انتخاب میان اسکلت بتنی و فلزی سال‌ها است که ذهن مهندسان و سازندگان ساختمان‌ها را به خود مشغول کرده است؛ چرا که تعیین اسکلت سازه یکی از بااهمیت‌ترین انتخاب‌هایی است که در طول ساخت بنا پیش رو داریم. چنین انتخابی در زمینه‌های مختلف مثل ایمنی، هزینه، زمان اجرا و نکات ریز و درشت دیگر اهمیت و ارزش خود را نشان می‌دهد . برای اطلاعات بیشتر در این زمینه میتوانید به صفحه مقالات خدمات ساختمانی مقیمی رجوع کنید. اما تا کنون هیچ‌کدام از این دو نوع اسکلت، دیگری را به طور کامل کنار نزده و همچنان این دو اسکلت در ساختمانهای مختلف استفاده و اجرا میشوند. در این مطلب قصد داریم اسکلت بتنی و فلزی را به شما معرفی کنیم و با برشمردن مزایا و معایب، هرکدام این دو اسکلت ساختمانی را با هم مقایسه کنیم تا آنها بهتر را بشناسید.
اسکلت فلزی
پیکره‌ی بسیاری از ساختمان‌ها در دهه‌های گذشته با استفاده از فلزات مسحکمی همچون فولاد ساخته شده است. این اسکلت‌های فلزی امتحان خود را به خوبی پس داده‌اند و همچنان برای ساخت سازهای محکم و بادوام از آنها استفاده میشود. اسکلت‌های فلزی شامل تیر و ستون‌هایی هستند که به صورت افقی و عمودی به هم وصل میشوند. به کمک این ستون‌ها است که ساختمان در برابر آسیب‌ها و بلایای مختلف محکم سر جای خود باقی می‌ماند. همان‌طور که گفتیم بنیادی‌ترین فلز به کار رفته در این نوع از اسکلت‌ها فولاد است. این فلز به دلیل مقاومت بالا، جوش‌پذیری و شکل‌پذیری (امکان خم کردن، فرم‌دهی و ارتجاع مناسب) برای استفاده در اسکلت‌های فلزی بسیار ایدآل است. اسکلت‌های فلزی بر اساس نوع اتصال به دو دسته‌ی اسکلت فلزی پیچ و مهره و اسکلت فلزی جوشی تقسیم میشوند که در ادامه آنها را معرفی می‌کنیم.
اسکلت فلزی پیچ و مهره: تیر و ستون‌های این نوع از اسکلت‌های فلزی در کارخانه ساخته میشوند و در محل اجرا، خیلی محکم به هم پیچ میشوند. سرعت اجرای این نوع از اسکلت‌ها بسیار زیاد است و دردسر کمتری در اجرا دارد. علاوه بر این، هزینه‌ی اجرای این نوع از اسکلت‌های فلزی هم خیلی مناسب و مقرون به صرفه است.
اسکلت فلزی جوشی: این روش اتصال اسکلت فلزی، معمولا در سازه‌های سبک و متراژهای پایین مورد استفاده قرار می‌گیرد و تخصص جوشکار در آن بسیار مهم است. برای این کار باید سراغ جوشکارهای ماهر بروید تا فرایند جوشکاری به بهترین نحو انجام گیرد و نظارت دائمی روی مراحل اجرا اعمال شود. از آنجا که عامل اتصال تیرها و ستون‌ها به یکدیگر جوش است، اگر این اتصالات به درستی انجام نشوند ممکن است در اثر عواملی مثل حرارت، رطوبت یا تکان‌هایی مثل زلزله از هم باز شوند.
مقاومت اسکلت فلزی با اتصالات پیچ و مهره بسیار بیشتر از نوع جوشی است و در سازه‌های عظیم معمولا از این نوع اتصال استفاده میشود. به علاوه سرعت اجرای اتصلات پیچ و مهره‌ای هم از نوع جوشی بسیار بیشتر است.
اسکلت بتنی
اسکلت بتنی یکی از رایج‌ترین شیوه‌ها برای ساختن سازه‌های مختلف است. در این نوع اسکلت، شبکه‌ای از ستون‌ها و تیرهای بتنی ساخته میشوند تا ساختمانی ایمن و محکم داشته باشیم. البته شالوده‌ی بتنی پیش از ستون‌ها و تیرها ساخته میشود تا از دیوارها، سقف‌ها و طبقات ساختمان پشتیبانی کند و بنای مقاوم‌تری داشته باشیم. برای ساختن ستون‌ها و تیرها از بتن مسلح (بتن آرمه) استفاده می‌کنند. بتن مسلح به بتنی گفته میشود که در آن میلگرد استفاده شده باشد. معمولا برای مسلح کردن بتن از میلگردهای تقویتی، شبکه‌های توری یا الیاف تقویتی استفاده می‌کنند. تیرهای بتنی، ساختارهای افقی اسکلت هستند و معمولا به دو دسته‌ی تیرهای اصلی و ثانویه تقسیم میشوند. تیرهای اصلی یا شاه تیرها مسئولیت انتقال بار طبقه و تیرهای ثانویه به ستون‌ها را بر عهده دارند. تیرهای ثانویه هم بار طبقه را به تیرهای اصلی منتقل میکند. تیرهای بتنی اعضای عمودی اسکلت هستند و عناصر اصلی حمل بار در سازه‌ها به شمار می‌آیند. در نهایت ستون‌ها هم بار تیرها را به پی ساختمان منتقل می‌کنند. در مطالب قبل در رابطه با نحوه‌ی اجرای بتن ریزی که پایه‌ی ساخت اسکلت بتنی است، نوشتیم. اسکلت‌های بتنی مقاومت و ایمنی بسیار زیادی در برابر حوادث و آسیب‌های مختلف دارند و ساخت اصولی و با کیفیت چنین سازه‌هایی، خیال سازندگان و خریداران را از بابت خطرات احتمالی راحت میکند.
مقایسه‌ی اسکلت بتنی و فلزی
استفاده از اسکلت فلزی و بتنی همچنان رایج است و هیچ‌کدام جای دیگری را نگرفته است. معمولا در ساختمانهای بسیار بلند و برج‌ها از اسکلت فلزی استفاده می‌کنند؛ چرا که ساخت اسکلت بتنی برای چنین سازه‌هایی دشوار و بسیار زمان‌بر است. از طرفی اسکلت بتنی در ساخت تونل‌ها، پل‌ها و ساختمانهای کوچک‌تر بیشتر رواج دارد. در ادامه و با انتخاب چند ویژگی خاص این دو نوع اسکلت را با هم مقایسه می‌کنیم.
۱- مقاومت در برابر آتش‌سوزی: مقاومت فولاد استفاده شده در اسکلت فلزی در برابر آتش خیلی زیاد نیست. هرچند که میتوان با اجرای تمهیدات و صرف هزینه‌ی بیشتر، اسکلت فلزی را در برابر آتش مقاوم‌سازی کرد. از طرف دیگر اسکلت بتنی خیلی خوب در برابر آتش مقاومت میکند. اسکلت بتنی توان مقاومت حدود ۱ تا ۶ ساعت در مقابل دمای ۱۰۰۰ درجه‌ی سانتی‌گراد را دارد. اما اسکلت فلزی در دمای بالاتر از ۶۰۰ درجه به سرعت مقاومت خود را از دست می‌دهد.
۲- مقاومت در برابر زلزله: این عامل در هر دو تقریبا یکسان است و فرق چندانی ندارد. هرچند که باورهای غلطی در مورد هر دو اسکلت فلزی و بتنی وجود دارد، اما میتوان هر دو اسکلت را به گونه‌ای صحیح طراحی کرد تا بیشترن مقاومت را در برابر زلزله داشته باشند. البته از آنجایی که وزن سازه‌ی بتنی نسبت به فلزی بیشتر است، میتوان گفت که توان تحمل نیروی بیشتری را دارد.
هرچند که باورهای غلطی در مورد هر دو اسکلت فلزی و بتنی وجود دارد، اما میتوان هر دو اسکلت را به گونه‌ای صحیح طراحی کرد تا بیشترن مقاومت را در برابر زلزله داشته باشند.
۳- طول عمر: بتن با گذشت زمان دچار افت میشود که این امر حتی مقاومت آن را در برابر زلزله و آسیب‌های این‌چنینی هم کم میکند؛ اگرچه این عمر چیزی حدود ۵۰ تا ۶۰ سال است. در مقابل در سازه‌های فلزی مشکل افت مقاومت وجود ندارد و شرایط این اسکلت نسبت به روز اول فرق چندانی نخواهد داشت. البته باید کاسته شدن ضخامت فلز بر اثر خوردگی را هم در نظر گرفت و با انجام تمهیداتی از وقوع آن جلوگیری کرد.
۴- سهولت و زمان اجرا: از آنجایی که اسکلت فلزی معمولا قطعات از پیش آماده دارد و تنها باید آنها را پیچ کرد یا جوش داد، سرعت اجرای آن زیاد است. در طرف دیگر، سازه‌های بتنی از مدت‌ها پیش در حال اجرا هستند و تخصص و مهارت لازم هم به خوبی در این زمینه وجود دارد. اما زمان اجرای این سازه‌ها نسبت به سازه‌های فلزی طولانی‌تر است و به همین دلیل بسیاری از پیمان‌کاران و مهندسان برای سریع‌تر ساختن سازه‌ی مورد نیازشان اسکلت فلزی را ترجیح می‌دهند.
۵- هزینه‌ی اجرا: استاندارد و دوام اسکلت فلزی تحت تاثیر کیفیت ساخت آن در کارخانه‌ی مبدا است و برای داشتن اسکلت فلزی مرغوب و با کیفیت باید هزینه‌ی بیشتری کرد. با توجه به مصالح مورد نیاز در اسکلت بتنی، هزینه‌ی ساخت آن نسبت به اسکلت فلزی کمتر و به‌صرفه‌تر است؛ بنابراین بسیاری از کارفرماها و پیمان‌کاران برای کاهش هزینه سراغ اسکلت بتنی می‌روند.
اسکلت بتنی در صورت اجرای درست یکی از محکم‌ترین انواع اسکلت ساختمانی است.
گفتیم که هر سازه برای اینکه بتواند در برابر تنش‌ها مستحکم باقی بماند، نیاز دارد تا برابر نیروهای کششی و فشاری وارده مقاومت کند. بتن با وجود مقاومت و استحکام بالایی که دارد، تنها در برابر نیروهای فشاری مقاومت میکند. برای اینکه سازه بتواند در برابر کشش هم مقاومت مناسبی داشته باشد، باید از میلگرد فولادی در کنار بتن استفاده کرد. ترکیب بتن و میلگردهای فولادی را با اصطلاحی به نام «بتن مسلح» می‌شناسیم. بیایید کمی درباره میلگردها صحبت کنیم.
بتن مسلح به آن بتنی گفته میشود که از ترکیب بتن با میلگرد فولادی درست شده باشد.
ساختمان با اسکلت فلزی بهتر است یا با اسکلت بتنی؟
مدتهاست که بحث و اختلاف سلیقه در بین ساختمان سازان و مهندسین سازه در انتخاب و برتری سازه های فولادی و بتنی نسبت به یکدیگر باعث شده که این سؤال و ابهام همواره فکر متخصصین و حتی مردم عادی را به خود جلب کند و به همین دلیل کارفرمایان و سازندگان حتی تا آخرین لحظات قبل از طراحی سازه خود در انتخاب نوع سازه با تردید مواجه میشوند.
مقایسه‌ی اسکلت بتنی و فلزی
استفاده از اسکلت فلزی و بتنی همچنان رایج است و هیچ‌کدام نتوانسته بر دیگری ارجعیت داشته باشد. معمولا در ساختمانهای بسیار بلند و مرتفع یا برج‌ها از اسکلت فلزی استفاده می‌کنند؛ چرا که ساخت اسکلت بتنی برای چنین سازه‌هایی دشوار و بسیار زمان‌بر است. از طرفی اسکلت بتنی در ساخت تونل‌ها، پل‌ها و ساختمانهای کوچک‌تر بیشتر رواج دارد.
اسکلت بتنی جواز بگیریم بهتر است یا اسکلت فلزی یا به عبارت دیگر ساختمان فلزی محکم تر است یا ساختمان بتنی ؟
سوالی که برای اکثر کارفرمایان به وجود می آید این است که کدام سیستم باربر را برای سازه خود انتخاب و اجرا نمایند.به ساده ترین روش ممکن تفاوت این دو سیستم را بررسی می کنیم :
1- مقاومت در برابر زلزله
*معمولا این باور غلط وجود دارد که ساختمان اسکلت فلزی در برابر زلزله مقاوم تر است و یا برعکس. این ایده اصولا اشتباه است بدین صورت که هم سیستم بتنی و هم سیستم فلزی را می توان برای مقاومت های 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 سیستم های اسکلت بتنی به دلیل افزایش وزن سازه، در زلزله، نیروی بیشتری را متحمل می شوند.
2 – طول عمر
*این واقعیت وجود دارد که سازه های بتنی دارای عمر طراحی هستند بدین مفهوم که یک سازه بتنی برای عمری معین طراحی می شود گرچه این عمر 50 یا 60 سال باشد. بتن با گذشت عمر دچار افت و خزش می شود که نهایتا باعث تاثیر منفی در عملکرد سازه هنگام وقوع زلزله می شود. اما در سازه فلزی مشکل افت مقاومت با افزایش عمر وجود ندارد که این یک مزیت برای اسکلت فلزی محسوب می شود.
3 – ارزش اسقاط
*معمولا در ساخت و سازهای رایج در کشور به مسئله اسقاط سازه کمتر توجه می شود بدین مفهوم که در زمان تخریب سازه ساختمان های فلزی دارای ارزش اسقاط به مراتب بالاتر و هزینه تخریب کمتر می باشند. که این نیز می تواند یک مزیت برای اسکلت فلزی محسوب شود.
4 – مقاومت در برابر آتش سوزی
*مقاومت فولاد در آتش سوزی پائین می باشد بدین صورت که با گرم شدن مقاومت خود را از دست می دهد در صورتی که اسکلت بتنی مقاومت به مراتب بیشتری در برابر آتش از خود نشان می دهد. البته لازم به ذکر است با ایجاد تمهیداتی در سازه فلزی که بعضا هزینه بر نیز می باشند می توان مقاومت آن در برابر آتش را افزایش داد. بنابراین مقاومت بیشتر اسکلت بتنی در آتش سوزی به عنوان یک مزیت قلمداد می گردد.
5 – 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، جوش کاری و حمل و نصب، تخصص و دقت بیشتری را نسبت به اجرای اسکلت بتنی می طلبد. 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 می شود.
6 – 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، معمولا در حدود 30 درصد بیشتر می باشد. از این رو هزینه اجرای اسکلت فلزی بالاتر می باشد. بنابراین کافرمایانی که به دنبال کاهش هزینه در ساخت هستند اسکلت بتنی گزینه مناسب تری می باشد.
7 – زمان اجرا
*سازه های فلزی به دلیل اجرای همزمان طبقات از سرعت پیشرفت بیشتری نسبت به سازه های بتنی برخوردار می باشند. همچنین در صورت ساخت اسکلت فلزی در کارخانه مدت زمان اجرا به صورت بیشتری نیز کاهش می یابد. 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 می باشد. همچنین سرعت بالا در اجرای سازه فلزی باعث کاهش هزینه های بالاسری و زمان بهره برداری پروژه می گردد که باعث جبران بخشی از هزینه گرانتر ساخت می باشد.
8 – معماری
*ستون های فلزی به خصوص در ساختمان های بلند در طبقات پائینی دارای ابعاد کوچک تری می باشند و به دلیل قرار گرفتن پارکینگ در طبقات زیرین این یک مزیت محسوب می شود. همچنین در بناهای متداول، سازه های فولادی دارای محدودیت کمتری نسبت به سازه بتنی در طراحی می باشند مانند فاصله ستون ها و دهانه ها. از این رو اسکلت فلزی امکان سازه های خاص را فراهم می کند.
مزایا و معایب سازه های بتنی
مزایای سازه های بتنی :
- بدلیل امکان شکل پذیری آرماتور و بتن تازه و قالب ، اعضاء این سازه ها را می توان در مقاطع مختلف اجرا نمود .
- این سازه ها در مقابل آتش سوزی از خود مقاومت نشان می دهند .
- این سازه ها در مقابل شرایط مختلف آب و هوایی مقاوم بوده ودر صورت اجرای صحیح پوشش بتن ، رطوبت هیچ آسیبی به آن وارد نخواهد کرد .
- این سازه ها نسبت به سازه های فلزی از یک صلبیت بیشتری برخوردار هستند .
- مصالح سنگی و سیمان معمولاً آسان تر از سایر مصالح در دسترس می باشد .
- عمر این سازه ها بدلیل مقاومت در مقابل شرایط آب و هوا ، معمولاً بیشتراز سایر سازه بوده است .
- اتصال تیر و دیافراگم سقف بدلیل همگن بودن مناسب تر از سایر سازه ها می باشد .
معایب سازه های بتنی :
- اجرای آرماتور بندی و قالب بندی در این سازه ها نیاز به تخصص و صرف زمان بیشتری نسبت به سایر سازه ها دارد .
- بدلیل افزایش مقطع اعضاء این سازه ها ، وزن آن بیشتر از سازه های فلزی می باشد .
- بدلیل نیاز به آزمایش مستمر بتن ، در محل اجرای این سازه ها باید آزمایشگاه های مکانیک خاک در دسترس باشد .
کاربرد میلگرد به ستون‌های ساختمان محدود نمی‌شود و در ساختمان از میلگرد استفاده‌های متفاوتی می‌کنند. برای افزایش مقاومت کششی بتن از میلگرد راستا یا سیتکا استفاده می‌کنند که یک شاخه با دو انتهای برجسته است و نسبت به طول میلگرد ۹۰درجه زاویه دارد. ساخت خاموت و رکابی (خاموت با انتهای باز) یکی دیگر از کاربردهای میلگرد است که برای مهار نیروهای برشی از آن استفاده میشود. برای تقویت مقاومت خاموت در برابر نیروهای برشی و اتصال کامل آن به میلگردهای طولی، از سنجاقی استفاده می‌کنند که یک میلگرد کوتاه است و بین خاموت و میلگرد طولی قلاب میشود. در بتن ریزی کف و ایجاد فوندانسیون، برای قراردادن شبکه‌های کنار هم از خرک برای تنظیم فاصله استفاده میشود که به سبب ساختارش، شبکه‌ها را در فاصله‌ای نسبت به هم ثابت میکند. از ادکا هم برای ایجاد تحمل در برابر کشش و برش در تیرهای یک‌سره استفاده میشود.
میلگردها را چگونه دسته‌بندی می‌کنند؟
در کشورهای مختلف، از روش‌های متفاوتی برای تولید میلگرد استفاده می‌کنند که بر اساس شرایط آب و هوایی، خاک و میزان زلزله‌خیزی همان کشور تعیین میشود. مثلا در ژاپن به سبب زلزله‌خیزی زیاد، از استاندارد JIS و روش آلیاژی استفاده می‌کنند؛ چراکه در این کشور نیاز است تا ساختمان‌ها استحکام بیشتری داشته باشند. اما در کشورهای اروپایی که مساله‌ی زلزله مطرح نیست، از استاندارد DIN و روش ترمکس برای تولید فولاد استفاده میشود. در ایران، استانداردهای ساخت فولاد به سبب شرایط متنوع زیست محیطی ایران، ترکیبی از تمام استانداردهای مطرح جهانی است.
اگر بخواهیم به طور ساده روش‌های ساخت میلگرد را توضیح دهیم، این‌طور میتوان گفت که در روش آلیاژسازی، فولاد پس از تبدیل به میلگرد در دمای محیط قرار گرفته و به تدریج خنک میشود. با استفاده از این روش، تمامی شاخه‌ی میلگرد، از سطح بیرونی گرفته تا مرکز آن دارای خواص مکانیکی و ترکیبی یکسان خواهد بود. اما در روش ترمکس میلگرد پس از شکل‌گیری، از لوله آب عبور میکند و سطح بیرونی میلگرد به سرعت خنک میشود. در این حالت بخش بیرونی میلگرد مقاومت بیشتری از قسمت مرکزی خواهد داشت. میلگردهای ترمکسی برای مناطق زلزله‌خیز مناسب نیستند، اما قیمت تمام‌شده‌ی کمتری نسبت به میلگردهای آلیاژی دارند.
حرف N به معنای این است که میلگرد از فولاد تازه ساخته شده و حرف W به معنای این است که از فولاد ریخته‌گری‌شده استفاده شده است.
میلگردهای فولادی عموما طی فرآیند «نورد گرم» و با استفاده از فولاد تازه ساخته میشوند. منظور از نورد گرم این است که شمش فولاد طی چند مرحله از میان غلتک‌ها عبور میکند و شکل داده میشود. پس از رسیدن به شکل نهایی هم در اندازه‌ی مورد نیاز برش داده میشود. در برخی موارد، از فولاد کارکرده هم استفاده می‌کنند که این نوع میلگردها کیفیتی پایین‌تر و قیمتی کمتر دارند. این میلگردها با روش پرس یا کشش ضایعات بازیافتی ساخته میشوند و رنگ سیاه میلگردهای اصلی را ندارند؛ بلکه با رنگی مایل به سرخ قابل تشخیص هستند.
طبق استاندارد انجمن مواد امریکا (ASTM) هر نوعی از فولاد باید به وسیله‌ی المان‌های خاصی شناسایی شوند. به عنوان مثال حرف N به معنای این است که میلگرد از فولاد تازه ساخته شده و حرف W به معنای این است که از فولاد ریخته‌گری‌شده استفاده شده است.
شناسه‌ی درجه‌ی میلگرد هم در سیستم اندازه‌گیری انگلیسی می‌تواند عددی بین ۶۰ یا ۷۵ و در سیستم اندازه‌گیری متریک می‌تواند ۴۲۰ یا ۵۲۰ باشد. این شناسه بیان‌گر استحکام تسلیم است. استحکام تسلیم به مقدار تنشی گفته میشود که باعث ایجاد تغییر فرم پلاستیک محسوس شود و مقدار آن تا حد زیادی از طریق اندازه‌گیری‌های تجربی مشخص میشود. اصطلاح تغییر فرم پلاستیک، به نوع خم شدن اشاره دارد که تا حدی از خود مقاومت نشان می‌دهد و به سیاق اجسامی همچون چوب به صورت ناگهانی نمی‌شکند.
میلگردهایی با استحکام پایین، تنها با سه نشانه شناسایی میشوند؛ نشانه‌هایی که تعیین‌کننده‌ی نورد مورد استفاده در ساخت میلگرد، اندازه‌ی میلگرد و نوع فولاد مورد استفاده در ساخت آن هستند. در میلگردهای فولادی با استحکام بالا، از خطوط ممتد برای تعیین درجه‌ی استحکام میلگردها استفاده میشود. وجود دو خط موازی ممتد نشان‌دهنده‌ی این است که میلگرد تحت نورد ۷۵۰۰۰ پوند بر اینچ مربع ساخته شده و یک خط نشان می‌دهد که تولید تحت نورد ۶۰۰۰۰ پوند بر اینچ مربع صورت گرفته است.
استحکام تسلیم میلگرد به مقدار تنشی گفته میشود که باعث ایجاد تغییر فرم پلاستیک محسوس شود.
در نوع دیگری از طبقه‌بندی میلگردها، آنها را بر اساس سطح مقطع بر حسب میلی‌متر تقسیم می‌کنند. میلگردها اندازه‌های مختلفی دارند که از آنها در موارد مختلفی استفاده میشود. میلگردهای کمتر از نمره ۸ میلی‌متر شاخه‌ای نیستند و به حالت قرقره‌ای در بازار وجود دارند که به آنها مفتول هم می‌گویند. میلگردهای نمره ۶ تا ۳۲ در ساختمان‌سازی استفاده میشوند و به آنها میلگرد ساختمانی هم می‌گویند. از میلگردهای با سطح مقطع بیشتر هم در برج سازی یا موارد عمرانی مثل پل سازی و سدسازی استفاده میشود. به طور کلی میلگردها سطح مقطعی بین ۶ تا ۵۰ میلی‌متر دارند و وزن یک شاخه ۱۲متری از آنها بین ۵ تا ۱۲۰ کیلوگرم متفاوت است.
انواع میلگرد
در کشورهای مختلف، استانداردهای مختلفی برای میلگردها وجود دارد. در ایران، این استاندارد بر مبنای استاندارد روسی تنظیم شده‌است. طبق استاندارد روسی، فولادی که در ایران تولید میشود به چهار گروه A1، A2، A3 و A4 تقسیم‌بندی میشوند. در ساختار میلگرد عناصر کربن و سیلیسیم بیشترین مقدار و عناصری مثل منیزیم، فسفر و گوگرد به مقدار کمتری وجود دارند. تغییر در نسبت این مواد مخصوصا کربن و سیلیسیم، موجب ایجاد انواع مختلفی از میلگرد با ویژگی‌های مکانیکی متفاوتی میشود.
- نوع A1 میلگرد ساده است و با نام س-۲۴۰ در بازار شناخته میشود. از این نوع میلگرد برای خم کاری و جوشکاری استفاده میشود و معمولا میلگردهای شماره ۸ تا ۱۰ از این نوع هستند.
- نوع A2 که با نام آج-۳۴۰ شناخته میشود، دارای سطحی آجدار است و آج آن مارپیچی یا فنری است؛ به همین دلیل به آن میلگرد آجدار مارپیچی هم می‌گویند. از این نوع میلگرد در مواردی که نیاز به خم شدن میلگرد وجود دارد (مانند ساخت خاموت، رابیتس و تیرچه کرومیت) استفاده می‌کنند.
- نوع A3 را هم با نام آج-۴۰۰ می‌شناسند. سطح این میلگرد که با نام جناقی شناخته میشود هم آجدار است و آج آن به شکل قفسه‌ی سینه است. موارد استفاده از میلگرد A3 هم مربوط به مواردی مثل ساخت تیرچه سفالی، تیرچه بتنی، اسکلت فلزی، ساخت فوندانسیون و ستون‌ها است. وجود آج در سطح میلگرد باعث افزایش سطح آن و در نتیجه افزایش چسبندگی آن به سیمان میشود.
- نوع A4 هم با نام آج-۵۰۰ شناخته میشود و طرح آج آن یک به صورت هفت و هشتی است و آن را با نام میلگرد آجدار مرکب می‌شناسند.
انواع A2 و A3 در شاخه‌های ۱۲متری و در اندازه‌های ۸ تا ۳۲ ساخته میشوند. طبق استاندارهای فولاد سازی ایران و به طور دقیق‌تر طبق استاندارد ۳۱۳۲، استفاده از میلگردهای A2 و A3 برای موارد جوشکاری با قوانین مهندسی مغایرت دارد. نوع دیگری از میلگرد به نام میلگرد حرارتی هم وجود دارد که از نوع میلگرد ۵ و ۶ است و از آن برای کلاف سقف استفاده میشود. در جدول زیر میتوانید مشخصات فنی انواع مختلف میلگرد را ببینید:
| نوع | نام | نام بازاری | مقاوت تسلیم (کیلوگرم بر مترمکعب) | مقاومت کششی (کیلوگرم بر مترمکعب) |
|---|---|---|---|---|
| A1 | ساده | س 240 | 2400 | 3600 |
| A2 | آجدار مارپیچ | آج 340 | 3400 | 5000 |
| A3 | آجدار جناقی | آج 400 | 4000 | 6000 |
| A4 | آجدار مرکب | آج 500 | 5000 | 6500 |
قطر هم یکی دیگر از عوامل طبقه‌بندی میلگردها است که در ایران بر حسب نیاز بازار، میلگردها از قطر ۶٫۵ تا قطر ۴۰ میلی‌متر ساخته میشوند. طبیعتا با تغییر قطر و تغییر کیفیت ساخت میلگرد، قیمت آن هم تغییر میکند. میلگردها را در شاخه‌های ۱۲متری عرضه می‌کنند و هر شاخه‌ی آن بسته به قطر، وزنی در حدود ۲٫۵ تا ۷۵ کیلوگرم دارد. قیمت میلگرد به صورت روزانه در بازار متغیر است و میتوانید از سایت آهن پخش قیمت روز را چک کنید.
مزایا و معایب سازه های فلزی
مزایای سازه های فلزی :
- سازه های فلزی بعلت 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 می باشد.
- بدلیل همگن بودن تیروستون و بادبند بعنوان اعضاء اصلی، اسکلت این نوع سازه ها دارای یکپارچگی مناسبت تری نسبت به سایر سازه های می باشند و به همین علت نیز نتیجه محاسبات سازه ای فاصله نزدیکتری به مقاومت واقعی این نوع سازه ها دارد .
- به دلیل نوع اتصال اعضاء تیر و ستون ، امکان توسعه طبقات در این نوع سازه های به شکل مناسب تر و قابل قبول تری وجود دارد.
- مقاومت زیاد: مقاومت قطعات فلزی زیاد بوده و نسبت مقاومت به وزن از مصالح بتن بزرگتر است ، به این علت در دهانه های بزرگ سوله ها و ساختمان های مرتفع ، ساختمانهائی که برزمینهای سست قرارمیگیرند ، حائز اهمیت فراوان میباشد .
- خواص یکنواخت : فلز در کارخانجات بزرگ تحت نظارت دقیق تهیه می شود ، یکنواخت بودن خواص آن می توان اطمینان کرد و خواص آن بر خلاف بتن با عوامل خارجی تحت تاثیر قرار نمی گیرد ، اطمینان در یکنواختی خواص مصالح در انتخاب ضریب اطمینان کوچک مؤثر است که خود صرفه جو یی در مصرف مصالح را باعث میشود .
- دوام : دوام فولاد بسیار خوب است ، اگر در نگهداری ساختمانهای فلزی دقت گردد برای مدت طولانی قابل بهره برداری و استفاده خواهند بود .
- خواص ارتجاعی : 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 می باشد که قادرند تمرکز تنش را که در واقع علت شروع خرابی است و نیروی دینامیکی و ضربه ای را تحمل نماید ،در حالیکه مصالح بتن ترد و شکننده در مقابل این نیروها فوق العاده ضعیف اند. یکی از عواملی که در هنگام خرابی ، خود خبر داده و از خرابی ناگهانی و خطرات آن عضو جلوگیری میکند و پیوستگی مصالح ، تقویت پذیری و امکان مقاوم سازی ( بهسازی لرزه ای ) ، وزن کم و اشغال فضای کمتر
معایب سازه های فلزی :
- مطالعات انجام شده بر روی زلزله های دهه های اخیر و مشاهده تجربیات در نقاط مختلف دنیا این نتیجه را در برداشته است که علی رغم اینکه از نظر طراحی و محاسبات ، سازه های فلزی مطلوب تر و مقاوم تر از سازه های دیگر به نظر می رسند و لیکن در عمل بیشتر تخریب های ناشی از زلزله متوجه این نوع سازه ها بوده است و براساس این تحقیقات دلیل اصلی ضعف این نوع سازه ها در برابر زلزله عدم اجرای صحیح اتصالات بوده است چرا که اجرای جوش در تمام اتصالات براساس محاسبات مربوط و رعایت آئین نامه اجرای جوش شامل انتخاب نوع باری ، آمپر مناسب ، شرایط آب و هوا و تخصص کافی جوشکاران ، مخصوصاً در مناطق محروم و کشورهای در حال توسعه تقریباً غیر ممکن بنظر می رسد و بر همین اساس اتصالات جوش را در سازه های فلزی باید بعنوان ضعف اصلی این نوع سازه ها به حساب آورد و راهکار برطرف نمودن این نقطه ضعف اساسی ، استفاده از پیچ و مهره در اتصالات این نوع سازه ها می باشد .
- با توجه به اینکه تیر و ستون و بادبند این نوع سازه ها فلزی بوده و لیکن دیافراگم سقف بصورت بتنی دال یک طرفه یا دو طرفه اجرا می گردد، این موضوع باعث ایجاد یک نوع ناهمگنی میان تیر و سقف گردیده که اتصال صحیح و کامل آنها را با مشکل مواجه می نماید و جهت رفع این نقص می بایست تمام نکات فنی و آئین نامه ای محل اتصال تیر و سقف رعایت گردد .
- بدلیل تأثیر شرایط آب و هوایی بر کیفیت جوش و افزایش سرعت زنگ زدگی اسکلت و لزوم اجرای اتصالات در شرایط مناسب آب و هوایی ، معمولاً اجرای اسکلت این نوع سازه ها با یک محدودیت آب و هوایی مواجه می گردد .
- بدلیل تغییر شکل اسکلت فلزی در حرارت بالا ، در زمان آتش سوزی این نوع سازه ها با یک تغییر شکل و تخریب ناشی از آن مواجه خواهند شد .
- 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 .
حرف پایانی
همان‌طور که در این مطلب توضیح دادیم، هرکدام از دو اسکلت فلزی و بتنی مزایا و معایب خاص خود را دارند. بنابر موقعیت جغرافیایی، اولویت‌ها و میزان هزینه میتوان یکی از این دو نوع اسکلت را برای سازه انتخاب کرد. البته باید برای چنین انتخابی حتما نظر مهندسان و متخصصان این حوزه را جویا شد و از آنها مشاوره گرفت؛ چرا که چنین متخصصانی با در نظر گرفتن تمامی جوانب بهترین انتخاب را پیش روی‌تان خواهند گذاشت.