- سازه چیست :
به یک ساختار معماری یا مهندسی ثابت که مجزا از دیگر ساختارها قابل تشخیص باشد یک سازه یا ابنیهٔ فنی می‌گویند. سازه بخشی از حجم است که بارهای وارده را تحمل و به محیط اطراف منتقل می‌سازد. شایان ذکر است که در سازه‌های معماری نیروها (بارهای مرده، زنده، زلزله، برف و باد) از طریق تیرچه‌ها به تیر اصلی و از تیر اصلی به ستون‌ها و از ستون‌ها به پی منتقل می‌شود و پی‌ها نیروها را به خاک منتقل می‌کنند؛ به عبارت دیگر، سازه حافظ فرم خارجی اجسام در برابر بارهای وارده است.
سازه یا آزاد است، یعنی اتصال مشخصی با زمین ندارد، مانند هواپیما که یک نوع سازه است، یا ممکن است غیرآزاد باشد، یعنی اتصال مشخصی با زمین دارد.
سازه ممکن است دائمی باشد، مانند ساختمان‌ها، پلها، سدها و دکل‌های برق، یا موقتی باشد، مانند چادرهای نمایشگاهی، دکل‌های تبلیغاتی و داربست‌های فلزی.امروزه مدل‌سازی اطلاعات ساختمان تغییر شگرفی در صنعت ساختمان کشورهای پیشرفته به وجود آورده است و بهره وری این بخش را افزایش داده است.
سازه بتنی :
سازه بتنی سازهای است که در ساخت آن از بتن یا به‌طور معمول بتن آرمه (سیمان، شن، ماسه و پولاد به صورت میلگرد ساده یا آجدار) استفاده شده باشد. در ساختمان در صورت استفاده از بتن آرمه در قسمت ستون‌ها و شاه تیرها و پی، آن ساختمان یک سازه بتنی محسوب می‌شود.
امروزه بسیاری از پلها را از بتن آرمه می سازند. برای استفاده از پل‌های بلندتر و بیشتر شدن فاصله پایه پلها از تیر پیشتنیده استفاده می‌شود.
مزایای سازه بتنی :
۱-بدلیل امکان شکل پذیری آرماتور و بتن تازه و قالب، اعضاء این سازه ها را می توان در مقاطع مختلف اجرا نمود.
۲-این سازه ها در مقابل آتش سوزی ازخود مقاومت نشان می دهد.
۳-این سازه ها در مقابل شرایط مختلف آب و هوایی مقاوم بوده و در صورت اجرای صحیح پوشش بتن، رطوبت هیچ آسیبی به آن وارد نخواهد کرد.
۴-این سازه ها نسبت به سازه های فلزی از یک صلبیت بیشتری برخوردار هستند.
۵-مصالح سنگی و سیمان معمولا آسان تر از سایر مصالح در دسترس می باشد.
معایب سازه بتنی :
۱-اجرای آرماتوربندی و قالب بندی در این سازه ها نیاز به تخصص و صرف زمان بیشتری نسبت به سایرسازه ها دارد.
۲-بدلیل افزایش مقطع اعضاء این سازه ها، وزن آن بیشتر از سازه های فلزی می باشد.
۳-بدلیل نیاز به آزمایش مستمر بتن، در محل اجرای این سازه ها باید آزمایشگاه های مکانیک خاک در دسترس باشد.
سازه فلزی :
سازه فلزی نوعی سازه است که مصالح اصلی آن که برای تحمل نیروها و انتقال آنها به کار می‌رود از فلز (فولاد) ساخته شده است.اتصالات به کار رفته در این سازه فلزی ها از نوع جوشی، پرچی و یا پیچ می‌باشد و بسته به نوع اتصالات قطعات طرح شده و کنترل‌های مربوطه بر روی آنها انجام میگیرد.
فلز یکی از مهمترین مصالح ساختمانی میبباشد.فولاد (فلز) از احیا شدن سنگ آهن، به همراه کک و اکسیژن در کوره‌های بلند با درجه حرارت زیاد بدست می آید. همچنین عامل زمان در ساخت سازه فلزی ها اهمیت دوچندان یافته و این امر گرایش به سازه فلزی های پیش ساخته را افزایش داده است بعلاوه با رشد جمعیت جوامع بشری علاقه به داشتن فضاهای بزرگ بدون حضور ستون های میانی خواهان بسیار پیدا کرده است.
مزایای سازه فلزی :
۱-سازه های فلزی به علت امکان مونتاژ اسکلت قبل از نصب و لزوم اجرای همزمان و بدون وقفه اسکلت، در مقایسه با سایر سازه ها از سرعت عمل بالاتری برخوردار است.
۲-به دلیل همگن بودن تیر و ستون و بادبند به عنوان اعضاء اصلی اسکلت این نوع سازه ها دارای یکپارچگی مناسب تری نسبت به سایر سازه ها می باشد و به همین علت نیز نتیجه محاسبات سازه ای فاصله نزدیک تری به مقاومت واقعی این نوع سازه ها دارد.
۳-به دلیل نوع اتصال اعضاء تیر و ستون، امکان توسعه طبقات در این نوع سازه ها به شکل مناسب تری و قابل قبول تری وجود دارد..
۴-مقاومت زیاد: مقاومت قطعات فلزی زیاد بوده و نسبت مقاومت به وزن از مصالح بتن بزرگتر می باشد و به این علت در دهانه های بزرگ سوله ها ، ساختمان های مرتفع و ساختمان هایی که بر زمین های سست قرار می گیرند حائزاهمیت فراوان می باشند.
معایب سازه فلزی :
۱-با توجه به اینکه تیر و ستون و بادبند این نوع سازه ها فلزی بوده و لیکن دیافراگم سقف به صورت بتنی دال یک طرفه یا دو طرفه اجرا می گردد که این موضوع باعث ایجاد بک نوع ناهنگنی میان تیر و سقف گردیده که اتصال صحیح و کامل آن ها با مشکل مواجه می نماید و جهت رفع این نقص می بایست تمام نکات فنی و آیین نامه ای محل اتصال تیر و سقف رعایت گردد.
۲-بدلیل تاثیر شرایط آب وهوایی برکیفیت جوش و افزایش سرعت زنگ زدگی اسکلت و لزوم اجرای اتصالات در شرایط مناسب آب و هوایی معمولا اجرای اسکلت این نوع سازه ها با یک محدودیت آب و هوایی اجرا گردد.
۳-بدلیل تغییر شکل اسکلت فلزی در حرارت بالا، در زمان آتش سوزی این نوع سازه ها با یک تغییرشکل و تخریب ناشی از آن مواجه خواهند شد.
۴-بدلیل زنگ زدگی و پوسیدگی ناشی از اکسید شدن، این نوع سازه ها در دراز مدت دچار پوسیدگی عمیق و کاهش سطح مقطع شده و با کاهش مقاومت این نوع سازه ها نسبت به بارهای وارده مواجه خواهند شد.
مقایسه سازه فلزی و بتنی :
از آنجایی که اسکلت اکثر ساختمان‌ها در کشور ما فلزی یا بتنی بوده و ساختمانهای بنایی غیر مسلح با محدودیت‌های خاص ساخته می‌شوند، آشنایی با مزایا و معایب ساختمان‌ها می‌تواند در تصمیم گیری مالکین و مهندسین نقش اساسی داشته باشد.
در ادامه برخی از معایب و مزایای هر کدام از این این سازه‌ها را باهم مقایسه میکنیم :
مقاومت در برابر زلزله :
معمولاً این باور غلط وجود دارد که ساختمان اسکلت فلزی در برابر زلزله مقاوم‌تر است و یا برعکس. این ایده اصولاً اشتباه است بدین صورت که هم سیستم بتنی و هم سیستم فلزی را می‌توان برای مقاومت‌های مختلف طراحی نمود که هر دو نیز به صورت مورد نظر در زلزله عمل کنند. در حقیقت عامل مهم طراحی صحیح سازه است. البته لازم به ذکر است که سیستم‌های اسکلت بتنی به دلیل افزایش وزن سازه، در زلزله، نیروی بیشتری را متحمل می‌شوند.
طول عمر :
این واقعیت وجود دارد که سازه‌های بتنی دارای عمر طراحی هستند بدین مفهوم که یک سازه بتنی برای عمری معین طراحی می‌شود گرچه این عمر ۵۰ یا ۶۰ سال باشد. بتن با گذشت عمر دچار افت و خزش می‌شود که نهایتاً باعث تاثیر منفی در عملکرد سازه هنگام وقوع زلزله می‌شود. اما در سازه فلزی مشکل افت مقاومت با افزایش عمر وجود ندارد که این یک مزیت برای اسکلت فلزی محسوب می‌شود.
ارزش اسقاط :
معمولاً در ساخت و سازهای رایج در کشور به مسئله اسقاط سازه کمتر توجه می‌شود. بدین مفهوم که در زمان تخریب سازه ساختمانهای فلزی دارای ارزش اسقاط به مراتب بالاتر و هزینه تخریب کمتر هستند. که این نیز می‌تواند یک مزیت برای اسکلت فلزی محسوب شود.
مقاومت در برابر آتش سوزی :
مقاومت فولاد در آتش سوزی پائین است. بدین صورت که با گرم شدن، مقاومت خود را از دست می‌دهد. در صورتی که اسکلت بتنی مقاومت به مراتب بیشتری در برابر آتش از خود نشان می‌دهد. البته لازم به ذکر است با ایجاد تمهیداتی در سازه فلزی که بعضاً هزینه بر نیز هستند، می‌توان مقاومت آن در برابر آتش را افزایش داد. بنابراین مقاومت بیشتر اسکلت بتنی در آتش سوزی به عنوان یک مزیت قلمداد می‌شود.
سهولت در اجرا :
مطلب مهم در انتخاب سیستم سازه باربر فلزی و یا بتنی، امکانات اجرای سازه در زمان ساخت است. اسکلت فلزی به علت حساسیت در عملیات برش کاری، جوشکاری و حمل و نصب، تخصص و دقت بیشتری را نسبت به اجرای اسکلت بتنی می‌طلبد. بنابراین باید پذیرفت که اجرای سازه بتنی نسبت به سازه فلزی نیاز به تخصص و مهارت و نظارت و کنترل کمتری دارد و با توجه به وضع موجود کشور ما، این یک مزیت برای سازه بتنی محسوب می‌شود.
هزینه ساخت :
فولاد استفاده شده در ساخت یک سازه فولادی دارای یک مقاومت مشخص در صورت طراحی صحیح، نسبت به مقدار فولاد استفاده شده در سازه بتنی دارای همان مقدار مقاومت، معمولاً در حدود ۳۰ درصد بیشتر است. از این رو هزینه اجرای اسکلت فلزی بالاتر است. بنابراین برای کافرمایانی که به دنبال کاهش هزینه در ساخت هستند اسکلت بتنی گزینه مناسب‌تری است.
زمان اجرا :
سازه‌های فلزی به دلیل اجرای همزمان طبقات از سرعت پیشرفت بیشتری نسبت به سازه‌های بتنی برخوردار هستند. همچنین در صورت ساخت اسکلت فلزی در کارخانه مدت زمان اجرا به صورت بیشتری نیز کاهش می‌یابد. اما در اسکلت بتنی با توجه به اجرای هر طبقه بعد از طبقه زیرین و همچنین رعایت زمان گیرش اولیه بتن سرعت پیشرفت به مراتب کمتر است. همچنین سرعت بالا در اجرای سازه فلزی باعث کاهش هزینه‌های بالاسری شده و مدت زمانلازم برای بهره برداری پروژه نیر کاهش می‌یابد. این موارد باعث جبران بخشی از هزینه‌های اضافی ساخت اسکلت فلزی نسبت به اسکلت بتنی است.
تامین هزینه ساخت :
برای آن دسته از کارفرمایانی که مایلند هزینه پروژه را به صورت خرد‌تر و با توجه به پیشرفت پروژه پرداخت کنند اسکلت بتنی گزینه مناسب‌تری خواهد بود. اما با توجه به اینکه عمده هزینه اجرای سازه فلزی هزینه خرید آهن خام مورد نیاز است، مقدار نقدینگیِ بیشتری باید در شروع پروژه هزینه شود. همچنین با توجه به این که در کشور ما پرداخت وام مسکن پس از تکمیل سقف طبقات پرداخت می‌شود در سازه‌های بتنی می‌توان پس از اتمام هر سقف نسبت به دریافت وام اقدام و به پروژه تزریق نمود که این یک مزیت برای اسکلت بتنی محسوب می‌شود.
معماری :
ستون‌های فلزی به خصوص در ساختمانهای بلند در طبقات پائینی دارای ابعاد کوچک‌تری هستند و به دلیل قرار گرفتن پارکینگ در طبقات زیرین این یک مزیت محسوب می‌شود. همچنین در بناهای متداول، سازه های فولادی دارای محدودیت کمتری نسبت به سازه بتنی در طراحی هستند، مانند فاصله ستون‌ها و دهانه‌ها. از این رو استفاده از اسکلت فلزی امکان ساخت سازه‌های خاص را فراهم می‌کند.
جوش نامناسب :
نبود دانش و مهارت کافی جوشکاران، قدیمی بودن ماشین آلات جوشکاری، نبود نظارت کافی و مناسب و گران بودن هزینه‌های آزمایشات جوش از بزرگترین نقاط ضعف مجریان سازه‌های فولادی است. لذا برای رفع این نقیصه استفاده از سازه‌های فلزی پیچ و مهره‌ای استاندارد می‌تواند بهترین گزینه جایگزین باشد.
خوردگی در مقابل عوامل خارجی :
یکی دیگر از ضعف‌های اساسی مصنوعات و سازه‌های فلزی مقاومت پایین آنها در برابر عوامل جوی مانند رطوبت است که باعث خوردگی آنها شده و از عمر و ابعاد مفید آنها می‌کاهد. در ضمن هزینه نگهداری و محافظت آنها در مقابل این عوامل نیز بالاست.
اشغال فضا :
ستون و تیر‌های فولادی در مقایسه با سازه بتنی فضای کمتری را اشغال می‌کند. به عبارتی پرت فضا در سازه‌های فولادی نسبت به سازه‌های بتنی بسیار کمتر بوده و از این نظر، خصوصاً در شهرهایی که قیمت زمین گران است از اهمیت بیشتری برخوردار است.
پیوستگی مصالح :
چون مواد متشکله فولاد همگن و پیوسته هستند لذا در لرزه‌های ناشی از وقوع زلزله آسیب کمتری خواهند دید. اما متاسفانه در هر لرزه قطعات بتنی، به پوشش‌های بتنی روی میلگردها آسیب وارد شده و ترک‌هایی ایجاد می‌شود که موجب تضعیف قطعه بتنی می‌شود از اینرومی‌توان اینگونه بیان کرد که پس از یک لرزش قوی، در پس لرزه‌های بعدی احتمال تخریب کلی سازه بتنی وجود دارد.
یکنواختی خواص :
بدلیل اینکه فولاد در کارخانه و طی پروسه‌ای دقیق و تعریف شده همراه با نظارت‌های سختگیرانه تولید می‌شود در نتیجه خواص آن نسبت به بتن یکنواخت تر و همگن تر است. این اطمینان در همگن بودن فولاد باعث کاهش ضرایب عدم اطمینان (ضرایب کاهنده مقاومت) در طراحی سازه‌های فلزی نسبت به سازه‌های بتنی خواهد شد.
