مزایای اسکلت فلزی نسبت به اسکلت بتنی

مزایای اسکلت فلزی نسبت به اسکلت بتنی یکی از موضوعات مهم در زمان انتخاب سیستم سازه ای ساختمان است. نوع اسکلت می تواند بر نحوه اجرای پروژه، وزن سازه، سرعت نصب اعضا، طراحی دهانه ها، نحوه اتصال اجزای سازه و هزینه های ساخت تاثیر داشته باشد. اسکلت فلزی با استفاده از اعضای فولادی مانند تیرها و ستون ها ساخته می شود و به دلیل امکان ساخت و آماده سازی بخش قابل توجهی از قطعات پیش از نصب، در پروژه های مختلف مورد استفاده قرار می گیرد.

البته انتخاب سیستم سازه ای نباید تنها بر اساس سرعت اجرا یا یک ویژگی مشخص انجام شود. شرایط پروژه، تعداد طبقات، ابعاد دهانه ها، بارهای وارد بر ساختمان، شرایط محیطی، روش اتصالات، امکانات اجرایی و الزامات طراحی از جمله عواملی هستند که باید در این تصمیم مورد بررسی قرار گیرند. اسکلت بتنی نیز در بسیاری از پروژه ها کاربرد دارد و هر سیستم سازه ای ویژگی ها و محدودیت های خاص خود را دارد.

در این مقاله بایرایرانیان پیمانکار سقف عرشه فولادی، ویژگی های مهم اسکلت فلزی، اجزای اصلی آن، تفاوت آن با اسکلت بتنی، روش های محافظت در برابر خوردگی و نقش سقف عرشه فولادی در ساختمان های دارای اسکلت فلزی بررسی می شود تا شناخت دقیق تری از این سیستم سازه ای و عوامل موثر بر انتخاب آن به دست آید.

اسکلت فلزی چیست و چگونه اجرا می شود؟

اسکلت فلزی یکی از روش های متداول ساخت سازه ساختمان است که در آن اعضای اصلی باربر از مقاطع فولادی تشکیل می شوند. ستون ها، تیرهای اصلی و فرعی و سایر اعضای فولادی با توجه به نقشه های سازه طراحی و در محل مناسب به یکدیگر متصل می شوند. هدف از اجرای اسکلت فلزی، ایجاد یک چارچوب مقاوم برای انتقال بارهای ساختمان به فونداسیون است. مقدار و نوع مقاطع مورد استفاده نیز بر اساس بارهای وارد بر ساختمان، تعداد طبقات، ابعاد دهانه ها، شرایط محل پروژه و الزامات طراحی تعیین می شود.

اجرای اسکلت فلزی معمولا با آماده سازی و ساخت قطعات فولادی آغاز می شود. پس از برش و آماده سازی مقاطع، قطعات مطابق نقشه های اجرایی به محل پروژه منتقل می شوند. در مرحله بعد، ستون ها روی صفحه ستون و فونداسیون نصب شده و تیرها به ستون ها متصل می شوند. نوع اتصال می تواند جوشی یا پیچ و مهره ای باشد و انتخاب آن باید با توجه به طراحی سازه و روش اجرای پروژه انجام شود.

پس از نصب هر بخش، شاقولی بودن ستون ها، تراز تیرها، ابعاد دهانه ها و کیفیت اتصالات کنترل می شود. اجرای صحیح این مراحل اهمیت زیادی دارد، زیرا حتی اگر مشخصات فولاد مناسب باشد، خطا در نصب یا اتصال اعضا می تواند عملکرد سازه را تحت تاثیر قرار دهد. در نهایت، پس از تکمیل اسکلت، اجرای طبقات و اجزای دیگر ساختمان مانند سقف، دیوارها و تاسیسات ادامه پیدا می کند.

اجزای اصلی اسکلت فلزی ساختمان چیست؟

اسکلت فلزی از مجموعه ای از اعضای فولادی تشکیل می شود که هر کدام وظیفه مشخصی در انتقال و تحمل بار دارند. ستون ها یکی از مهم ترین اجزای سازه هستند و بارهای منتقل شده از تیرها و طبقات را به فونداسیون انتقال می دهند. شکل، ابعاد و مشخصات ستون ها بر اساس محاسبات سازه تعیین می شود و نمی توان برای تمام ساختمان ها یک مقطع مشخص در نظر گرفت.

تیرهای اصلی و فرعی نیز بخش مهم دیگری از اسکلت ساختمان هستند. تیرها بارهای وارد بر کف و سقف را دریافت کرده و آنها را به ستون ها منتقل می کنند. در ساختمان هایی با دهانه های مختلف، ممکن است از مقاطع فولادی متفاوتی استفاده شود تا ظرفیت مورد نیاز سازه تامین شود. اتصالات نیز نقش مهمی در عملکرد اسکلت دارند و ارتباط بین ستون ها، تیرها و سایر اعضا را برقرار می کنند.

صفحه ستون، بادبندها، ورق های اتصال، نبشی ها و سایر قطعات مورد استفاده در اتصالات نیز می توانند بخشی از سیستم اسکلت فلزی باشند. البته ترکیب دقیق این اجزا به نوع سیستم سازه ای و طراحی ساختمان بستگی دارد. برای مثال در یک ساختمان ممکن است برای تامین مقاومت جانبی از سیستم قاب خمشی استفاده شود و در پروژه ای دیگر از مهاربندهای فولادی کمک گرفته شود.

در کنار این اجزا، نوع سقف نیز در عملکرد کلی ساختمان اهمیت دارد. انتخاب سیستم سقف باید با اسکلت سازه هماهنگ باشد تا انتقال بارها و اجرای طبقات به شکل مناسب انجام شود. به همین دلیل بررسی اسکلت فلزی بدون توجه به سیستم سقف، تصویر کاملی از ساختار ساختمان ارائه نمی دهد.

مقایسه اسکلت فلزی با اسکلت بتنی

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.

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.

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 ۲۴۵ تا ۳۹۰ کیلوگرم بر مترمربع و یا بین ۸۰ تا ۱۲۸ کیلوگرم بر مترمکعب تخکین زد ، درحالی که در ساختمانهای بتن مسلح این ارقام به ترتیب بین ۴۸۰ تا ۷۸۰ کیلوگرم برمترمربع یا ۱۶۰ تا ۲۵۰ 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.

جدول مقایسه مزایای اسکلت فلزی نسبت به اسکلت بتنی

معایب ساختمان های اسکلت فلزی

ضعف در دمای زیاد

مقاومت ساختمان فلزی با افزایش دما نقصان می یابد . اگر دمای اسکلت فلزی از ۵۰۰ تا ۶۰۰ 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.

چگونه از اسکلت فلزی در برابر خوردگی محافظت کنیم؟

خوردگی یکی از عواملی است که می تواند در طول زمان باعث کاهش کیفیت و دوام اعضای فولادی شود. تماس فولاد با رطوبت، آب، مواد خورنده و شرایط محیطی نامناسب می تواند احتمال خوردگی را افزایش دهد. به همین دلیل محافظت از اعضای فولادی باید از مرحله آماده سازی و اجرای سازه مورد توجه قرار گیرد و تا زمان بهره برداری ساختمان ادامه داشته باشد.

یکی از روش های متداول برای محافظت از فولاد، استفاده از پوشش های مناسب ضد خوردگی است. آماده سازی صحیح سطح فولاد قبل از اجرای پوشش اهمیت زیادی دارد، زیرا وجود زنگ زدگی، چربی، گرد و غبار یا آلودگی می تواند کیفیت چسبندگی پوشش را کاهش دهد. نوع پوشش نیز باید با شرایط محیطی پروژه، میزان رطوبت و احتمال تماس با عوامل خورنده متناسب باشد.

جزئیات اجرایی ساختمان نیز در کاهش خطر خوردگی موثر هستند. جلوگیری از تجمع آب در اطراف اعضای فولادی، توجه به محل های اتصال، ترمیم بخش هایی که پوشش آنها هنگام حمل یا نصب آسیب دیده و بازرسی دوره ای سازه از جمله اقداماتی هستند که می توانند به افزایش دوام اسکلت کمک کنند.

در ساختمان هایی که اسکلت فلزی در معرض رطوبت یا محیط های خورنده قرار دارد، انتخاب سیستم حفاظتی باید با دقت بیشتری انجام شود. همچنین در زمان تعمیرات یا تغییرات ساختمان، نباید پوشش محافظ اعضای فولادی بدون بررسی مناسب تخریب شود. در صورت مشاهده زنگ زدگی یا آسیب پوشش، ابتدا باید علت مشکل مشخص و سپس عملیات ترمیم مطابق روش مناسب انجام شود.

نقش سقف عرشه فولادی در سازه های اسکلت فلزی چیست؟

سقف عرشه فولادی یکی از سیستم های سقف است که می تواند در ساختمان های دارای اسکلت فلزی مورد استفاده قرار گیرد. در این سیستم، ورق های فولادی شکل داده شده به عنوان قالب ماندگار سقف روی تیرهای سازه قرار می گیرند و پس از اجرای اجزای لازم، بتن روی آنها ریخته می شود. پس از گیرش بتن، سقف به صورت یک سیستم مرکب مطابق طراحی سازه عمل می کند.

یکی از ویژگی های مهم این سیستم، امکان هماهنگی مناسب میان سقف و اسکلت فلزی است. ورق های عرشه روی تیرهای فولادی قرار می گیرند و در صورت استفاده از جزئیات اتصال و گل میخ های برشی مطابق طراحی، ارتباط مناسبی میان تیر و دال بتنی ایجاد می شود. به همین دلیل طراحی و اجرای سقف باید همزمان با مشخصات تیرها، دهانه ها، بارهای وارده و جزئیات اتصالات بررسی شود.

استفاده از عرشه فولادی می تواند اجرای سقف را منظم تر کند و در بسیاری از پروژه ها نیاز به قالب بندی سنتی را کاهش دهد. همچنین امکان انتقال سریع تر مصالح و اجرای همزمان برخی فعالیت ها می تواند در برنامه زمان بندی پروژه موثر باشد. البته میزان این مزایا به شرایط واقعی پروژه، روش اجرا و طراحی سازه بستگی دارد و نباید برای تمام ساختمان ها یکسان در نظر گرفته شود.

نکته مهم این است که سقف عرشه فولادی صرفا یک پوشش روی اسکلت نیست، بلکه باید به عنوان بخشی از سیستم سازه ای و اجرایی ساختمان در نظر گرفته شود. ضخامت و مشخصات ورق، ارتفاع گام، فاصله تیرها، ضخامت بتن، جزئیات اتصال، آرماتورگذاری و بارهای وارد بر سقف باید بر اساس طراحی پروژه تعیین شوند. بنابراین اجرای صحیح آن نیازمند هماهنگی میان نقشه سازه، نقشه های اجرایی و عملیات کارگاهی است.

برای ساختمان های دارای اسکلت فلزی، انتخاب و اجرای صحیح سیستم سقف می تواند بر سرعت اجرای طبقات، نحوه انتقال بار و هماهنگی عملیات ساختمانی تاثیر داشته باشد. به همین دلیل پیش از اجرای سقف عرشه فولادی باید جزئیات آن به دقت بررسی و با مشخصات اسکلت فلزی پروژه هماهنگ شود.

جمع بندی نهایی

مزایای اسکلت فلزی نسبت به اسکلت بتنی را نمی توان تنها با یک معیار مشخص بررسی کرد. اسکلت فلزی به دلیل استفاده از اعضای فولادی، امکان ساخت و نصب قطعات با روش های مختلف، اجرای اتصالات متنوع و هماهنگی با سیستم های مختلف سقف را فراهم می کند. وزن سازه، شکل پذیری، نحوه انتقال بار، سرعت نصب و امکان انجام تغییرات یا مقاوم سازی از جمله موضوعاتی هستند که در بررسی این سیستم اهمیت دارند.

در مقابل، عواملی مانند حساسیت فولاد به خوردگی و حرارت، نیاز به اجرای دقیق اتصالات و ضرورت کنترل کیفیت جوش یا پیچ و مهره نیز باید مورد توجه قرار گیرند. بنابراین عملکرد مناسب اسکلت فلزی تا حد زیادی به طراحی صحیح، انتخاب مصالح مناسب، کیفیت ساخت و رعایت جزئیات اجرایی وابسته است.

در ساختمان های دارای اسکلت فلزی، سیستم سقف نیز نقش مهمی در هماهنگی میان اجزای سازه دارد. سقف عرشه فولادی یکی از گزینه هایی است که می تواند در کنار اسکلت فلزی مورد استفاده قرار گیرد و در صورت طراحی و اجرای صحیح، امکان اجرای منظم و هماهنگ طبقات را فراهم کند. در نهایت، انتخاب سیستم سازه ای مناسب باید بر اساس مشخصات واقعی پروژه و محاسبات مهندسی انجام شود تا ایمنی، دوام و عملکرد مورد انتظار ساختمان تامین شود.

سوالات متداول درباره مزایای اسکلت فلزی نسبت به اسکلت بتنی

۱- 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.

۲- 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

۳- 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.

۴- 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.

۵- 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.

۶- 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