هدف از طراحی و ساخت یک ساختمان تأمین امنیت در برابر فروریختگی و تضمین عملکرد آن در هنگام بهره برداری است. اسکلت ساختمان، از اجزای مهم ساختمان سازی است؛ در اصل، اسکلت بندی پایه و اساس یک ساختمان را تشکیل می دهد. اسکلت یا سازه های بتنی در بسیاری از ساختمان ها مورد استفاده قرار می گیرند.
از این سازه های بتنی می توان در پله ها، ستون، ترمیم و بهسازی فونداسیون برای مقاوم سازی و بسیاری از مکان های دیگر استفاده کرد. در ساخت سازه بتنی از بتون آرمه (سیمان، شن، ماسه و پولاد به صورت میلگرد ساده و میلگرد آجدار) استفاده می شود. اسکلت های بتنی در عین اینکه مزایای زیادی دارند، دارای معایبی هم هستند. در این مقاله در مورد مزایای سازه های بتنی نوشته ایم و شما را اگاه خواهیم ساخت.
بتن چیست؟
بتن، یک ترکیب شیمیایی است که در ساده ترین حالت از ۳ بخش سیمان، سنگدانه و آب تشکیل شده است. سیمان نقش چسباننده و پر‌کننده ی بین سنگدانه ها را دارد. سنگدانه های رایج شامل ماسه، تراشه های آجری، تراشه های سنگی، شن، پوکه ها و غیره می شود.
مواد اولیه بتن در بیشتر شهر ها و مناطق به راحتی در دسترس است. سنگدانه های مصرفی که غالباً در همه ی نقاط کره زمین به وفور یافت می شود و سیمان مصرفی هم از مصالحی است که از گذشته به راحتی مورد استفاده ی بشر قرار می گرفته است. برای مثال یونانیان و رومی ها 800 سال قبل از میلاد، سنگ آهک تکلیس شده را مصرف می کردند و بعدها آموختند که به مخلوط آهک و آب، ماسه و سنگ خرد شده و یا آجر و سفال های شکسته اضافه کنند تا یک نوع بتن به عمل آید.
ساخت و ساز با استفاده از بتن، یک روش ارزان، سریع و بادوام برای انجام بسیاری از پروژه های ساختمانی است. با این حال، مزایا و معایب زیادی در استفاده از این ماده وجود دارد. به عنوان مثال، در حالی که بتن با گذشت زمان مقاوم تر و محکم تر می شود، در معرض یخ زدگی یا خوردگی توسط مواد شیمیایی موجود در خاک منطقه نیز می باشد.
سازه های بتنی
به طور کلی اسکلت ساختمان در دو نوع فلزی و بتنی پایه ریزی می شود. به صورت معمول از اسکلت بتنی برای مقاوم سازی ساختمان استفاده می شود. پله ها، ستون ها، فونداسیون، مقام سازی پی ساختمان و … معمولاً از اسکلت بتنی ساخته می‌شود؛ زیرا که استفاده از آن استحکام سازه را در برابر لرزش و یا اتفاقات دیگر افزایش می دهد.
اگر برای شما سهولت در ساخت سازه بتنی ساختمان یک طبقه و یا سازه بتنی ساختمان دو طبقه مطرح است، بهتر است از سازه بتنی استفاده کنید. اما با این حال بازهم نمی توان در مورد سازه بتی یا فلزی صحبت قطعی داشت؛ چرا که هر کدام معایب و مزایا خاص خود را دارند.
سازه های بتنی شامل دو بخش عمودی و افقی هستند: بخش عمودی، شامل تیرها و بخش های افقی آن شامل ستون‌ها هستند. در حقیقت سازه های بتنی، دوام و استحکام سازه های فلزی را ندارند و دارای عمر طراحی هستند؛ بدین معنی که یک سازه بتنی برای عمری معین طراحی می شود. به طور میانگین، حداقل عمر یک سازه بتنی، حدود 50 تا 60 سال است؛ چرا که بتن با گذشت زمان باعث افت و خیز می شود و نهایتاً موجب تأثیری منفی در عملکرد سازه در هنگام وقوع زلزله می شود.
به طور کلی مقاوم سازی سازه‌های بتنی به سه روش زیر صورت می گیرد:
- کاهش بارهای وارده بر ساختمان
- وصله کردن یا تقویت اعضای موجود در ساختمان
- اضافه کردن یک تعداد اعضای جدید به ساختمان
در سازه ها در صورت استفاده از بتن آرمه در قسمت های مختلف آن، مثل ستون و پی و شاه تیرها، آن ساختمان را به یک سازه بتنی تبدیل می کند. سازه بتنی آرمه در واقع چهار چوبی است که از اجزای به شدت متصل به یکدیگر تشکیل شده است که به نام اتصالات لحظه ای در بازار شناخته شده است. متداول ترین نوع پوشش کف در سازه های بتن آرمه، شامل دال ها می شود.
در بتن آرمه، دال به یک عضو سازه اطلاق می شود که ضخامت آن در مقایسه با دو بعد دیگر آن کوچک بوده و برای انتقال بار در بام، از کف های ساختمانی و پی ها استفاده می شود. هم چنین سازه های بتنی آرمه به سه روش: تنش مجاز، مقاومت نهایی و روش طراحی بر مبنای حالات حدی صورت می گیرد.
اجزای سازه بتنی
اجزای تشکیل دهنده یک ساختمان بتنی شامل موارد زیر می باشد:
۱- پی یا فونداسیون
۲- ستون ها
۳ -تیرهای اصلی
۴- سقف
۵- دیوارها
خطاهای احتمالی در ساخت سازه های بتنی
اگر بارهای وارد بر سازه و اثرات آن از قبل قابل پیش بینی باشد، تأمین ایمنی فقط با ایجاد ظرفیت باربری به میزان جزئی، بیشتر از مقدار بارهای اولیه امکان پذیر خواهد بود.
عوامل و خطاهای احتمالی نیز در طراحی و ساخت سازه ها وجود دارند که مهم ترین ریشه های آن ها عبارت اند از:
- مقاومت واقعی مصالح به کار رفته و استفاده شده در طراحی و ساخت سازه ممکن است متفاوت از مقادیر محاسبه شده در فرضیات باشد.
- محل درست و واقعی میلگردها و ابعاد قطعات ممکن است طبق محاسباتی که در قبل صورت گرفته، نباشد.
- بارهایی که در عمل به سازه ها وارد می شود و توزیع بارها با آنچه در هنگام محاسبات و بارگذاری سازه، فرض و محاسبه شده تفاوت داشته باشد.
- رفتار واقعی سازه بتنی ممکن است با رفتار تئوریک سازه که بر اساس آن نیروهای داخلی اعضا محاسبه می شود متفاوت باشد.
- پس انتخاب یک محیط امن کاری بسیار سخت و دشوار است و برای استفاده از آن ها به صورت یکی از مشخصه های اساسی روش های طراحی در آمده است.
در ادامه مزایا و تعدادی از معایب سازه های بتنی را بررسی خواهیم کرد.
مزایای سازه های با اسکلت بتنی
- بتن کاربردی آسانی دارد و با استفاده از قالب به هر شکلی برای مصرف در می آید.
- حمل و نقل آسان از محل مخلوط شدن به محل بتن ریزی.
- قابلیت پمپاژ یا اسپری کردن برای پر کردن ترک ها، شکاف ها و روکش تونل ها.
- وقتی بتن با فولاد همراه می شود، ساخت انواع سازه ها از یک تیر ساده تا پیچیده ترین سازه ها امکان پذیر است.
- به دلیل یکپارچگی بیشتر بتن نسبت به سایر مصالح، کلیت سازه ظاهر بهتری پیدا می کند و صلب تر خواهد بود.
- خاصیت بتن برای داشتن مقاومت فشاری بالا و همچنین ارزان تر بودن آن، باعث می شود که ساختار بتنی اقتصادی تر از ساختار فولادی شود.
- بتن جزو مصالحی است که می توان آن را با مقاومت مورد نیاز سازه تولید کرد.
- دوام سازه بتنی بسیار زیاد است.
- بتن ریزی را می توان در محل پروژه انجام داد که باعث اقتصادی بودن آن می شود.
- هزینه نگهداری سازه های بتنی در شرایط عادی بسیار کم است.
- بتن مقاومت بیشتری در برابر آتش نسبت به سایر مصالح دارد و می تواند حرارت با درجه ی بالا را تحمل کند.
- بتن در برابر باد و آب مقاومت نسبتاً خوبی دارد؛ بنابراین در ساخت پناهگاه های طوفان بسیار مفید است.
- نوعی از بتن ها که دارای پوکه ی معدنی به عنوان سنگدانه است را می توان به عنوان یک عایق صوتی استفاده کرد.
- لرزش در ساختمان های بتنی به خاطر وزن بالای آن بسیار کمتر است.
- تعمیرات اجزای بتنی در صورت بحرانی نبودن، به راحتی با پاشیدن مواد محافظ روی بتن یا پر کردن شکاف ها و ترک ها با مواد جدید انجام می‌شود.
- قابلیت تزریق شدن این ماده باعث می شود که بتوان از آن در جاهای غیر قابل دسترسی استفاده کرد. برای مثال در ساخت شمع های برجا، بتن کاربری زیادی دارد.
معایب اسکلت بتنی
علاوه بر مزایای گفته شده، اسکلت بتنی با معایبی نیز همراه است که عبارت اند از:
- وزن زیاد سازه بتنی نسبت به سازه فلزی
- تحمل کمتر در نیروی کششی
- هدر رفت مصالح زیادتر
- نیاز به وجود سقف کاذب
- عدم امکان ترمیم بافت ها در صورت آسیب دیدگی ساختمان
- لزوم استفاده از عایق بندی برای صرفه جویی در مصرف انرژی
سخن آخر
تصمیم گیری در مورد نوع مصالح مصرفی به عهده‌ی مهندس طراح و البته خواست کارفرما می باشد. گاهی شرایط اقتصادی یا منطقه ای یک پروژه ایجاب می کند که از یک نوع مصالح خاص استفاده شود. اما در حالتی که محدودیتی در استفاده از یک نوع مصالح نداشته باشیم، باید مزایا و معایب سازه فلزی و بتنی را بررسی کنیم و سپس با در نظر گرفتن همه ی جوانب، تصمیم گیری کنیم.