سازه فولادی یا بتنی؟
اغلب ساختمان‌های مهندسی امروزه از مصالح مقاوم ساختمانی یعنی بتن و فولاد و یا ترکیبی از آن دو ساخته میشوند. در ادامه مقایسه این دو مصالح در موارد تعیین‌کننده ارائه شده است.
مزایای سیستم فولادی
مقاومت بالا: فولاد در تحمل انواع تلاش‌های خمشی، فشاری و کششی نسبت به بتن مسلح برتری دارد. این برتری مقاومت مصالح موجب می‌گردد که ابعاد اعضای سازه‌ای کاهش یابد. بتن در تحمل کشش و خمش ذاتا ضعیف است و به همین دلیل نیاز به تسلیح با فولاد دارد.شکل‌پذیری و عملکرد لرزهای: شکل‌پذیری خاصیت ذاتی مصالح فولادی است و عملکرد لرزهای فولاد بهتر از بتن می‌باشد. این امر در مقاومت در برابر نیروهای فوقالعاده مانند زلزله کمک موثری به جذب انرژی و حفظ پایداری سازه مینماید. البته با حفظ جزئیات و تدابیر ویژه می‌توان شکل‌پذیری اعضای بتنی را نیز تا مقادیر دلخواه افزایش داد. از طرفی در حالت کلی پیوستگی و انسجام سازه‌های بتنی بیش از سازه‌های فولادی است، اما با رعایت جزئیات مناسب در اتصالات می‌توان در سازه‌های فولادی نیز به انسجام دلخواه دست یافت.
حجم و وزن اسکلت: مزیت عمده اسکلت فولادی نسبت به اسکلت بتنی وزن و حجم کمتر اعضای آن است. حجم زیاد بتن امکان بهرهگیری از فضای آزاد را در بنا محدود کرده و نیاز به فواصل بیشتر در بین درزها ایجاد مینماید. خصوصاً در ساختمان‌های نسبتاً بلند، ابعاد بزرگ اجزاء سازه، کاربری فضاها را با مشکلاتی همراه می‌سازد و علاوه بر آن ابعاد بزرگ تیرها و ستون‌ها وزن سازه و به تبع آن نیروهای زلزله را به میزان قابل توجهی افزایش خواهد داد.
بهبود رفتار بلند مدت: به دلیل مدول الاستیسیته بالای فولاد و موثر نبودن زمان بر تغییرشکل‌های سازه‌های فولادی کنترل تغییرشکل‌ها در این سازه‌ها ساده‌تر و صریح‌تر از سازه‌های بتنی مسلح است. تغییرشکل مقاطع بتنی تحت بارگذاری‌های طولانی مدت خزشی است، و با توجه به سنگین بودن بار مرده سقف‌ها در پروژه‌های مسکونی این تغییرشکل‌های تابع زمان زیاد و دارای پیامدهای نامطلوب خواهد بود.
شرایط و امکانات اجرایی کار: اجرای اسکلت فولادی به پرسنل تخصصی و ماهر در محل اجرا نیاز کمتر داشته و امکان استفاده از قطعات پیشساخته را که در کارخانه تولید میشوند فراهم می‌آورد. این مسئله در بالارفتن کیفیت، سرعت و یکنواختی اجرا بسیار حائز اهمیت است. در حالی که در اسکلت بتنی، کار مورد نیاز در محل کارگاه به نسبت بیشتر و در نتیجه لزوم برنامهریزی دقیق و امکان اخلال در نحوه و زمان اجرای پروژه بیشتر میشود.
جبران خسارت و ترمیم سازه: در موارد بروز حوادث طبیعی مانند زلزله در صورتی که آسیبی به اسکلت واردشود، در اسکلتهای بتنی ترمیم اعضاء آسیب دیده مسئله پیچیده‌ای می‌باشد حال آنکه در مورد فولاد امکان تعمیر و ترمیم آسانتر است. همچنین امکان ایجاد تغییرات جزئی در حین کار در سازه‌های فولادی بیش از سازه‌های بتنی است.
زمان اجرا: زمان اجرای اسکلت فولادی به دلیل امکان استفاده از پیش‌ساختگی، سبکی وزن اجزا و سهولت تدارک امکانات اجرایی کار نسبت به اسکلت بتنی به مقدار چشمگیری کمتر است. اسکلت بتنی به دلیل مراحل بیشتر عملیات اجرایی نظیر قالببندی، آرماتوربندی، بتنریزی، زمان قالببرداری و عمل‌آوری نیازمند زمان بیشتری برای اجراء است.
مزایای سیستم بتنی
تحمل آتش‌سوزی: در آتش‌سوزی، یك عضو بتنی آسیبپذیری كمتری دارد ولی فولاد با افزایش گرما ظرفیت باربری خود را به تدریج از دست میدهد و در حدود درجه حرارت 700 درجه سانتیگراد كه پس از حدود نیم ساعت از شروع آتش‌سوزی در فضاهای مسكونی احتمال آن وجود دارد مقاومت به حدود 20 درصد مقدار اولیه کاهش یافته و سازه منهدم میشود.عملکرد مناسب در مقابل رطوبت: اعضای بتنی مقاومت بیشتر و حساسیت کمتری در مقابل رطوبت دارند. رطوبت به همراه یون کلر میتواند منجر به زنگ‌زدگی آرماتورها در داخل بتن و افزایش حجم آنها و آسیب جدی به سازه‌های بتنی مدفون یا در تماس با رطوبت گردد. هر چند سازه‌های فلزی در مقابل رطوبت آسیب‌پذیرند، لیکن با محافظت سطوح با پوشش‌های متعارف مانند رنگ‌های معدنی یا شیمیایی اپوکسی این وضعیت بهبود می‌یابد.
امکان تامین سختی مورد نیاز برای کنترل تغییرمکان‌های جانبی: قاب‌های خمشی در اسکلت بتنی از سختی کافی در هر دو راستای ساختمان برخوردارند. در اسکلت فولادی برای تامین قاب‌های خمشی نیازمند اتصالات گیردار می‌باشد که، پرکار و پرهزینه است. به علاوه برای تعبیه اتصالات گیردار در هر دو راستای ساختمان اغلب می‌بایست از مقاطع قوطی یا صلیبی برای ستون‌ها استفاده کرد که این مسئله دشواری‌هایی در ساخت، نصب و کنترل اسکلت بوجود می‌آورد. در ساختمان‌هایی که به لحاظ محدودیت‌های معماری امکان اجرای مهاربندی یا دیوار برشی وجود ندارد استفاده از قاب‌های خمشی با سختی مناسب در هر دو جهت یک مزیت جدی ساختمان‌های بتنی مسلح محسوب می‌گردد.
اقتصاد: از نقطهنظر اقتصادی، اگر هزینه اسکلت بتنی بصورت مطلق و مجزا از طول زمان اجرا بررسی شود، نسبت به سیستم فولادی با صرفه‌تر است. همچنین در اسکلت بتنی سرمایه‌گذاری اولیه کمتری برای خرید مصالح نسبت به اسکلت فولادی لازم است.
