مزایای اسکلت فلزی نسبت به اسکلت بتنی و مناظره بین فولاد و بتن

مزایای اسکلت فلزی نسبت به بتنی :

مقاومت بالا : مقاومت قطعات فلزی زیاد بوده و نسبت مقاومت به وزن آن از مصالح بتنی بزرگتر است ، به این علت در دهانه های بزرگ سوله ها و ساختمان های مرتفع و ساختمانهائی که برزمینهای سست قرارمیگیرند ، حائز اهمیت فراوان میباشد .

خواص یکنواخت : فولاد در داخل کارخانجات بزرگ و تحت نظارت دقیق تهیه می شود ، لذا خواص آن بر خلاف بتن یکنواخت است . اطمینان در یکنواختی خواص مصالح باعث انتخاب ضریب اطمینان کوچکتر می شود که این به نوبه خود منجر به صرفه جویی در مصرف مصالح می شود .

دوام : دوام فولاد بسیار خوب است و ساختمانهای با سازه فلزی که در نگهداری آنها دقت گردد برای مدت طولانی قابل بهره برداری خواهند بود .

خواص ارتجاعی : به علت همگن بودن فولاد ، خواص ارتجاعی محاسباتی آن با تقریب بسیار خوبی مصداق عملی دارد . فولاد تا محدوده وسیعی از تنشها از قانون هوک بخوبی پیروی می کند مثلآ ممان اینرسی یک مقطع فولادی را میتوان با اطمینان در محاسبه وارد نمود . حال اینکه در مورد مقطع بتنی ارقام مربوطه چندان معین و قابل اطمینان نمی باشد .

شکل پذیری : از خاصیت مثبت مصالح فلزی شکل پذیری آن است که قادرند تمرکز تنش را که در واقع علت شروع خرابی است ونیروی دینامیکی و ضربه ای را تحمل نماید در حالیکه مصالح بتنی ترد و شکننده در مقابل این نیروها فوق العاده ضعیف اند. یکی از عواملی که در هنگام خرابی ، خود عضو خبر داده و ازخرابی ناگهانی وخطرات آن جلوگیری میکند.

پیوستگی مصالح : قطعات فلزی با توجه به مواد متشکه آن پیوسته و همگن می باشند ولی در قطعات بتنی صدمات وارده در هر زلزله به پوشش بتنی روی سطح میلگرد وارد میگردد وترکهائی که در پوشش بتن پدید می آید ، قابل کنترل نبوده و احتمالا” ساختمان در پس لرزه یا زلزله بعدی ضعف بیشتر داشته و تخریب شود .

مقاومت متعادل مصالح :  مقاومت فولاد در کشش و فشار یکسان و در برش نیز خوب و نزدیک به کشش و فشار است . در تغییر وضع بارها ، نیروی وارده فشاری و کششی قابل تعویض بوده و مقاطع به خوبی عکس العمل نشان می دهند و همچنین مقاطعی که در بار گذاری عادی تنش برشی در انها کوچک است ، در بارهای پیش بینی شده ،تحت اثر پیچش و در نتیجه برش ناشی از آن قرار میگیرند. در ساختمانهای بتنی مسلح مقاومت بتن در فشار خوب ، ولی در کشش و یا برش کم است. پس در مناطقی که احتمالا تحت نیروی کششی قرار گرفته و مسلح نشده باشد تولید ترک و خرابی مینماید.

انفجار : در ساختمانها بارهای وارده توسط اسکلت ساختمان تحمل شده و از قطعات پرکننده مانند تیغه ها و دیواره ها استفاده نمی شود . نیروی تخریبی انفجار سطوح حائل را از اسکلت جدا می کند و انرژی مخرب آشکار میشود ، ولی ساختمان اسکلت فلزی کلا” ویران نخواهد گردید ولی در ساختمانهایی بتن مسلح خرابی دیوارها باعث ویرانی ساختمان خواهد شد .

تقویت پذیری و امکان مقاوم سازی : اعضاء ضعیف ساختمان اسکلت فلزی را در اثر محاسبات اشتباه ، تغییر مقررات و ضوابط ، اجراء و …. میتوان با جوش یا پرچ یا پیچ کردن قطعات جدید ، تقویت نمود و یا قسمت یا دهانه هائی اضافه کرد .

شرایط آسان ساخت و نصب : تهیه قطعات فلزی در کارخانجات و نصب آن در موقعیت ، شرایط جوی متفاوت با تهمیدات لازم قابل اجراء است .

سرعت نصب : نصب قطعات فلزی نسبت به اجراء قطعات بتنی مدت زمان بسیار کمتری می طلبد .

پرت مصالح : با توجه به تهیه قطعات از کارخانجات ، پرت مصالح نسبت به تهیه و بکارگیری بتن کمتر است .

وزن کم : ‌میانگین وزن ساختمان فولادی را می توان بین 245 تا 390 کیلوگرم بر مترمربع و یا بین 80 تا 128 کیلوگرم بر مترمکعب تخکین زد ، درحالی که در ساختمانهای بتن مسلح این ارقام به ترتیب بین 480 تا 780 کیلوگرم برمترمربع یا 160 تا 250 کیلوگرم برمترمکعب می باشد . (دوستان توجه داشته باشند وزن همه المانهای ساختمان مد نظر است نه فقط اسکلت)

اشغال فضا :‌ در دو ساختمان مساوی از نظر ارتفاع و ابعاد ، ستون و تیرهای ساختمانهای اسکلت فلزی از نظر ابعاد کوچکتر از ساختمانهای بتنی میباشد ، سطح اشغال یا فضای مرده در ساختمانهای بتنی بیشتر ایجاد میشود .

ضریب نیروی لرزه ای : حرکت زمین در اثر زلزله موجب اعمال نیروهای درونی در اجزاء ساختمان میشود ، بعبارت دیگر ساختمان برروی زمینی که بصورت تصادفی و غیر همگن در حال ارتعاش است ، بایستی ایستایی داشته و ارتعاش زمین را تحمل کند . در قابهای بتن مسلح که وزن بیشتر دارد ، ضریب نیروی لرزه ای بیشتر از قابهای فلزی است . تجربه نشان میدهد که خسارت وارده برساختمانهای کوتاه و صلب که در زمینهای محکم ساخته شده اند ، زیاد است . درحالیکه در ساختمانهای بلند و انعطاف پذیر ، آنهائی که در زمینهائی نرم ساخته شده اند ، صدمات بیشتری از زلزله دیده اند . بعبارت دیگر در زمینهای نرم که پریود ارتعاش زمین نسبتا” بزرگ است ، ساختمان های کوتاه نتایج بهتری داده اند و برعکس در زمینهای سفت با پریود کوچک ، ساختمان بلند احتمال خرابی کمتر دارند.

عکس العمل ساختمانها در مقابل حرکت زلزله بستگی به مشخصات خود ساختمان از نظر صلبیت و یا انعطاف پذیری آن دارد و مهمترین مشخصه ساختمان در رفتار آن در مقابل زلزله ، پریود طبیعی ارتعاش ساختمان است که اسکلتهای فلزی عملکرد به مراتب بهتری دارند .

معایب ساختمانهای اسکلت فلزی:

ضعف در دمای زیاد : مقاومت ساختمان فلزی با افزایش دما نقصان می یابد . اگر دمای اسکلت فلزی از 500 تا 600 درجه سانتی گراد برسد ، تعادل ساختمان به خطر می افتد .

خوردگی و فساد فلز در مقابل عوامل خارجی : قطعات مصرفی در ساختمان فلزی در مقابل عوامل جوی خورده شده و از ابعاد آن کاسته میشود و مخارج نگهداری و محافظت آن زیاد است.

تمایل قطعات فشاری به کمانش : با توجه به اینکه مقاومت قطعات فلزی زیاد و ابعاد مصرفی معمولا” کوچک است ، تمایل به کمانش در این قطعات یک نقطه ضعف بحساب می رسد .

جوش نامناسب : در ساختمانهای سازه فلزی اتصال قطعات به همدیگر با جوش ، پرچ و پیچ صورت میگیرد . استفاده از پیچ و مهره وتهیه و ساخت قطعات در کارخانجات اقتصادی ترین و فنی ترین کار می باشد که در کشور ما برای ساختمانهای متداول چنین امکاناتی مهیا نیست . اتصال با جوش بعلت عدم مهارت جوشکاران ، استفاده از ماشین آلات قدیمی ، عدم کنترل دقیق توسط مهندسین ناظر ، گران بودن هزینه آزمایش جوش و غیره بزرگترین ضعف میباشد.

تجربه ثابت کرده است که سوله ها و اسکلتهای ساخته شده در کارخانجات درصورت رعایت مشخصات فنی و استاندارد ، این عیب را نداشته و دارای مقاومت سازه ای مناسب در برابر بارهای وارده و نیروی زلزله است.