بتن یا فولاد؟
بتن یا فولاد؟
هر روز هنگام عبور از خیابانهای شهر شاهد ساخت و سازهای روز افزونی هستیم،
ساختمانهای مختلف از یک طبقه تا ۶۰ طبقه که جلوی آنها انواع مصالح دیده میشود؛سازههایی که گاه از بتن ساخته میشوند و گاه از فولاد.در مورد اینکه کدام نوع سازهبر دیگری برتری دارد، اختلاف نظر شدیدی بین سازندگان ساختمانها وجود دارد. معمولاًمعیارهای ساخت، جوابهای متفاوتی برای ما به همراه دارند.
عمده عوامل مؤثر در این روند، هزینه، زمان و کیفیت ساخت هستند.هزینه ساخت و سودحاصل از این سرمایهگذاری با زمان اتمام طرح رابطه تنگاتنگی دارند. بدیهی است هر چهزمان طرح طولانیتر شود شاهد افزایش قیمت مصالح، قیمت تمام شده طرح، هزینههایمتفرقه و بازگشت دیرتر سرمایه خواهیم بود که خوشایند هیچ سازندهای نیست.
سازههای بتن آرمه در مقابل سازههای فولادی معمولاً نیاز به هزینه کمتر و زمان بیشتری برای ساخت دارد؛ در حالیکه سازههای فولادی ابتدا نیاز به سرمایه زیادیبرای خرید آهن آلات دارد ولی در عوض شاهد سرعت اجرای بالاتری خواهیم بود.بنابراین در ساختمانهای عادی کمتر از ۶ طبقه در نهایت از این منظر تفاوت زیادی وجود ندارد.
در اسکلتهای فولادی حتماً باید تمام اسکلت آماده باشد تا بتوان سقف را اجراکرد. به عبارت دیگر اول باید تیر و ستونهایی وجود داشته باشد تا بتوان روی آن سطحی به نام سقف یا همان کف اجرا کرد. در حالیکه در سازههای بتن آرمه ابتدا ستونهای هرطبقه و سپس سقف همان طبقه که خود مشتمل بر تیرها و کف یکپارچهتری نسبت بهسازههای فولادی است اجرا میشود.
مزیت این روش نسبت به روش اول آن است که میتوان طبقه مورد نظر را سریعتر برایاجرای دیگر مراحل از جمله تیغه چینی، اجرای تأسیسات مکانیکی و برقی و... در اختیارسایر پیمانکاران قرار داد که خود موجب تسریع در روند طرح خواهد بود.
ولی بهطور کلی زمان اجرای سازههای فولادی در مقیاسهای بزرگ تا حدودی کوتاهتراز سازههای بتن آرمه و هزینههای سازههای بتن آرمه کمتر از سازههای فولادی است که هر سازندهای با توجه به شرایط و معیارهای خود تصمیمگیرنده اصلی است.
حال با فرض وجود شرایطی کاملاً ایدهآل، یعنی عدموجود محدودیت زمان و هزینهها،عامل سوم یعنی کیفیت سازه را بررسی میکنیم. کیفیت را میتوان از جنبههای متفاوتی مانند مقاومت در برابر بارهای ثقلی وارده و زلزله، مقاومت در برابر حرارت، ابعاد،دهانههای قابل پوشش، تعداد طبقات قابل طراحی، قابلیت ترمیم آسان و... مورد نقد وبررسی قرار داد. با توجه به گستردگی و پیچیدگی مسئله، در اینجا فقط تصمیمگیری برایساختمانهای عادی را مورد توجه قرار میدهیم.
اولین و مهمترین نکته قابل ذکر در این مورد مقاومت مصالح و ابعاد مصالح مصرفی است. معمولاً هر چه اعضای باربر ما ابعاد بزرگتر از نگاه عام و ممان اینرسی بالاتراز دید مهندسی داشته باشد، رفتار سازهای مناسبتر است و هر چه مصالح مصرفی که درعرف ساختمانسازی بتن یا فولاد هستند قابلیت تحمل نیروهای بیشتر را داشته باشندمنجر به طراحی اعضای ظریفتری خواهند شد.
اگر هر دو عامل در کنار هم قرار گیرند منجر به رسیدن به سختی و صلبیت بالاتریخواهند شد که جزء اصلیترین آیتمهای طراحی یک مهندس محاسب به شمار میرونددر طراحی سازهها، مقاومت بتن را ۱۰ درصد مقاومت فولاد فرض میکنند بنابراین ابعاد ستونها و تیرهای بتنی، بهمراتب بیش از سازههای فولادی است. البته اینابعاد بزرگ اعضای بتنی، ممان اینرسی بسیار بالاتری نسبت به گزینه دیگر به ارمغان خواهند آورد که در نهایت سازه بتنی، سختی بالاتر و معمولاً رفتار سازهای مناسبتریدارد.
« سازههای بتنی سنگین هستند.» در پاسخ به این ایراد باید گفت: ابعاد بزرگ سازه تا جایی مورد پذیرش یک مهندس است که منجر به سنگینی بیش از حد سازه نشود و با توجهبه آنکه بحث ما در مورد سازههای عادی کمتر از ۶ طبقه است تفاوت وزن اسکلت نیزآنچنان نخواهد بود تا مهندس طراح را به سمت طراحی سازه فولادی بکشاند. این موضوع دربسیاری از سازههای عظیم نیز صادق است که برج ۵۶ طبقه تهران نمونه بارزی از این دستاست.
بحث زلزله که بحث داغ این روزهای تهران است میتواند جنبه دیگری از کیفیت مناسب یک سازه باشد. سازههای بتن آرمه عادی و به ویژه مجهز به دیوارهای بتنی بهعلت سختیبالا نسبت به سازههای فولادی در برابر زلزله، در بیشتر موارد مقاومت بسیار بالاییاز خود نشان میدهند اما سازههای فولادی نیز میتوانند همین رفتار را از خود نشاندهند مشروط برآنکه طراحی مناسبی داشته باشند.
نکته قابل تامل اینجا است که این رفتار به چه قیمتی به دست خواهد آمد؟ اگرطراحی، یک طراحی بدون نقص باشد، هم سازه فولادی و هم سازه بتن آرمه در چند ثانیهوقوع زلزله، با حداقل خسارت ممکن جان سالم به در خواهند برد. اما کار به اینجا ختم نخواهد شد و پس از زلزلههای زیادی شاهد شکستگی لولههای گاز و وقوع آتش سوزیهای مهیب بودهایم که گاه از خود زلزله مخربتر هستند.
با توجه به اینکه اطفاء حریق بلافاصله بعد از وقوع حادثه ممکن نیست، ساختمان باید به گونهای طراحی شود که تا چند ساعت متوالی بتواند آتش را با حداقل خساراتوارده تحمل کند. در سازههای بتن آرمه مقاومت بالایی در برابر آتش سوزی وجود دارد،اما درسازههای فولادی درصورتیکه تمهیدات ایمنی لازم در آنها صورت نپذیرد در چنددقیقه ابتدایی حریق، شاهد تخریبهای بسیار سریع و غیرقابل جبران خواهیم بود که این مورد نیز مزیتی بسیار ارزشمند برای سازههای بتن آرمه به حساب میآید.
اما آنچه اکثر مهندسان را نسبت به سازههای بتن آرمه به شدت بدبین کرده،عدمقطعیتها، یکنواخت نبودن مقاومت بتن و کم اطلاعی بسیاری از سازندگان از نحوه عملآوری و به دست آوردن نتیجهای مطلوب از این ماده است.
قابلیت اشتباه در تهیه بالقوه این نوع ماده در مقابل فولاد توجیه دیگری است که از سوی عده زیادی در مخالفت با بتن ارائه میشود، چراکه ممکن است حین عمل آوری،مقاومت فشاری کمتر از حد مورد نیاز به دست آید.
این گروه معتقدند جبران یک اشتباه در سازههای بتن آرمه در مواردی منجر به تخریب اجباری سازه میشود در حالیکه فولاد در هر لحظه که سازنده اراده کند با هزینهای به نسبت پایین قابل ترمیم و تقویت است.
در پاسخ به این ایراد باید گفت این عدمقطعیتها در آیین نامهها با اعمال ضریب ایمنی بسیار بالایی پیشبینی شده تا جایی که در موارد زیادی شاهد مقاومتی چند برابرمقاومت مورد نیاز در ساخت این قبیل سازهها هستیم.از سوی دیگر این عدمقطعیت کیفیت بتن در شالوده و سقفهای سازه فولادی نیز وجود دارد و صرفاً متعلق به سازههای بتنآرمه نیست.
در نهایت باید بر این موضوع تاکید کرد که بهطور کلی هم سازههای فولادی و همسازههای بتن آرمه درصورتی که در طراحی آنها سیستم مناسب و منطبق بر آییننامههایبه روز، مورد استفاده قرار نگیرد و متخصصین متبحر آنها را اجرا و مهندسین با تجربهبر اجرای آنها نظارت مستمر نکنند، هیچ رجحانی از نظر کیفیت و قابلیت اطمینان بردیگری ندارند.
فراموش نکنیم معیار چهارمی نیز در انتخاب وجود دارد؛ معیاری که ۳ معیار هزینه،زمان و کیفیت را تحت سیطره خود قرار میدهد: فولاد بهعنوان یک سرمایه ملی مادهای است که ارزان به دست نمیآید و همانند نفت روزی تمام خواهد شد؛ مادهای که باید درصنایع ارزشمندتر و یا حداقل در سازههای خاص که نیاز به ظرافت خاصی دارند و پس ازبررسیهای علمی برتری فولاد در آن محرز شده، مورد استفاده و بهره برداری قرار گیردتا شاهد رشد اقتصادی در دیگر زمینهها باشیم.
بهنظر نویسنده استفاده از سازههای بتن آرمه با توجه به مصرف بهمراتب پایینتراز فولاد (بهصورت میلگرد) هم از نظر سازهای و هم از نظر اقتصادی و هم از جنبه ملیبهمراتب مناسبتر و بهینهتر از سازههای فولادی است.
ساختوسازپور- محمد رضا داراب
مرجع:همشهری
سابقه کار: