد، ستون و تیرهای ساختمانهای اسکلت فلزی از نظر ابعاد کوچکتر از ساختمانهای بتنی میباشد، سطح اشغال یا فضای مرده در ساختمانهای بتنی بیشتر ایجاد میشود.

ضریب نیروی لرزه ای

حرکت زمین در اثر زلزله موجب اعمال نیروهای درونی در اجزاء ساختمان میشود ، بعبارت دیگر ساختمان برروی زمینی که بصورت تصادفی و غیر همگن در حال ارتعاش است ، بایستی ایستایی داشته و ارتعاش زمین را تحمل کند . در قابهای بتن مسلح که وزن بیشتر دارد ، ضریب نیروی لرزه ای بیشتر از قابهای فلزی است.

تجربه نشان میدهد که خسارت وارده برساختمانهای کوتاه و صلب که در زمینهای محکم ساخته شده اند، زیاد است. درحالیکه در ساختمانهای بلند و انعطاف پذیر، آنهائی که در زمینهائی نرم ساخته شده اند، صدمات بیشتری از زلزله دیده اند. بعبارت دیگر در زمینهای نرم که پریود ارتعاش زمین نسبتا بزرگ است، ساختمان های کوتاه نتایج بهتری داده اند و برعکس در زمینهای سفت با پریود کوچک ، ساختمان بلند احتمال خرابی کمتر دارند.

عکس العمل ساختمانها در مقابل حرکت زلزله بستگی به مشخصات خود ساختمان از نظر صلبیت و یا انعطاف پذیری آن دارد و مهمترین مشخصه ساختمان در رفتار آن در مقابل زلزله، پریود طبیعی ارتعاش ساختمان است که اسکلتهای فلزی عملکرد به مراتب بهتری دارند.

معایب ساختمانهای اسکلت فلزی

ضعف در دمای زیاد

مقاومت ساختمان فلزی با افزایش دما نقصان می یابد . اگر دمای اسکلت فلزی از 500 تا 600 درجه سانتی گراد برسد، تعادل ساختمان به خطر می افتد.

خوردگی و فساد فلز در مقابل عوامل خارجی

قطعات مصرفی در ساختمان فلزی در مقابل عوامل جوی خورده شده و از ابعاد آن کاسته میشود و مخارج نگهداری و محافظت آن زیاد است.

تمایل قطعات فشاری به کمانش

با توجه به اینکه مقاومت قطعات فلزی زیاد و ابعاد مصرفی معمولا کوچک است، تمایل به کمانش در این قطعات یک نقطه ضعف بحساب می رسد.

جوش نامناسب

در ساختمانهای سازه فلزی مانند سقف عرشه فولادی اتصال قطعات به همدیگر با جوش ، پرچ و پیچ صورت میگیرد. استفاده از پیچ و مهره وتهیه و ساخت قطعات در کارخانجات اقتصادی ترین و فنی ترین کار می باشد که در کشور ما برای ساختمانهای متداول چنین امکاناتی مهیا نیست. اتصال با جوش بعلت عدم مهارت جوشکاران ، استفاده از ماشین آلات قدیمی ، عدم کنترل دقیق توسط مهندسین ناظر ، گران بودن هزینه آزمایش جوش و غیره بزرگترین ضعف میباشد.

تجربه ثابت کرده است که سوله ها و اسکلتهای ساخته شده در کارخانجات درصورت رعایت مشخصات فنی و استاندارد، این عیب را نداشته و دارای مقاومت سازه ای مناسب در برابر بارهای وارده و نیروی زلزله است.

مزایای اسکلت فلزی

۱. سرعت اجرای بالا

به دلیل پیش‌ساخته بودن بسیاری از اجزا، عملیات نصب اسکلت فلزی بسیار سریع است و مدت زمان پروژه را به‌طور چشمگیری کاهش می‌دهد.

۲. مقاومت بالا در برابر نیروهای جانبی

فولاد به‌عنوان یک ماده‌ی الاستیک با مقاومت کششی زیاد، در برابر زلزله و باد عملکرد بسیار مناسبی دارد.

۳. امکان دهانه‌های بزرگ و طراحی انعطاف‌پذیر

در پروژه‌هایی مانند سوله، پاساژ و ساختمان‌های اداری که نیاز به فضاهای بدون ستون وجود دارد، اسکلت فلزی بهترین گزینه است.

۴. وزن کمتر نسبت به سازه‌های بتنی

وزن کمتر، کاهش نیروی وارده به پی و در نتیجه سبک‌سازی کل ساختمان را ممکن می‌کند.

۵. امکان تقویت و تعمیر آسان

در صورت نیاز، المان‌های فلزی به راحتی قابل تقویت، جایگزینی یا جوشکاری مجدد هستند.

مقاومت زیاد اسکلت فلزی

مقاومت قطعات فلزی زیاد بوده و نسبت مقاومت به وزن از مصالح بتن بزرگتر است ، به این علت در دهانه های بزرگ سوله ها و ساختمان های مرتفع ، ساختمانهائی که برزمینهای سست قرارمیگیرند، حائز اهمیت فراوان میباشد.

خواص یکنواخت

فلز در کارخانجات بزرگ تحت نظارت دقیق تهیه میشود ، یکنواخت بودن خواص آن میتوان اطمینان کرد و خواص آن بر خلاف بتن با عوامل خارجی تحت تاثیر قرار نمی گیرد ، اطمینان در یکنواختی خواص مصالح در انتخاب ضریب اطمینان کوچک مؤثر است که خود صرفه جو یی در مصرف مصالح را باعث میشود.

دوام

دوام فولاد بسیار خوب است، ساختمانهای فلزی که در نگهداری آنها دقت گردد. برای مدت طولانی قابل بهره برداری خواهند بود.

خواص ارتجاعی

خواص مفروض ارتجاعی فولاد با تقریبی بسیار خوبی مصداق عملی دارد. فولاد تا تنشهای بزرگی از قانون هوک بخوبی پیروی مینماید. مثلآ ممان اینرسی یک مقطع فولادی را میتوان با اطمینان در محاسبه وارد نمود. حال اینکه در مورد مقطع بتنی ارقام مربوطه چندان معین و قابل اطمینان نمی باشد.

شکل پذیری

از خاصیت مثبت مصالح فلزی شکل پذیری ان است که قادرند تمرکز تنش را که در واقع علت شروع خرابی است ونیروی دینامیکی و ضربه ای را تحمل نماید ،در حالیکه مصالح بتن ترد و شکننده در مقابل این نیروها فوق العاده ضعیف اند. یکی از عواملی که در هنگام خرابی ،عضو خود خبر داده و ازخرابی ناگهانی وخطرات ان جلوگیری میکند.

معایب اسکلت فلزی

۱. حساسیت بالا به خوردگی

در محیط‌های مرطوب، اسیدی و خورنده، فولاد بدون پوشش مناسب دچار زنگ‌زدگی می‌شود و نیاز به مراقبت دوره‌ای دارد.

۲. کاهش مقاومت در برابر حریق

فولاد در دمای بالا مقاومت خود را از دست می‌دهد؛ بنابراین استفاده از رنگ‌های ضدحریق یا پوشش‌های محافظ ضروری است.

۳. هزینه‌ی نسبی بالاتر

در برخی شرایط، نوسانات قیمت فولاد باعث افزایش هزینه تمام‌شده‌ی سازه می‌شود.

۴. نیاز به جوشکاری و اتصالات دقیق

اتصالات فلزی باید تحت نظارت دقیق اجرا شوند؛ کوچک‌ترین خطا در جوش یا پیچ‌ومهره می‌تواند عملکرد سازه را تحت تأثیر قرار دهد.

پیوستگی مصالح

قطعات فلزی با توجه به مواد متشکه آن پیوسته و همگن می باشد و ولی در قطعات بتنی صدمات وارده در هر زلزله به پوشش بتنی روی سلاح میلگرد وارد میگردد ، ترکهائی که در پوشش بتن پدید می آید ، قابل کنترل نبوده و احتمالا” ساختمان در پس لرزه یا زلزله بعدی ضعف بیشتر داشته و تخریب شود.

مقاومت متعادل مصالح، مقاومت

مصالح فلزی در کشش و فشار یکسان ودر برش نیز خوب و نزدیک به کشش وفشار است .در تغییر وضع بارها، نیروی وارده فشاری، کششی قابل تعویض بوده و همچنین مقاطعی که در بار گذاری عادی تنش برشی در انها کوچک است، در بارهای پیش بینی شده ،تحت اثر پیچش و در نتیجه برش ناشی از ان قرار میگیرند. در ساختمانهای بتنی مسلح مقاومت بتن در فشار خوب، ولی در کشش کم است. پس در صورتی که مناطقی احتمالآتحت نیروی کششی قرار گرفته و مسلح نشده باشد تولید ترک و خرابی مینماید.

جدول مقایسه‌ای اسکلت فلزی و بتنی

انفجار

در ساختمانهای بارهای وارده توسط اسکلت ساختمان تحمل شده، از قطعات پرکننده مانند تیغه ها و دیواره ها استفاده نمی شود. نیروی تخریبی انفجار سطوح حائل را از اسکلت جدا می کند و انرژی مخرب آشکار میشود، ولی ساختمان کلا ویران نخواهد گردید. در ساختمانهایی بتن مسلح خرابی دیوارها باعث ویرانی ساختمان خواهد شد.

تقویت پذیری و امکان مقاوم سازی

اعضاء ضعیف ساختمان فلزی را در اثر محاسبات اشتباه، تغییر مقررات و ضوابط ، اجراء و …. میتوان با جوش یا پرچ یا پیچ کردن قطعات جدید، تقویت نمود و یا قسمت یا دهانه هائی اضافه کرد.

شرایط آسان ساخت و نصب

تهیه قطعات فلزی در کارخانجات و نصب آن در موقعیت ، شرایط جوی متفاوت با تهمیدات لازم قابل اجراء است.

سرعت نصب

سرعت نصب قطعات فلزی نسبت به اجراء قطعات بتنی مدت زمان کمتری می طلبد .

پرت مصالح

با توجه به تهیه قطعات از کارخانجات ، پرت مصالح نسبت به تهیه و بکارگیری بتن کمتر است.

وزن کم

‌میانگین وزن ساختمان فولادی را می توان بین 245 تا 390 کیلوگرم بر مترمربع و یا بین 80 تا 128 کیلوگرم بر مترمکعب تخکین زد، درحالی که در ساختمانهای بتن مسلح این ارقام به ترتیب بین 480 تا 780 کیلوگرم برمترمربع یا 160 تا 250 کیلوگرم برمترمکعب می باشد.

اشغال فضا

در دو ساختمان مساوی از نظر ارتفاع و ابعاد ، ستون و تیرهای ساختمانهای فلزی از نظر ابعاد کوچکتر از ساختمانهای بتنی میباشد ، سطح اشغال یا فضا مرده در ساختمانهای بتنی بیشتر ایجاد میشود.

ضریب نیروی لرزه ای

حرکت زمین در اثر زلزله موجب اعمال نیروهای درونی در اجزاء ساختمان میشود، بعبارت دیگر ساختمان برروی زمینی که بصورت تصادفی و غیر همگن در حال ارتعاش است، بایستی ایستایی داشته و ارتعاش زمین را تحمل کند. در قابهای بتن مسلح که وزن بیشتر دارد، ضریب نیروی لرزه ای بیشتر از قابهای فلزی است.

تجربه نشان میدهد که خسارت وارده بر ساختمان های کوتاه و صلب که در زمینهای محکم ساخته شده اند زیاد است. درحالیکه در ساختمانهای بلند و انعطاف پذیر، آنهائی که در زمینهائی نرم ساخته شده اند، صدمات بیشتری از زلزله دیده اند. بعبارت دیگر در زمینهای نرم که پریود ارتعاش زمین نسبتا بزرگ است، ساختمان های کوتاه نتایج بهتری داده اند و برعکس در زمینهای سفت با پریود کوچک، ساختمان بلند احتمال خرابی کمتر دارند.

عکس العمل ساختمانها در مقابل حرکت زلزله بستگی به مشخصات خود ساختمان از نظر صلبیت و یا انعطاف پذیری آن دارد و مهمترین مشخصه ساختمان در رفتار آن در مقابل زلزله، پریود طبیعی ارتعاش ساختمان است.

سوالات متداول 

 اسکلت فلزی چیست و چه اجزایی دارد؟

اسکلت فلزی سیستم سازه‌ای است که با استفاده از فولاد ساختمانی (ستون‌ها، تیرها، خرپاها) اجرا می‌شود. اجزای اصلی آن شامل ستون‌ها، تیرها، سقف‌های مرکب یا تیرچه و ورق‌های اتصال هستند. این سیستم قابلیت تحمل بارهای ثقلی، جانبی و لرزه‌ای را دارد و در پروژه‌های بلندمرتبه، صنعتی و تجاری کاربرد فراوان دارد.

 مهم‌ترین مزایای اسکلت فلزی نسبت به اسکلت بتنی چیست؟

مزایای اسکلت فلزی شامل:

• سرعت اجرای بالا نسبت به بتن مسلح

• وزن سبک‌تر سازه و کاهش بار بر فونداسیون

• انعطاف‌پذیری و امکان تغییر طراحی در حین اجرا

• دوام و مقاومت بالا در برابر بارهای لرزه‌ای و باد

• امکان ساخت پیش‌ساخته (Prefabrication) و کاهش پرت مصالح

• کنترل کیفیت آسان‌تر در مقایسه با بتن

 آیا اسکلت فلزی برای مناطق زلزله‌خیز مناسب‌تر است؟

بله. اسکلت فلزی به دلیل وزن کمتر و انعطاف‌پذیری بالا بهتر می‌تواند انرژی لرزه‌ای را جذب کند. طراحی صحیح اتصالات و اجرای استاندارد باعث می‌شود ساختمان‌های فلزی مقاومت و عملکرد بهتری نسبت به اسکلت بتنی در برابر زلزله داشته باشند.

 اسکلت فلزی چه تاثیری بر سرعت ساخت و هزینه پروژه دارد؟

سرعت اجرای اسکلت فلزی معمولاً ۳ تا ۵ برابر سریع‌تر از اسکلت بتنی است، زیرا بسیاری از اجزا در کارخانه ساخته شده و به محل پروژه منتقل می‌شوند. این کاهش زمان ساخت باعث صرفه‌جویی در هزینه‌های نیروی انسانی و مصالح مصرفی نیز می‌شود، اگرچه هزینه اولیه فولاد نسبت به بتن ممکن است کمی بالاتر باشد.

 آیا ساختمان با اسکلت فلزی دوام بیشتری نسبت به اسکلت بتنی دارد؟

دوام اسکلت فلزی به کیفیت فولاد، پوشش ضد خوردگی و نگهداری صحیح بستگی دارد. در شرایط مناسب، اسکلت فلزی می‌تواند طول عمر بالاتری نسبت به بتن مسلح داشته باشد و عملکرد بهتری در برابر ترک خوردگی، خمش و تغییر شکل داشته باشد.

معایب یا محدودیت‌های اسکلت فلزی نسبت به اسکلت بتنی چیست؟

مهم‌ترین محدودیت‌ها شامل:

• حساسیت به آتش و حرارت زیاد (نیاز به پوشش‌های مقاوم در برابر آتش)

• نیاز به کنترل خوردگی و حفاظت از فولاد

• هزینه اولیه نسبتاً بالاتر نسبت به بتن

• مهارت و تجهیزات پیشرفته برای اتصالات و نصب تیر و ستون