اسکلت های ساختمانی

ساختمان ها از لحاظ اسکلت و جنس سازه به ساختمان های اسکلت بتنی، اسکلت فلزی و ساختمان های با اسکلت آجری یا بنایی تقسیم می شوند. نوع اسکلت ساختمان بر اساس عواملی مانند زمین اجرای پروژه، شرایط آب و هوایی، عوامل اقتصادی، کاربری ساختمان، ارتفاع و دهانه ستون ها و ... انتخاب می شود.

اسکلت های آجری یا بنایی در ساختمان هایی کاربرد دارد که بیش از دو طبقه نباشد، این نوع اسکلت در سازه های با قدمت بالا و یا خانه های روستایی استفاده شده و امروزه به دلیل مقاومت پایین و اشغال حجم زیاد توسط دیوارهای باربر چندان کاربردی ندارد.

سازه های بتنی

در این سازه ها شاه تیر ها و ستون های باربر از بتن آرمه و یا بتن مسلح است. بتن آرمه بتنی است که در ساخت آن از سیمان، ماسه، شن و میلگردهای ساده یا آجدار فولادی استفاده شده است. سقف های سازه های بتنی به وسیله دال های بتنی پوشیده می شود، البته از سقف های تیرچه و بلوک با بلوک های بتنی، سفالی و یا یونولیتی نیز در این سازه ها استفاده می شود. سازه های بتنی در مناطق مرطوب و زمین هایی که خاک نرم تری دارند کاربرد بیشتری دارند. فونداسیون های منفرد در ساختمان های بتنی کاربرد ندارند و البته عرض و ارتفاع پی های نواری برای اسکلت های بتنی، به علت وزن زیاد ساختمان متفاوت خواهد بود. همچنین در ساختمان های بتنی برای اتصال میلگردهای ستون ها به فونداسیون از میل گردهای انتظار استفاده می شود. طول آرماتورهای انتظار یک ششم طول ستون های متصل به آن است.

سازه های فلزی

این نوع سازه ها برای مناطق با آب و هوای خشک تر وزمین های با خاک سخت تر، حتی زمین های صخره ای  انتخاب مناسبی است. در ساختمان های فلزی ، ستون های باربر و تیرهای اصلی از پروفیل های فولادی است. قطعات فولادی به وسیله جوشکاری به هم متصل می شوند و البته برای اتصال قطعات می توان به جای جوش از پیچ  ومهره هم استفاده کرد. اتصال پیچ و مهره در مقابل فشارهای جانبی از جانب زلزله و باد و خوردگی فلزات در اثر گذر زمان، عکس العمل بهتری نسبت به اتصالات با جوش نشان می دهند؛ همچنین استفاده از جوش برای اتصال قطعات ممکن است به علت مهارت کم جوشکاران، قدیمی بودن ماشین آلات، عدم کنترل دقیق توسط مهندسین ناظر، هزینه بر بودن مرحله آزمایش جوش و ...، می تواند از مشکلات اسکلت های فلزی باشد. به این مسئله هم باید اشاره کرد که  در مورد اتصالات پیچ و مهره، امکان بازگشایی پیچ و مهره ها در صورت اتصال اشتباه و یا کج وجود دارد در حالیکه در مورد اتصال بال حوش این مرحله به سختی امکان پذیر است. امروزه در بسیاری از سازه های فلزی، کمتر از جوشکاری و بیشتر از اتصالات پیچ و مهره استفاده می شود، که باعث دوام و ماندگاری هرچه بیشتر سازه ها در دراز مدت می شود.

مزایا و معایب اسکلت های بتنی

اسکلت های فلزی و بتنی در مقایسه با یکدیگر هرکدام مزایا و معایبی دارند که با توجه به شرایط و اهداف سازه باید آنها را در نظر گرفت.

از مزایای سازه های بتنی می توان به موارد زیر اشاره کرد:

1.     اگر بعد اقتصادی را در نظر بگیریم، هزینه ساخت اسکلت های بتنی نسبت به سازه های فلزی پایین تر است؛ زیرا استاندارد و دوام اسکلت فلزی منوط به ساختن قطعات در کارخانه، استفاده از اتصالات پیچ  ومهره و انجام آزمایشات مقاومت جوش است که هزینه بالایی را به دنبال خواهد داشت. در اسکلت های بتنی نیاز به تزریق تدریجی سرمایه به پروژه است ولی در مورد اسکلت های فلزی برای شروع کار سرمایه قابل توجهی نیاز است.

2.     بتن مسلح در برابر حرارت و آتش سوزی مقاوم تر است و در صورت وقوع آتش سوزی مدت زمان زیادی طول می کشد که اسکلت ساختمان تخریب شود. این مسئله در مورد ساختمان های بلند مرتبه و اداری اهمیت دو چندان پیدا می کند، زیرا ساکنین ساختمان فرصت بیشتری دارند که ساختمان را تخلیه کنند و در این صورت خسارات جانی به حداقل می رسد.

3.     بتن در برابر اثرات مخرب شیمیایی مانند باران های اسیدی، نور خورشید و رطوبت، مقاوم تر از فولاد است. همچنین ساختمان های اسکلت بتنی عایق حرارتی و صوتی بهتری هستند.

4.     مصالح لازم برای سازه های بتنی (سیمان، شن، ماسه، میلگرد) در دسترس تر و تهیه آنها آسان تر است و البته در اکثر مناطق و آب و هوای مختلف، اجرای سازه های بتنی امکان پذیر خواهد بود.

در کنار مزایای سازه های بتنی معایبی نیز برای آنها وجود دارد:

1.     مهم ترین عیب ساختمان های بتنی وزن زیاد آن است، وزن زیاد سازه باعث می شود بار زیادی از جانب ساختمان به فونداسیون وارد شود که کاهش عمر مفید فونداسیون و فرسودگی آن را به دنبال خواهد داشت و البته میزان خرابی در اثر وقوع زلزله نیز با وزن ساختمان رابطه مستقیم دارد، پس بدیهی است که در شرایط یکسان ساختمان های بتنی دچار آسیب بیشتری در اثر زلزله می شوند.

2.     بتن مقاومت فشاری بالا و مقاومت کششی پایین دارد و در حالت غیر مسلح، در اثر نیروهای وارده دچار شکستگی می شود، به همین دلیل مسلح کردن بتن باید با آرماتورهای فولادی و طبق استانداردهای مقررات ملی ساختمان انجام گیرد و در صورتیکه حد مجاز تعداد آرماتورها رعایت نشود عواقب زیان باری را به همراه خواهد داشت.

3.     زمان اجرای ساختمان های بتنی بیشتر از نوع فلزی آن است به این دلیل که اسکلت فلزی از قطعات آماده ساخته می شود که فقط باید به هم متصل شوند.

4.     بتن با گذشت زمان دچار افت می شود که این روند مقاومت آن را در برابر زلزله و طوفان کم می کند.

مزایا و معایب سازه های فلزی

اسکلت فلزی هم مانند اسکلت بتنی جنبه های مثبت و منفی دارد که به بررسی آن می پردازیم:

1.     مقاومت فشاری فولاد بالاتر از بتن است؛ این موضوع در سوله ها با دهانه بزرگ و ساختمان های مرتفع و سازه های عظیم الجثه اهمیت دو چندان پیدا می کند.

2.     وزن سازه های فلزی کمتر از نوع بتنی است و باعث کاهش بارهای وارده به فونداسیون ساختمان و افزایش طول عمر فونداسیون می شود؛ میانگین وزن اسکلت های فولادی بین 250 تا 390 کیلوگرم بر متر مربع است، در حالی که میانگین وزن اسکلت های بتنی 480 تا 780 کیلوگرم بر متر مربع است.

3.     فولاد هم مقاومت کششی و هم مقاومت فشاری قابل قبولی دارد، به همین دلیل در صورتیکه از سازه های فلزی به طرز صحیح نگهداری شود، دوام بالایی خواهند داشت.

4.     حجم تیرها و ستون ها در اسکلت های فلزی کمتر از اسکلت های بتنی است که باعث به حداقل رسیدن فضای مرده و حجم سازه در ساختمان های فلزی می شود

5.     فلزات تمرکز تنش و نیروهای دینامیکی و ضربه ای را تا حد زیادی می توانند تحمل کنند در حالیکه بتن ترد و شکننده است و در این مورد عملکرد ضعیف تری نسبت به فلز نشان می دهد.

6.     در ساختمان های با اسکلت فلزی امکان ایجاد تغییرات و یا اضافه کردن بخش های جدید پس از ساخت طبقات وجود دارد.

7.     احداث ساختمان های فولادی به مدت زمان کمتری نسبت به ساختمان های بتنی دارد و حتی نوع پیش ساخته اسکلت های فلزی که باعث صرفه جویی در زمان ساخت می شود کاربرد فراوانی دارد. 

درکنار جنبه های مثبت ذکر شده از جمله جنبه های منفی سازه های فلزی عبارت است از:

1.     از نظر هزینه، اسکلت های فلزی برای شروع کار به سرمایه بالایی نیاز دارند که این مورد در ساختمان های بتنی با جذب تدریجی سرمایه همراه است.

2.     مقاومت کم در برابر آتش سوزی مهم ترین نقطه ضعف سازه های فلزی است. ساختمان های فلزی در اثر آتش سوزی با سرعت بیشتر تخریب می شوند و این مسئله می تواند خسارات جانی به همراه داشته باشد.

3.     سازه های فلزی در برابر رطوبت و عوامل محیطی دچار زنگ زدگی و خوردگی می شوند.

4.     قطعات اسکلت فلزی به طور طبیعی در اثر های فشارهای وارده تمایل به خمش دارند که این مسئله باعث آسیب دیدن قطعات کوچکتر می شود.

نکات اجرایی برای بالا بردن مقاومت سازه ها در برابر زلزله

1.    وجود درز انقطاع در ساختمان های بیشتر از چهار طبقه به بالا با ساختمان های مجاور، دخسارات ناشی از ضربه ساختمان مجاور را به کمترین میزان می رساند.

2.    قبل از اجرای فونداسیون باید آزمایشات لازم در مورد تراکم خاک انجام گیرد و از مقاومت بستر خاک اطمینان حاصل گردد.

3.    در صورت اجرای اسکلت بتنی، ریشه ستون ها باید قبل از بتن ریزی و طبق نقشه اجرا شوند. بتی که برای این ناحیه استفاده می شود باید متراکم گردد.

4.    در هنگام خاکبرداری باید از برخورد دستگاه ها و تجهیزات به پی فونداسیون ساختمان های مجاور خودداری شود و به هیچ عنوان خاکبرداری نشوند.

5.    اجزایی که برای نمای ساختمان استفاده می شوند باید در هنگام زلزله از آن جدا نشوند و از پایداری لازم برخوردار باشند.

6.    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.