مزایا و معایب سازه های فولادی نسبت به سازه های بتنی

در صنعت ساخت‌وساز، انتخاب مصالح مناسب برای هر پروژه تأثیر بسزایی در دوام و موفقیت آن دارد. فولاد و بتن از جمله مصالح اصلی این حوزه به شمار می‌آیند و هرکدام ویژگی‌های خاص خود را دارند که بسته به نیازها و شرایط پروژه می‌توان یکی را بر دیگری برتری داد. در این مقاله به بررسی و مقایسه دقیق سازه‌های فولادی و بتنی خواهیم پرداخت و مزایا، معایب و تفاوت‌های این دو نوع سازه را بررسی می‌کنیم. با مطالعه این مقاله، متخصصان و فعالان حوزه ساخت‌وساز می‌توانند تصمیمات آگاهانه‌تری در انتخاب نوع سازه برای پروژه‌های خود اتخاذ کنند و با دیدگاهی جامع‌تر به سمت اجرای پروژه‌های موفق حرکت نمایند. همراه فلز، به‌عنوان یکی از پیشگامان صنعت فولاد، با ارائه انواع مقاطع فولادی و آهنی با کیفیت بالا، همواره در تلاش است تا با پاسخگویی به نیازهای مشتریان، به پیشرفت صنعت ساخت‌وساز یاری رساند. با ما همراه باشید تا با جزئیات و ویژگی‌های سازه‌های فولادی و بتنی آشنا شوید و بهترین مصالح را برای پروژه‌های خود انتخاب کنید.

با 13 مزیت سازه بتنی آشنا شوید

مزایای سازه‌های فولادی نسبت به سازه بتنی عبارت است از:

1. قابلیت اطمینان بالا 

سازه های فولادی بسیار قابل اعتماد هستند. دلایل این اطمینان عبارتند از سازگاری و یکنواختی در خواص، کنترل کیفیت بهتر به دلیل تولید در کارخانه، کشش زیاد و شکل پذیری. اگر نمونه های مختلف برخی از انواع فولاد در آزمایشگاه از نظر تنش تسلیم، استحکام نهایی و کشیدگی آزمایش شوند، این تغییرات نسبت به سایر مواد مانند بتن و چوب بسیار کمتر است. علاوه بر این، به دلیل مواد واقعاً همگن و الاستیک، فولاد اکثر مفروضات مربوط به استخراج فرمول‌های تحلیل و طراحی و نتایج به‌دست‌آمده و قابل اعتماد را برآورده می‌کند. این ممکن است در سازه های بتنی به دلیل مواد ناهمگن، ترک خوردگی و غیرخطی بودن رابطه تنش-کرنش صدق کند. 

2. رفتار صنعتی 

مقاطع نورد فولادی در کارخانه ها تولید می شوند، همچنین می‌توان قطعات را در کارخانه‌ها برش داده و برای مونتاژ آماده کرد، بطوری که فقط اتصال این اجزا در محل با نصب پرچ یا پیچ و با جوش قطعات مختلف انجام می‌شود. گاهی حتی قسمت هایی از سازه هم در کارخانه مونتاژ می شود، یعنی سازگاری زیادی با پیش ساخته وجود دارد. خطاهای دستی در چنین مواردی بسیار کاهش می یابد، سرعت ساخت افزایش می یابد و هزینه کل کاهش می یابد. 

3. زمان ساخت کمتر / سرعت نصب بیشتر 

به دلیل ماهیت صنعتی ساخت و ساز فولادی، پیشرفت کار سریع، باعث اقتصادی شدن سازه ها می شود. دلیل آن این است که این ساختارها می توانند زودتر مورد استفاده قرار گیرند. کاهش هزینه نیروی کار و تغییرات سربار و مزایای حاصل از استفاده اولیه از ساختمان به اقتصاد کمک می کند. 

4. استحکام بالا و وزن کم 

استحکام بالای فولاد در واحد وزن به این معنی است که بارهای مرده کمتر خواهد بود. لازم به ذکر است که بارهای مرده بخش بزرگی از کل بارهای وارده بر سازه را تشکیل می دهند. هنگامی که بار مرده کاهش می یابد، اعضای زیر به دلیل وزن کمتری که بر روی آنها وارد می شود، همچنان کوچکتر می شوند. این واقعیت برای پل‌های با دهانه بلند، ساختمان‌های بلند و سازه‌هایی که شرایط فونداسیون ضعیفی دارند، اهمیت زیادی دارد. 

5. یکنواختی، دوام و عملکرد 

فولاد ماده ای بسیار همگن و یکنواخت است. از این رو، مفروضات اساسی اکثر فرمول های تحلیل و طراحی را برآورده می کند. اگر با رنگ آمیزی و دیگر اقدامات، به درستی نگهداری شود، خواص فولاد با گذشت زمان تغییر محسوسی نمی کند. در حالی که خواص بتن در سازه های بتن مسلح به طور قابل توجهی با گذشت زمان تغییر می کند. از این رو سازه های فولادی دوام بیشتری دارند. 

6. خاصیت ارتجاعی 

فولاد نسبت به بسیاری از مواد دیگر به فرض طراحی نزدیک‌تر عمل می‌کند، زیرا از قانون هوک تا تنش‌های نسبتاً بالا پیروی می‌کند. تنش تولید شده متناسب با کرنش اعمال شده باقی می ماند و نمودار تنش-کرنش یک خط مستقیم باقی می ماند. 

مقاطع فولادی قبل از بارگذاری نهایی ترک یا پاره نمی شوند و از این رو می توان لحظه های اینرسی سازه فولادی را به طور قطع محاسبه کرد. ممان اینرسی به دست آمده برای یک سازه بتن مسلح نسبتا نامحدود است. 

7. شکل پذیری و هشدار قبل از شکست 

ویژگی ماده ای که به وسیله آن می تواند تغییر شکل گسترده را بدون شکست تحت تنش های کششی بالا تحمل کند، شکل پذیری آن است. فولاد نرم یک ماده بسیار انعطاف پذیر است. درصد ازدیاد طول یک نمونه تست کشش استاندارد پس از شکست می تواند به 25 تا 30 درصد برسد. این انحرافات مشهودی از شواهد خرابی قریب الوقوع در صورت اضافه بار را نشان می دهد. ممکن است برای جلوگیری از فروپاشی بارهای اضافی از سازه برداشته شود. حتی در صورت وقوع ریزش، زمان برای تخلیه ساختمان برای ساکنان در دسترس است. در اعضای سازه تحت بارهای معمولی، غلظت تنش بالا در نقاط مختلف ایجاد می شود. ماهیت انعطاف پذیر فولاد سازه ای معمولی آنها را قادر می سازد تا در آن نقاط به صورت موضعی تسلیم شوند، بنابراین تنش ها را مجدداً توزیع کرده و از خرابی های زودرس جلوگیری می کند. 

8. امکان افزودن به سازه فولادی موجود 

افزودن به سازه های فولادی موجود بسیار آسان است. اتصالات بین ساختارهای جدید و موجود را می توان بسیار موثر به کار گرفت. حفره‌های جدید یا حتی بال‌های کامل جدید را می‌توان به ساختمان اسکلت فلزی موجود اضافه کرد و بال های فولادی اغلب ممکن است پهن شوند. 

9. استفاده مجدد احتمالی 

در زمان تخریب سازه های قدیمی، مقاطع فولادی پس از جداسازی قابل استفاده مجدد است. 

10. ارزش قراضه 

فولاد دارای ارزش ضایعاتی است، حتی اگر به شکل فعلی قابل استفاده مجدد نباشد. 

11. سازه های ضد آب و هوا 

سازه های فولادی ساخت و سازهای کاملاً غیر قابل نفوذ را ارائه می دهند و سازه هایی مانند مخازن، لوله های نفت، لوله های گاز و غیره ترجیحاً از فولاد سازه ای ساخته می شوند. 

12. ساخت و ساز با دهانه بلند 

ساختمان های بلند، پل های دهانه بلند و برج های انتقال بلند از فولاد سازه ای ساخته شده اند. ساختمان های صنعتی تا دهانه 90 متر را می توان با تیرهای صفحه ای یا خرپا طراحی کرد. دهانه پل تا 260 متر با تیرهای صفحه ساخته شده است. برای پل های خرپایی از دهانه پل 300 متر استفاده شده است. 

13. ساخت و ساز موقت 

برای سازه های موقت، ساخت و ساز فولادی همیشه ترجیح داده می شود. ساخت و سازهای ارتش در طول جنگ بیشتر از فولاد سازه ای ساخته شده است. سازه ها ممکن است با باز کردن چند پیچ ​​جدا شوند، اجزای سازنده به مکان های جدیدی منتقل می شوند که سازه به راحتی دوباره سرهم می شود. 

مزایای سازه فولادی چیست؟

در ادامه با 5 مزیت سازه فولادی آشنا شوید

• وزن سبک‌تر: فولاد به دلیل نسبت مقاومت به وزن بالا، سازه‌های سبک‌تری نسبت به بتن ایجاد می‌کند. این ویژگی منجر به کاهش وزن کلی ساختمان و در نتیجه کاهش هزینه‌های پایه و فونداسیون می‌شود.
• سرعت ساخت بالا: اجزای فولادی از قبل در کارخانه تولید شده و به سایت منتقل می‌شوند، که سرعت اجرای پروژه را به‌طور چشم‌گیری افزایش می‌دهد.
• انعطاف‌پذیری در طراحی: فولاد قابلیت اجرای طرح‌های پیچیده معماری و ایجاد دهانه‌های بزرگ بدون ستون‌های میانی را فراهم می‌کند که برای ساختمان‌های مدرن بسیار ایده‌آل است.
• مقاومت بالا در برابر نیروهای دینامیکی: فولاد به خوبی نیروهای زلزله و باد را تحمل می‌کند و در شرایط شدید نیز دوام بالایی دارد.
• امکان بازیافت: سازه‌های فولادی قابلیت بازیافت بالایی دارند، و پس از پایان عمر مفید، می‌توان فولاد را بازیابی و دوباره استفاده کرد که به حفظ محیط زیست کمک می‌کند.

نتیجه‌گیری از مزایای هر دو سازه

سازه‌های فولادی و بتنی هر دو مزایای خاص خود را دارند. فولاد با توجه به سرعت ساخت بالا، وزن سبک و انعطاف‌پذیری بالا بیشتر در ساختمان‌های مدرن و برج‌ها استفاده می‌شود. از طرف دیگر، سازه‌های بتنی با دوام بالا و مقاومت در برابر حرارت، برای ساختمان‌هایی با نیاز به طول عمر بالا و پایداری در شرایط سخت مناسب‌تر هستند. انتخاب بین این دو معمولاً به نوع پروژه، شرایط آب‌وهوایی، و بودجه بستگی دارد.

معایب ساخت و ساز، سازه فولادی چیست؟

معایب ساخت و ساز، سازه فولادی نسبت به سازه بتنی عبارت است از:

1. هزینه های نگهداری بالا و خوردگی بیشتر 

اکثر فولادها وقتی آزادانه در معرض هوا و آب قرار می گیرند در معرض خوردگی هستند و بنابراین باید به طور دوره ای رنگ آمیزی شوند. این نیاز به هزینه اضافی و مراقبت ویژه دارد. استفاده از فولادهای زنگ نزن در کاربردهای طراحی پایدار باعث حذف این هزینه می شود. اگر سازه های فولادی به درستی نگهداری نشود، بخش های فولادی می توانند هر سال 1 تا 1.5 میلی متر از ضخامت خود را از دست بدهند. بر این اساس چنین سازه هایی می توانند در طول عمر معین خود تا 35 درصد وزن خود را کاهش دهند و تحت بارهای خارجی خراب شوند. فولاد به دلیل گران بودن مواد اولیه و نیاز به مراقبت‌های ویژه، هزینه‌هایی به همراه دارد. برای مشاهده قیمت‌های به‌روز ورق‌های فولادی، لینک‌های مربوط به قیمت ورق سیاه و قیمت ورق گالوانیزه را مشاهده کنید.

2. هزینه های ضد حریق 

اگرچه اعضای فولادی غیر قابل احتراق هستند، اما مقاومت آنها در دماهای غالب در آتش سوزی به شدت کاهش می یابد. در حدود 400 درجه سانتیگراد، خزش بسیار بارزتر می شود. خزش به عنوان تغییر شکل پلاستیک تحت یک بار ثابت برای مدت زمان طولانی تعریف می شود. این امر باعث ایجاد انحراف یا تغییر شکل های بسیار زیاد اعضای اصلی می شود که سایر اعضا را مجبور به تنش های بالاتر یا حتی فروپاشی می کند. فولاد یک رسانای عالی گرما است و ممکن است گرمای کافی را از محفظه احتراق یک ساختمان برای ایجاد آتش در قسمت های دیگر ساختمان برای شروع آتش در سایر قسمت های ساختمان منتقل کند. هزینه اضافی برای مقاوم سازی ساختمان در برابر آتش سوزی لازم است. 

3. حساسیت به کمانش 

مقاطع فولادی معمولاً از ترکیبی از صفحات نازک تشکیل شده است. علاوه بر این، ابعاد کلی اعضای فولادی نیز کوچکتر از اعضای بتن مسلح است. اگر این اعضای باریک تحت فشار قرار گیرند، احتمال کمانش بیشتر است. کمانش نوعی فروپاشی اعضا در اثر خمش شدید ناگهانی ناشی از بار فشاری بحرانی است. زمانی که فولاد برای ستون ها استفاده می شود، گاهی اوقات خیلی مقرون به صرفه نیست، زیرا مواد قابل توجهی باید صرفاً برای سفت کردن ستون ها در برابر کمانش استفاده شود. 

4. هزینه اولیه بالاتر / در دسترس بودن کمتر 

در برخی کشورها، فولاد به وفور در دسترس نیست و هزینه اولیه آن در مقایسه با سایر مصالح سازه ای متفاوت است. این مهم ترین عاملی است که منجر به کاهش سازه های فولادی در این کشورها شده است. 

5. زیبایی شناسی 

برای انواع خاصی از ساختمان ها، فرم فولادی از نظر معماری ترجیح داده می شود. با این حال، برای اکثر ساختمان‌های مسکونی و اداری، سازه‌های فولادی بدون استفاده از سقف کاذب و روکش‌کاری ظاهری ضعیف در نظر گرفته می‌شوند. هزینه قابل توجهی باید برای چنین سازه هایی صرف شود تا ظاهر آنها بهبود یابد. روکش فلزی، پوششی از فلز، پلاستیک یا الوار است که روی سطح یک عضو سازه قرار می گیرد تا آن را کاملاً در بر بگیرد. روکش نه تنها از عضو محافظت می کند بلکه ظاهر آن را نیز بهبود می بخشد.

معایب سازه بتنی چیست؟

در ادامه با 5 مزیت سازه فولادی آشنا شوید

• وزن زیاد: بتن وزن بالایی دارد و این می‌تواند بار زیادی بر فونداسیون وارد کند، که هزینه‌های فونداسیون را افزایش می‌دهد.
• زمان‌بر بودن ساخت: سازه‌های بتنی به دلیل نیاز به قالب‌بندی و زمان برای گیرش، به زمان بیشتری برای ساخت نیاز دارند.
• شکنندگی در برابر نیروهای دینامیکی: بتن به دلیل شکننده بودن، در برابر زلزله و ضربه‌های ناگهانی ضعیف‌تر از فولاد عمل می‌کند و نیاز به مقاوم‌سازی بیشتری دارد.
• عدم بازیافت کامل: بتن به سختی بازیافت می‌شود و در صورت تخریب، زباله زیادی تولید می‌کند که ممکن است به محیط زیست آسیب برساند.

نتیجه‌گیری از معایب هر دو سازه

در سازه‌های فولادی، مشکل خوردگی و هزینه‌های نگهداری و مقاوم‌سازی در برابر آتش از معایب اصلی است. از طرف دیگر، بتن با وزن بالا و زمان‌بر بودن ساخت، در برخی پروژه‌ها کارآمدی کمتری دارد. این معایب نشان می‌دهند که در انتخاب بین این دو نوع سازه، باید شرایط محیطی، اقتصادی و نگهداری در نظر گرفته شود.

17 تفاوت مهم بین سازه های بتنی و سازه های فولادی

 تفاوت بین سازه های بتنی و سازه های فولادی در ادامه گفته شده است:

1- تفاوت در مواد سازنده

• سازه بتنی: ماده اصلی مورد استفاده بتن سیمانی تقویت شده برای تحمل بار است.
• سازه فولادی: فولاد ماده ای است که برای تحمل بار استفاده می شود.

2- تفاوت در مقطع المان سازه‌ای

• سازه بتنی: در سازه های RC سطح مقطع عناصر سازه بزرگ است
• سازه فولادی: عناصر سازه ای سازه های فولادی دارای مقاطع کوچک هستند.

3- تفاوت در ماندگاری

• سازه بتنی: دوام بتن بالاست. ساختار RC با کیفیت بالا کمتر تحت تأثیر شرایط آب و هوایی معمولی و محیطی قرار می گیرد.
• سازه فولادی: سازه های فولادی در مواجهه با شرایط محیطی مستعد زنگ زدگی هستند. از این رو سازه های فولادی دوام کمتری دارند.

4- تفاوت در مقاومت در برابر زلزله / بارهای دینامیکی

• سازه بتنی: ساختارهای RC ماهیت بسیار شکننده ای دارند. این نوع سازه ها در برابر بارهای دینامیکی مانند زلزله و باد مقاومت کمتری دارند.
• سازه فولادی: سازه های فولادی ماهیت شکل پذیری دارند بنابراین مقاومت آنها در برابر بارهای دینامیکی افزایش می یابد.

5- تفاوت در ظرفیت حمل بار

• سازه بتنی: سازه های RC در مقایسه با سازه های فولادی ظرفیت باربری پایینی دارند.
• سازه فولادی: سازه های فولادی ظرفیت تحمل بار قابل ملاحظه ای دارند.

6- تفاوت در وزن خود

• سازه بتنی: ساخت سازه ها با بتن مقدار زیادی مواد اولیه مصرف می کند. از این رو وزن سازه های بتن مسلح بالاست.
• سازه فولادی: فولاد به طور کلی 60 درصد وزن کمتری نسبت به بتن دارد.

7- تفاوت در پایه

• سازه بتنی: سازه بتن آرمه دارای وزن مرده عظیمی است که از این رو به یک پایه محکم برای حمایت نیاز دارد.
• سازه فولادی: سازه های فولادی نیازی به فونداسیون سنگین ندارند.

8- تفاوت در استحکام کششی

• سازه بتنی: در سازه های RC مقاومت کششی المان های بتنی در مقایسه با المان های سازه ای فولادی کمتر است.
• سازه فولادی: عناصر سازه ای فولادی در مقایسه با سازه های RC مقاومت کششی بالایی دارند.

9- تفاوت در نیاز نیروی کار

• سازه بتنی: ساخت سازه های بتن آرمه کار فشرده ای است.
• سازه فولادی: ساخت سازه های فولادی به نیروی کار کمتری نیاز دارد. اکثر قطعات در کارگاه ساخته و در محل مونتاژ می شوند.

10- تفاوت در ساخت و ساز

• سازه بتنی: ساخت سازه RC ساده است.
• سازه فولادی: ساخت سازه های فولادی سخت است.

11- تفاوت در هزینه‌های ساخت و ساز

• سازه بتنی: مقرون به صرفه
• سازه فولادی: هزینه بر

12- تفاوت در سرعت ساخت و ساز

• سازه بتنی: سازه های بتن آرمه برای بتن ریزی، عمل آوری و غیره به زمان نیاز دارند که فرآیند کندی است.
• سازه فولادی: سازه های فولادی با سرعت بالایی ساخته می شوند.

13- تفاوت در کنترل کیفیت

• سازه بتنی: حفظ کیفیت از طریق ساخت بتن دشوار است.
• سازه فولادی: کنترل کیفیت بهتری را می توان در سازه های فولادی به دست آورد.

14- تفاوت در مقاوم در برابر آتش

• سازه بتنی: مقاومت سازه بتنی در برابر آتش بالاست.
• سازه فولادی: مقاومت سازه فولادی در برابر آتش کمتر است.

15- تفاوت در ارزش قراضه

• سازه بتنی: بتن ارزش ضایعاتی ندارد.
• سازه فولادی: ضایعات فولادی ارزش قراضه خوبی دارند.

16- تفاوت در خوردگی

• سازه بتنی: یک سازه بتن آرمه که به درستی طراحی و ساخته شده باشد، مستعد خوردگی نیست.
• سازه فولادی: ساختار اسکلت فولادی به دلیل خوردگی احتمال خراب شدن دارد.

17- تفاوت در تعمیر و نگهداری

• سازه بتنی: تعمیر و هزینه نگهداری سازه بتنی سخت و زمان بر است.
• سازه فولادی: سازه های فولادی را می توان به راحتی تعمیر کرد و از این رو هزینه نگهداری آنها کمتر است.

نتیجه

ساخت‌وساز با فولاد به 70 درصد زمان کمتری نسبت به بتن نیاز دارد. سرعت بالای اجرای سازه‌های فولادی به معنای امکان راه‌اندازی سریع‌تر پروژه‌هاست. همچنین، صرفه‌جویی در خود مواد نیز قابل توجه است، زیرا سازه‌های فولادی 30 تا 60 درصد سبک‌تر از سازه‌های مشابه بتنی هستند. در این مقاله از همراه فلز، 13 مزیت سازه‌های فولادی نسبت به سازه‌های بتنی، 5 عیب سازه‌های فلزی در مقایسه با بتنی، و 17 تفاوت کلیدی بین این دو نوع سازه را بررسی می‌کنیم. با مطالعه این مقاله، فعالان حوزه ساخت‌وساز و صنایع مادر می‌توانند به‌راحتی در انتخاب نوع سازه تصمیم‌گیری کنند. شرکت همراه فلز، با سال‌ها تجربه درخشان در زمینه تأمین، خرید، فروش، و مشاوره انواع مقاطع فولادی و آهنی، آماده همکاری با شرکت‌ها و افراد فعال در این صنعت است. سازه‌های فولادی و بتنی هر دو ویژگی‌ها، مزایا و معایب خاص خود را دارند. فولاد با انعطاف‌پذیری و سرعت بالا مناسب ساختمان‌های مدرن و آسمان‌خراش‌هاست، در حالی که بتن با مقاومت در برابر حرارت و دوام بالا برای سازه‌های بلندمدت و در شرایط مختلف مناسب‌تر است. تصمیم نهایی برای استفاده از یکی از این سازه‌ها باید بر اساس نیازهای پروژه، بودجه و شرایط محیطی گرفته شود تا سازه‌ای پایدار و بهینه ایجاد شود.