مقایسه فنی و اقتصادی سیستم‌های سازه‌ای
همواره انتخاب بهترین و کارآمدترین فناوری ساخت برای سازندگان و کاربران ساختمان، با توجه به شرایط مختلف همچون مکان احداث، شرایط آب و هوایی، استحکام و مقاومت مورد انتظار، اهمیت مصرف انرژی، نوع کاربری سازه (انتظاراتی که از آن ساختمان می‌رود) و به ویژه مسائل اقتصادی تعیین کننده نوع سازه است. از این رو به طور قطع نمی‌توان گفت که یک نوع سازه برتری مطلقی نسبت به مابقی سیستم‌ها داشته بلکه در هر شرایطی ممکن است هر کدام برتری نسبی بر دیگری پیدا کنند.
استفاده از سیستم‌های نوين ساخت و ساز به صورت تولیدات صنعتی به طوری که بتواند در کاهش مدت زمان اجرا، مصالح مصرفی و حداقل نمودن هزينه‌های مربوطه مؤثر باشد امری مفید و مورد نیاز بازار ساختمان کشور است. صنعتی کردن ساخت لزوماً به معنی استفاده از يک سیستم کاملاً جديد و متمايز عملیات ساختمانی است. اجرای صنعتی ساختمان پیوندی اساسی با مفهوم پیش سازی دارد که به معنی ساخت بخشی از قطعات تشکیل دهنده ساختمان در محیط کارخانه و حمل و استفاده در محل نهايی است.
بطور خلاصه صنعتی سازی اهداف زير را مد نظر داشته است.
- ساخت سازه با استفاده از روش های مکانیزه بمنظور تسریع در کار
- به کارگیری روشهایی جهت بهره برداري از ساختمانی عايق، مدرن و ایمن
- انجام کار در شرايط کنترل شده و تلاش در جهت کاهش تاثیر شرايط متغیر و نامساعد محیطی و ایجاد امکان کنترل کیفی بالاتر و اتلاف کمتر مصالح
انواع سیستم‌های سازه‌ای
- سازه های سنتی
- سازه های فلزی
- سازه های بتنی
- سازه های صنعتی: روش سازههای فلزی پیچ و مهره B & N، روش LSF، روش TCF، روش ICFF و …
سازههای سنتی
همانگونه که از نام این نوع سازه‌ها پیداست این روش را باید در مقابل روش‌های علمی مطرح نمو. طراحی و محاسبات در این نوع سازه‌ها بر خلاف سازههای بتنی و فلزی بیشتر از اینکه محاسباتی و علمی باشد تجربی بوده و آئین نامه‌ها و محدودیت‌های اجرایی نیز بر اساس نمونه‌های آماری و تجربی است. ارتفاع مجاز این سازه هشت متر از سطح زمین است. بعلاوه در طراحی و اجرای پلان معماری باید محدودیت‌ها و ضوابط مربوطه رعایت شود. در این نوع سازه‌ها وظیفه تحمل بارهای قائم و افقی بر عهده دیوارها و شناژهای قائم و افقی بوده، تنها توصیه اجرای این نوع سازه‌ها مناطق محروم از تکنولوژی و با محدودیت‌های فنی در جهان است.
سازههای فلزی
مزایای سازههای فلزی
- سازههای فلزی به علت امکان مونتاژ اسکلت قبل از نصب و لزوم اجرای همزمان و بدون وقفه اسکلت، در مقایسه با سازههای بتنی و سنتی از سرعت عمل بالاتری برخوردار هستند.
- بدلیل همگن بودن تیر و ستون و بادبند، فاصله نزدیکتری به مقاومت واقعی این نوع سازه‌ها دارد.
- بدلیل نوع اتصال اعضاء تیر و ستون، امکان توسعه طبقات در این نوع سازه‌ها وجود دارد.
معایب
- با توجه به اینکه اتصالات سازههای فلزی در بیشتر موارد جوشی بوده، تجربه و مطالعات به عمل آمده بر روی نتایج زلزله‌‌های اخیر نشان داده که بیشترین تخریب ناشی از زلزله بدلیل عدم اجرای صحیح اتصالات، متوجه این نوع سازه‌ها بوده و ضعف اصلی این نوع سازه‌ها را باید در اتصالات جوشی آنها دانست و راهکار برطرف نمودن آن، استقاده از پیچ و مهره در اتصالات این نوع سازه‌هاست.
- از آنجا که تیر و ستون و باد بند این سازه‌ها فلزی بوده و دیافراگم سقف بصورت دال بتنی اجرا میشود، نوعی ناهمگنی بین تیر و سقف ایجاد میشود که جهت رفع آن باید تمام نکات فنی و آئین نامه‌ای در اتصال تیر و سقف رعایت شود.
- بدلیل تأثیر شرایط آب و هوایی بر سرعت زنگ زدگی و پوسیدگی ناشی از اکسید شدن اسکلت که نتیجه آن کاهش سطح مقطع و مقاومت سازه است، می‌بایست تمهیدات خاصی جهت مقابله با آن اتخاذ شود.
- بدلیل تغییر شکل فولاد در حرارت بالا، اسکلت فلزی ساختمان در زمان آتش‌سوزی با یک تغییر شکل و تخریب ناشی از آن مواجه خواهد شد. به شکل مناسبتر و قابل قبول‌تری وجود دارد.
- در صورت استفاده از دیوارهای سفالی و آجری، آوار ناشی از تخریب در هنگام زلزله، نسبت به برخی از سیستم‌های صنعتی ساخت بیشتر است.
نتیجه بررسی فنی و اقتصادی سازههای فلزی
با بررسی مباحث فوق می‌توان گفت در صورت طراحی اتصالات این سازه مطابق آئین نامه و اصول فنی و اجرای آن با پیچ و مهره و رعایت ضوابط فنی اتصال دیافراگم سقف با تیرهای فلزی و استفاده از پوشش مناسب ضد زنگ و خوردگی، این سازه از یک مزیت نسبی مقاومت سازه‌ای نسبت به سایر سازه‌ها برخوردار است و حتی در این حالت می‌توان آنرا در زمره سازههای صنعتی بحساب آورد. ولی شرایط کار باید از نظر اقتصادی نیز کاملاً بررسی شود زیرا هزینه اجرای سازه فلزی در بیشتر موارد تا ۳۳ % بالاتر از سازه بتنی است. مناسب‌ترین انتخاب در اجرای بلند مرتبه‌ها سازههای فلزی است.
سازههای بتنی
سازههای بتنی طی چند سال گذشته با یک اقبال عمومی مواجه شده و بیشتر سازندگان این سازه را به سازههای فلزی ترجیح می‌دهند که از دلایل این امر می‌توان به نوسان در قیمت پروفیل‌های فولادی، هزینه یکنواخت در اجرای سازههای بتنی، فراوانی مصالح سیمان و سنگی، مقاومت در مقابل شرایط آب و هوایی در صورت تأخیر در اجرای سازه و … اشاره نمود. طراحی این سازه‌ها در کشور به روش حدی نهایی بوده که در این روش ضرایب تقلیل بار بترتیب به مقاومت بتن و فولاد اعمال میشود و ضرایب افزایش بار نیز بر اساس ترکیب بار منظور میشود.
مزایا
- بدلیل امکان شکل پذیری آرماتور و بتن تازه، و به کمک قالب می‌توان اعضاء این سازه‌ها را در مقاطع مختلف و به اشکال مختلف اجرا نمود.
- این سازه‌ها در مقابل آتش سوزی از خود مقاومت بالاتری نشان می‌دهند.
- این سازه‌ها در مقابل شرایط مختلف آب و هوایی مقاوم بوده و در صورت اجرای صحیح پوشش بتن، رطوبت هیچ آسیبی به آن وارد نخواهد کرد.
- این سازه‌ها نسبت به سازههای فلزی از صلبیت بیشتری برخوردار هستند.
- مصالح سنگی و سیمان معمولاً آسان‌تر از سایر مصالح در دسترس هستند.
- عمر این سازه‌ها بدلیل مقاومت در مقابل شرایط آب و هوایی، معمولاً بیشتر از سایر سازه‌ها است.
- بدلیل همگن بودن مصالح اسکلت و سقف، اتصال تیر و سقف مناسبتر است.
معایب
- اجرای آرماتور بندی و قالب بندی در این سازه‌ها نیاز به تخصص و صرف زمان بیشتری نسبت به سایر سازه‌ها دارد.
- بدلیل افزایش مقطع اعضاء، وزن آن بیشتر از سازههای فلزی است.
- بدلیل نیاز به آزمایش مستمر بتن، در محل اجرای این سازه‌ها باید آزمایشگاه‌های بتن در دسترس باشد.
- در صورت استفاده از دیوارهای سفالی و آجری، آوار ناشی از تخریب در هنگام زلزله، نسبت به برخی از سیستم‌های صنعتی ساخت بیشتر است.
سازههای صنعتی و صنعتی سازی در ساختمان
ابداع هر نوع روش جدید در ساختمان سازی با هدف تولید انبوه و کاهش انرژی‌های مختلف شامل کارگری، حرارتی، سرمایشی و… را صنعتی سازی می‌گویند. بر این اساس می‌توان گفت لزوماً سازههای صنعتی سازی را نباید به عنوان یک نوع اسکلت مستقل در نظر گرفت زیرا این سازه‌ها از نظر نوع اسکلت معمولاً به صورت فلزی یا بتنی یا تلفیقی از سازههای فلزی و بتنی اجرا میشوند. و نکته مهم در مورد این سازه‌ها استفاده از روش نوین ساخت یا اضافه نمودن مصالحی جدید به سیستم و یا استفاده از نوعی جدید از ترکیب سازه به منظور افزایش سرعت ساخت، صرفه جویی در مصالح، انرژی، افزایش مقاومت و صلبیت سازه و کاهش وزن آن است که در صنعتی سازی تمام یا بخشی از این اهداف دنبال میشود.
سازههای فلزی پیچ و مهره‌ای درکارخانه (Bolt nut structures (B & N
این نوع سازه که شاخه‌ای از سازههای فلزی بند الف است، بدلیل بکارگیری تدابیر زیر، می‌تواند جزء سازههای صنعتی نیز در نظر گرفته شود.
- استفاده از اتصالات پیچ و مهره‌ای و حذف جوشکاری در محل
- افزایش سرعت ساخت
- حذف تاثیر شرایط نامطلوب جوی و تاخیر ناشی از آن در سرعت ساخت بدلیل ساخت در کارخانه و حمل سازه به محل استفاده
با توجه به اینکه در این روش انتخاب دیوارهای داخلی و خارجی به عهده مشاور و مجری طرح است، می‌توان جهت رعایت هر چه بهتر مبحث نوزدهم مقررات ملی جهت صرفه جویی انرژی از بلوک‌های سبک گازی مانند (هبلکس) یا لیکا و حتی پانل‌های گچی و قطعات پانل سه بعدی، به عنوان دیوار استفاده نمود.
قاب‌های سبک فلزی (Light weight steel frame (LSF
اجزاء اصلی این سازه ورق‌های فولادی سرد نورد شده با اتصالات پیچ و مهره‌ای و دیوارهایی از نوع پانل‌های گچی و سیمانی بوده و سقف آن از تیرچه‌های فولادی سرد نورد شده با فواصل معین که به کمک قطعات چوبی یا بتنی درجا یا آماده جهت پود و اتصال تیرچه‌ها بکار می‌رود.
از معایب و محدودیت‌های این نوع سازه‌ها این است که اجرای آن در مناطق با زلزله خیزی بالا ممنوع بوده و در سایر مناطق نیز تا دو طبقه مجاز است. ولی از مزایای آن وزن پایین و امکان ترکیب به صورت فلزی بتنی و تقویت اسکلت همراه با اجرای دیوار برشی مناسب بوده که موجب میشود در مناطق با خطر زلزله متوسط و کم، اجرای آن تا چهار طبقه امکان پذیر شود. همچنین از نظر صرفه جویی انرژی صوتی و حرارتی نیز در حد متوسط است.
حال با توجه به تهیه و اجرای نسبتاً مشکل ورق‌های فولادی سرد نورد شده با اتصالات پیچ و مهره‌ای از نظر فنی و وضعیت نامناسب به جهت عایق صوتی و حرارتی به لحاظ بهره‌برداری و بالا بودن قیمت مصالح و دستمزد اجرا، از نظر اقتصادی نیز مقرون به صرفه نیست.
روش ساندویچ پانل
در این روش پیش ساخته، دیوار با یک لایه میانی پلی استایرن به ضخامت ۵ تا ۹ سانتیمتر به عنوان عایق صوتی و حرارتی و شبکه میلگرد به قطر کوچک (مفتول فولادی) در دو طرف آن در محل بر اساس نقشه ساختمان نصب و سپس دو طرف آن بتن پاشی (شاتکریت) میشود.
دیوارهای ۳D پانل به دو صورت باربر و غیر باربر مورد استفاده قرار می‌گیرد که اجرای این نوع ساختمان بدون اسکلت فلزی یا بتنی و بصورت باربر در حالت متقارن تا ارتفاع ۷ متر (دو طبقه) در تمام مناطق امکان پذیر بوده و لیکن در صورت ترکیب آن با سازههای فلزی یا بتنی تعداد طبقات آن را می‌توان افزایش داد.
روش قالب‌های تونلی Tunnel concrete forms
روش قالب تونلی صنعتی سازی، یک نوع کاملاً بتنی بوده که دیوارها و سقف آن به صورت بتن مسلح همزمان و طبقه به طبقه آرماتور بندی، قالب بندی و بتن ریزی میشوند که نتیجه نهایی، یک سازه کاملاً یکپارچه بوده که بیشترین مقاومت و سختی را در برابر زلزله نسبت به سایر روش‌های صنعتی و غیر صنعتی خواهد داشت. و معمولاً دیوارهای غیر باربر و راه پله‌ها را می‌توان بصورت پیش ساخته اجرا و پس از بتن ریزی دیوارهای باربر و سقف نصب نمود. قالب‌های دیوار در این روش در بیشتر موارد فلزی و گاها چوبی هستند.
بدلیل اجرای تمام دیوارها به شکل بتن مسلح و همزمان، می‌بایست مکان قرارگیری تأسیسات و درب و پنجره، قبل از بتن ریزی نصب شود. چرا که پس از اجرا، اصلاح و جابجایی آن تقریباً غیر ممکن است. بعلاوه این سازه‌ها از نظر صرفه جویی در انرژی از نظر صوتی و حرارتی با توجه به مبحث نوزدهم مقررات ملی ضعیف تر از سایر سازه‌ها بوده و به همین دلیل مناسب مناطق سردسیر و گرمسیر نیست مگر اینکه عایق مناسب مثلاً از جنس پلی اورتان روی دیوارهای خارجی نصب شود..
روش قالب عایق ماندگار بتن Insulting concrete forms
یکی از متداول‌ترین روش‌های کنونی در صنعتی سازی ساختمان، روش قالب‌های عایق ماندگار بتن است. این روش دارای سازه‌ای بتنی و متشکل از دیوارهای باربر بتن مسلح با قالب دو طرف دیوار از نوع پلی استایرن است که قالب‌های پلی استایرن در سازه باقی می‌مانند و علاوه بر نقش قالب در بتن ریزی دیوارها، به عنوان عایق صوتی و حرارتی در کاهش مصرف انرژی برابر با مبحث ۱۹ مقررات ملی ساختمان عمل می‌کنند. حداکثر ارتفاع مجاز در این روش برابر آیین نامه ۵۳ متر (۱۴ طبقه) و حداقل ضخامت بتن دیوارها ۱۵ سانتیمتر است.
هزینه اجرای این نوع ساختمان در حدود هزینه سازههای بتنی و حتی کمی کمتر از آن بوده اما در تعداد طبقات بالا، کاهش سطح مفید ساختمان بدلیل ضخامت بیشتر دیوارها (با احتساب بتن و قالب‌های پلی استایرن) نسبت به سازههای فلزی و بتنی و سایر روش‌های صنعتی قابل مشاهده است. اما می‌توان صرفه جویی بسیار زیاد در انرژی بدلیل کاربرد دو لایه پلی استایرن در دیوارها، همچنین مقاومت و سختی بالاتر این سازه در برابر زلزله، سرعت بالای اجرا و جلوگیری از پرت مصالح و هزینه مناسب اجرا را به عنوان نقاط قوت این نوع سازه به حساب آورد.
