مقایسه مقاومت اسکلت فلزی و بتنی در برابر زلزله
مقاومت ساختمان ها در برابر زلزله اهمیت بسیار بالایی دارد. بیشتر ساختمان ها در کشور ما دارای اسکلت فلزی و بتنی هستند که هر کدام از آنها مزایا و معایب خود را دارند. اما این که مقاومت اسکلت فلزی در زلزله بیشتر است یا اسکلت بتنی به چند دلیل مربوط می شود. طبق تجربه رفتار ساختمان های با اسکلت فلزی در برابر زلزله خوب است و تخریب کلی سازه ها و مرگ و میرهای زیاد به دلیل ساخت و سازها با استفاده از مصالح دیگر است. از ویژگی هایی که موجب مقاومت اسکلت فلزی در زلزله می شود، می توان به شکل پذیری زیاد، انعطاف پذیری طراحی و اجرایی و وزن کم آن اشاره کرد.برای مطالعه مطالب بیشتر به سایت مراجعه کنید.
درباره مفهوم مقاومت اسکلت فلزی در زلزله دو گزینه وجود دارد. گزینه اول این است که سازه با مقاطع بزرگ ساخته شود که در این صورت تنها تحت تنش های الاستیک قرار خواهد گرفت. گزینه دوم هم این است که سازه با مقاطع کوچک تر ساخته شود که برای شکل گیری نواحی پلاستیک مختلف طراحی می شود.
سازه طراحی شده برای گزینه اول سنگین خواهد بود و ممکن است حاشیه امن مناسبی را در برابر زلزله قوی تر از انتظار تامین نکند که به علت شکست شکل ناپذیر عناصر این اتفاق رخ می دهد. در سازه طراحی شده با گزینه دوم قسمت های منتخبی از سازه به شکل عمود طراحی می شوند که تحت تغییر شکل های پلاستیک سیکلی بدون شکست قرار می گیرند و سازه در کلیت به شکلی طراحی می شود که فقط نواحی انتخاب شده از سازه به شکل پلاستیک تغییر شکل دهند. سازه می تواند میزان زیادی انرژی را در این بخش های پلاستیک مستهلک کند.
رفتاری شکل پذیر که ظرفیت تغییر شکل بیشتری را موجب می شود، راه حل مناسب تری برای مقابله با زلزله محسوب می شود. یکی از علت های آن نبود قطعیت هایی است که دانش ما نسبت به زلزله دارد و تحلیل های ما منجر می شود که جنبش های لرزه ای و اثرات آن بیشتر از میزان مورد انتظار باشد. با مطمئن بودن از رفتار شکل پذیر چنین افزایش هایی در قدرت زلزله به سادگی به وسیله انرژی مستهلک توسط تغییر شکل های پلاستیک عناصر سازه جذب می شود.
ساختمان بتنی متشکل از انواع ستون و تیرهای بتنی به هم پیوسته می باشد که میلگرد یکی از اجزای اصلی این سازه می باشد. برای خرید قالب فلزی بتن کافیست به سایت ما مراجعه نمایید.
همان عناصر قادر نخواهند بود یک مقاومت پلاستیک بزرگ تر را با انتخاب گزینه اول تامین کنند. سازه های اسکلت فلزی در تامین قابلیت استهلاک انرژی عملکرد خوبی دارند که به دلایل زیر است:
- شکل پذیری خوب فولاد
- مکانیسم های بسیار شکل پذیر در عناصر فولادی و اتصالات آنها
- تکثیر موثر مکانیسم های پلاستیک در سطح محلی
- ویژگی های هندسی مطمئن
- حساسیت کم به مقاومت خمشی عناصر سازه در حضور نیروی محوری هم زمان
مقاومت اسکلت فلزی در زلزله بیشتر از سایر مصالح است که به دلیل عوامل زیر است:
- مقاومت مصالحی که گارانتی شده اند که به علت تولید کنترل شده در کارخانه است.
- طراحی ساخت این مصالح به وسیله افراد متخصص انجام می گیرد.
مقاومت اسکلت فلزی در زلزله به دلیل انعطاف پذیری و وزن کم
مقاومت اسکلت فلزی در زلزله به علت انعطاف پذیری و وزن کم این مصالح است. سازه های انعطاف ناپذیر با وزن زیاد نیروهای بیشتری را در زمان زلزله جذب می کنند. سازه های اسکلت فلزی انعطاف پذیرتر از انواع دیگر سازه ها هستند و وزن کمی دارند. نیروها در اسکلت سازه و فونداسیون هم کاهش می یابد که در نیروهای طراحی منجر به کاهش اساسی در هزینه روسازه و فونداسیون ساختمان خواهد شد.
سازه های اسکلت فلزی در مقایسه با دیگر سازه ها وزن کمتری دارند. به علت این که نیروهای زلزله با اینرسی همراه هستند، کاهش وزن به طور مستقیم موجب کاهش نیروهای طراحی زلزله می شود. این مسئله بیشتر در سوله مطرح می شود. آنها یک پوشش در اطراف یک حجم بزرگ می کشند که وزن واحد سطح آنها بسیار کم است و اکثراً بار باد بیشتر از زلزله بر طراحی حاکم است. یعنی سازه ای که برای بار وزن و باد طراحی می شود، برای زلزله نیز پاسخگو است. این علت چرایی مقاومت اسکلت فلزی در زلزله نسبت به دیگر سازه ها با مصالح دیگر است.
نکات مهم در هنگام ساخت اسکلت بتنی و فلزی
هنگام ساخت خانه چه اسکلت فلزی باشد و چه بتنی باید مواردی را مد نظر قرار دهید تا ساختمان شما در برابر زلزله ایمن بوده و منجر به خطرات جانی و مالی نگردد. این نکات به شرح زیر می باشند:
- ساختمان های 4 طبقه به بالا باید با ساختمان های مجاور فاصله داشته باشند. این فاصله خسارات ناشی از ضربه ساختمان مجاور را به حداقل می رساند.
- ساختمان باید از پلانی منظم برخوردار باشد و پس رفتگی و جلو آمدگی در آن مشاهده نشود.
- تا حد ممکن باید سنگینی ساختمان را بر روی سطوح پایین تر قرار داد. برای مثال از قرار دادن منابع آب در طبقه های بالای ساختمان باید اجتناب نمود.
- بررسی تراکم خاک زمین باید قبل از اجرای فونداسیون مورد بررسی قرار گیرد.
- بعد از آن که خاکبرداری محل ساخت بنا انجام شد باید قبل از پی ریزی از مقاومت بستر خاک اطمینان حاصل کرد.
- در صورت اجرای اسکلت بتنی، ریشه ستون ها باید قبل از بتن ریزی و طبق نقشه اجرا شوند. بتنی که برای این ناحیه استفاده می شود باید متراکم گردد.
- فاصله بین آرماتورها و قالب ها باید رعایت شود.
اگر به دنبال خرید قالب های فلزی و بتنی هستید حتما از قالب سپنتا دیدن نمایید.
- اگر بعد از بتن ریزی آرماتور قابل رویت باشد ایرادی در کار وجود دارد و باید حتماً اصلاح گردد.
- نباید بیشتر از آن چه که در نقشه سازه عنوان می شود نسبت به تقویت تیرها و پل ها اقدام نمود، زیرا افزایش ابعاد آن ها نتیجه ای معکوس به همراه خواهد داشت.
- در هنگام خاکبرداری باید از برخورد دستگاه ها و تجهیزات به پی فونداسیون ساختمان های مجاور خودداری شود و به هیچ عنوان خاکبرداری نشوند.
- اجزایی که برای استفاده می شوند باید در هنگام زلزله از آن جدا نشوند و از پایداری لازم برخوردار باشند.
مقایسه مقاومت سازه های فلزی و بتنی در برابر زلزله؛ کدام بهتر است؟
اگر سازه ساختمان های فلزی و بتنی بر اساس رعایت استانداردهای لازم بنا شود می تواند زلزله های 7 ریشتری را تحمل کند. هر سیستم بتنی و یا فلزی را می توان با مقاومت های مختلف طراحی و اجرا نمود تا در برابر زلزله مقاوم باشند و آسیب نبینند.
سازه های اسکلت بتنی
سازه های اسکلت بتنی به دلیل داشتن وزن بالا می توانند نیروی بیشتری را تحمل نمایند. البته لازم به ذکر است که طول عمر سازه بتنی 50 الی 60 سال می باشد و این بناها با گذشت زمان و افزایش طول عمر دچار افت و خیزش می شوند در نتیجه در اثر وقوع زلزله ممکن است با آسیب مواجه گردند.
برخلاف این سازه ها، سازه های با افزایش عمر مقاومت آن ها کاهش پیدا نمی کند. فولاد در برابر حریق از مقاومت بالایی برخوردار نیست و در صورت افزایش دما مقاومت آن کاهش پیدا می کند.
اما در مقابل، ساختمان های اسکلت بتنی مقاومت بالایی در برابر آتش دارند. علاوه بر آن اجرای اسکلت فلزی به دلیل حساس بودن عملیاتی نظیر برش کاری، جوش کاری و حمل و نقل در مقایسه با اسکلت بتنی نیازمند دقت و حساسیت بالا است. سرعت اجرای سازه های فلزی بالاتر است، زیرا اجرای طبقات را می توان به صورت همزمان اجرا نمود.
یک زلزله قوی بارهای عمودی و جانبی بر یک سازه وارد می کند. نیروهای جانبی سازه را به شکل افقی تکان می دهند و منجر به آسیب به آن می شوند. از این رو اگر سازه از مقاومت جانبی لازم برخوردار نباشد، ریزش کرده و دچار آسیب های جبران ناپذیر خواهد شد.
این نکته که قسمت های مختلف سازه به نحوی بهم متصل شده باشند که نیروی جنبشی نتواند بر آن اثر بگذارد امری بسیار مهم است. در واقع این نیروی واردآمده باید در یک مسیر پیوسته به زمین منتقل شود.
در صورت عدم اتصال مناسب بین اجزاء در صورت وقوع زلزله هر کدام از آن ها به شکل جداگانه حرکت کرده، در نتیجه ساختمان از هم فرو می پاشد.
اگر تنها یک یا چند جزء سازه مقام سازی باشند در صورت آسیب به آن ها کل سازه فرو می ریزد، زیرا مقاومت لازم برای کل سازه تامین نشده است. شکل پذیری نیز از جمله ویژگی های سازه ای است که اجزاء سازه را در بر می گیرد.
این اجزاء در صورت واردآمدن بار اضافی به آن ها دچار آسیب و شکست نخواهد شد. در واقع طراحی این اجزاء باید به گونه ای باشد که مقاومت لازم در برابر بارهای غیر قابل انتظار داشته باشد.
استحکام تجهیزات مکانیکی، الکتریکی و یا سایر سازه ها باید بالا بوده تا هنگام بروز زلزله سنگین میزان خسارات کاهش یابد. قطعات مستحکم با اتصالات مناسب سازه را تقویت می کنند و عملکرد آن را در برابر لرزش های شدید زلزله ایده آل می نمایند.
البته اگر فونداسیون ساختمان بتواند بدون نشست، وزن سازه را تحمل کند و از ظرفیت انتقال نیروهای واردآمده به زمین برخوردار باشد، می تواند در برابر زلزله استحکام خود را حفظ نماید.
یک فونداسیون پایدار و مقاوم در سازه هایی که به آن متکی هستند حرکتی ایجاد نمی نماید و منجر به لرزش و یا سقوط آن ها نمی گردد.
بتن مسلح :
در اصل بتن سیمانی ساده با میله های فولادی است که مقاومت کششی بیشتری را ارائه می دهد. این رایج ترین نوع بتن مورد استفاده در ساختمان سازی است و نه تنها در ساختمان ها، بلکه در سازه هایی مانند مخازن آب کاربرد دارد.
بتن پیش تنیده :
با اعمال تنش فشاری قبل از اینکه تحت هیچ گونه بار غیر از وزن خود قرار گیرد، بارگیری می شود. فشرده سازی با کشش پی های فولادی با مقاومت بالا در حجم بتن، قبل از اعمال بارهای خارجی ایجاد می شود. این امر باعث بهبود عملکرد آن در سرویس حین می شود.
مزایای اسکلت بتنی
- مواد تشکیل دهنده بتن در اکثر نقاط به راحتی در دسترس است.
- بتن برخلاف سنگ های طبیعی عاری از عیب و ایراد است.
- بتن را می توان با استحکام مطلوب با صرفه اقتصادی تولید کرد.
- دوام بتن بسیار بالا است.
- می توان آن را به هر شکل دلخواه درآورد.
- بتن ریزی را می توان در محل کار انجام داد که باعث صرفه اقتصادی می شود.
- هزینه نگهداری بتن تقریباً ناچیز است.
- خرابی بتن با افزایش سن قابل تشخیص نیست.
- بتن به دلیل غیر قابل احتراق بودن ساختمان را در برابر آتش مقاوم می کند.
- بتن می تواند دمای بالا را تحمل کند.
- بتن در برابر باد و آب مقاوم است. بنابراین، به عنوان پناهگاه های طوفان بسیار مفید است.
- به عنوان یک عایق صدا می توان از بتن خاکستری استفاده کرد.
معایب اسکلت بتنی
- در مقایسه با سایر مواد اتصال دهنده، مقاومت کششی بتن نسبتا کم است.
- بتن شکل پذیری کمتری دارد و شکننده است.
- وزن آن در برابر استحکامی که ارائه می دهد زیاد است.
- بتن ممکن است حاوی نمک های محلول باشد که این نمک های محلول باعث شوره زنی می شوند.
مقایسه ساختمان بتنی و فلزی ازلحاظ محل احداث پروژه:
یکی از مهم ترین فاکتورهای انتخاب نوع سازه، محل احداث پروژه است. مثلاً در شرایط آب و هوایی مرطوب و در معرض بارندگی های مکرر، سازه فلزی نامناسب است چون در معرض زنگ زدگی و خوردگی قرار دارد.
ماندگاری بالا یکی از مزایای سازه های بتنی در مناطق با رطوبت بالاست. از طرفی در مناطقی که یون سولفات وجود دارد، موجود در بتن در معرض حمله قرار دارد. ضمناً وضعیت گسل های آن منطقه و عملکرد سازه در زلزله نیز عامل موثر در انتخاب نوع سازه است. همچنین یکی دیگر از عوامل مهم در مورد محل پروژه، تامین مصالح موردنیاز سازه در محل است. مثلاً نزدیک بودن محل پروژه به معادن سنگدانه و یا کارخانه بتن و یا محل تهیه آهن آلات، باعث کاهش هزینه حمل ونقل مصالح می شود و ازنظر اقتصادی در انتخاب نوع سازه تاثیرگذار است.
تفاوت اسکلت فلزی و بتنی ازلحاظ مقاومت سازه
تفاوت اسکلت فلزی و بتنی چیست؟ برای انتخاب یک اسکلت مناسب برای ساختمان ابتدا باید نوع بهره برداری از ساختمان و درجه اهمیت آن را تعیین کنیم. در مقایسه مقاومت ساختمان بتنی و فلزی نمی توان یکی را مقاوم تر از دیگری معرفی کرد. چون در صورت طراحی مناسب و اجرای خوب سازه، هر دو اسکلت باید بتوانند نیروهای وارده را به خوبی تحمل کنند؛ اما در مورد نیروی زلزله، وزن سازه یکی از عوامل تشدیدکننده این نیرو است و ازآنجاکه وزن اسکلت بتنی از وزن سازه فولادی بسیار سنگین تر است، نیروی زلزله شدیدتری به اسکلت بتنی وارد می شود.
وزن سازه های فولادی حدوداً 250 تا 390 kg/m^2 و وزن سازه اسکلت بتنی حدوداً 480 تا 780 kg/m^2 است. از طرفی صلبیت بالای بتن باعث می شود هنگام وزش باد و تکان های شدید از طبقات فوقانی، لرزه ای در سازه بتنی ایجاد نشود و احساس آرامش ساکنین سازه بتنی از سازه فولادی بیشتر است. شاید این موضوع یکی از مهم ترین مزایای سازه های بتنی باشد.
مقاومت سازه بتنی بیشتر است یا فلزی
در حالت کلی می توان گفت نسبت مقاومت فولاد به وزن آن در مقایسه با بتن بزرگ تر است. نکته دیگر این که مقاومت فولاد در مورد نیروهای کششی و فشاری و برشی تقریباً یکسان بوده و در نیروهای رفت و برگشتی، نیروی کششی و فشاری قابل تبدیل بوده و این باعث می شود سازه فلزی عکس العمل خوبی نشان دهد؛ اما در بتن مقاومت فقط در نیروهای فشاری خوب بوده و بتن در مورد نیروهای کششی و برشی عملکرد ضعیفی دارد و درصورتی که با میلگرد مسلح نشود، به راحتی ترک برداشته و تخریب می شود.
ضمناً فولاد به دلیل همگن بودن مواد و شکل پذیری بالا، نیروهای دینامیکی و ضربه ای را به خوبی تحمل می کند، درحالی که بتن به دلیل ساختار ناهمگن خود ترد و شکننده است و در مقابل این نیروها و انفجار ترک خورده و عملکرد سازه مختل می شود.
یک تفاوت دیگر ساختمان فلزی و بتنی این است که با افزایش عمر، مقاومت در سازه فلزی کاهش پیدا نمی کند، اما بتن با گذشت زمان دچار اُفت و خزش و ترک می شود که به عملکرد سازه آسیب زده و مقاومت آن را کم می کند.
همچنین در ادامه بررسی مزایا و معایب سازه های فلزی و بتنی باید گفت ساختمان فلزی امکان توسعه، ترمیم، تقویت و مقاوم سازی اعضاء حین اجرا و پس از ساخت وجود دارد. البته نقطه ضعف فولاد در مقاومت، کمانش قطعات فشاری به مرورزمان است. ضمناً فولاد در برابر حرارت های زیاد ایجاد شده در اثر آتش سوزی، مقاومت خود را از دست می دهد و در درجه حرارت بالای 600 درجه سانتی گراد سازه فلزی فرو می ریزد، درحالی که بتن در حرارت بالای 1000 درجه سانتی گراد حدود 1 الی 6 ساعت مقاومت از خود نشان می دهد.
سرعت اجرا در کدام سازه بیشتر است؟
مقایسه سازه بتنی یا فلزی از نظر سرعت اجرای هرکدام هم مسئله مهمی است. در بسیاری از مواقع افراد به زمان اجرای سازه حساسیت نشان می دهند. شاید این مورد برای شما مهم نباشد، اما در مقایسه این دو سازه از نکات مهم است و می توان یکی را بر دیگری برتر دانست. واضح است که سرعت اجرای سازه فلزی بیشتر است و این سازه در مدت زمان کمی آماده می شود . در اسکلت بتنی طبقات پشت سرهم ساخته می شوند و با اتمام طبقه زیرین، عملیات طبقه بعدی شروع می شود.
در اسکلت فلزی پس از آماده سازی ستون ها چندین طبقه در مدت زمان خیلی کمی ایجاد می شود. با توجه به اینکه زمان بهره برداری از ساختمان در سازه فلزی زودتر خواهد بود، می تواند در بازگشت سریع سرمایه تاثیر مثبتی داشته باشد. از این نظر سازه فلزی بر سازه بتنی برتری دارد و می توان یک مزیت مهم قلمداد کرد.
بررسی هزینه سازه های بتنی و فولادی
بدون شک از عوامل بسیار مهم در ساخت ساختمان هزینه نهایی و همچنین هزینه ثابت اولیه است که برای شروع پروژه باید در نظر گرفت. در مقایسه سازه بتنی یا فلزی باید گفت که با توجه به این که در سازه بتنی طبقات پشت سر هم ساخته می شوند، می توان ابتدا یکی از طبقات را تکمیل کرد و به این طریق هزینه شروع پروژه بسیار پایین می آید. همچنین با این کار فرصت مناسبی برای به آوردن هزینه های بعدی مهیا می شود.
در سازه فلزی این ممکن فراهم نیست و بهتر است تمام تیرآهن های لازم برای ساخت سازه در همان آغاز تهیه شود و پروژه یکجا انجام گیرد. با این حال مشخص است که در مقایسه این دو سازه، سازه فلزی هزینه بیشتری برای شروع می طلبد. در این مقیاس، سازه بتنی اقتصادی تر و به صرفه تر است. البته تنها این پارامترها برای تصمیم نهایی کافی نیست و باید مسائل دیگری نیز در نظر داشته باشید.
افراد زیادی بر روی وام مسکن حساب ویژه ای باز می کنند، این افراد می توانند از فاصله زمانی ساخت طبقات در سازه بتنی استفاده لازم را ببرند. نقدینگی برای ساخت سازه فلزی لازم و ضروری است، اما در سازه های بتنی می توان از وام ها نیز استفاده کرد و به تدریج طبقات را بالا آورد
