مزایا و معایب اسکلت فلزی و بتنی در ساخت و ساز

در یک روز زمستانی سال ۱۳۹۵، ساختمان پلاسکو با اسکلت فلزی در تهران در اثر یک آتش‌سوزی مهیب فروریخت. در زلزله سال ۱۳۸۲ بم، هزاران خانه مسکونی که اغلب با اسکلت بتنی ساخته شده بودند، به ویرانه تبدیل شدند. این دو فاجعه، دو سوال اساسی را در ذهن مهندسان و سازندگان ایجاد کرد: کدام اسکلت ساختمانی برای ساختمان سازی مناسب تر و ایمن تر است؟ در ادامه، با بررسی دقیق مزایا و معایب هر دو گزینه، نگاهی متفاوت و تحلیلی به این مسئله خواهیم داشت تا ببینیم آیا واقعاً یک انتخاب برتر وجود دارد یا تصمیم‌گیری به شرایط بستگی دارد؟

اسکلت بتنی یا فلزی؟ دو رقیب قدرتمند در دنیای سازه‌ها

سال‌هاست که دو سیستم سازه‌ای اسکلت فلزی و اسکلت بتنی در ساخت‌وسازهای شهری و صنعتی مورد استفاده قرار می‌گیرند. هرکدام از این روش‌ها مزایا و معایب خاص خود را دارند، اما تصمیم‌گیری در مورد اینکه کدام یک برتر است، بستگی به عوامل مختلفی از جمله مقاومت در برابر زلزله، هزینه ساخت، سرعت اجرا و شرایط اقلیمی دارد. بر اساس گزارش‌های مرکز تحقیقات راه، مسکن و شهرسازی ایران، بیشتر ساختمان‌های مسکونی کشور از اسکلت بتنی استفاده می‌کنند، در حالی که در پروژه‌های صنعتی و تجاری، اسکلت فلزی انتخاب اول محسوب می‌شود. در ادامه، این دو روش را از جنبه‌های مختلف مقایسه می‌کنیم تا ببینیم کدام گزینه برای کدام پروژه مناسب‌تر است. در جدول زیر، مقایسه‌ای خلاصه از نقاط قوت و ضعف هر سیستم ارائه شده است:

تفاوت در سرعت اجرا

یکی از فاکتورهای کلیدی در انتخاب نوع اسکلت سازه، سرعت اجرا است، عاملی که به طور مستقیم بر هزینه های پروژه و بهره برداری زودهنگام تاثیر می‌گذارد. طبق گزارش‌های مرکز تحقیقات شهرسازی و استانداردهای بین‌المللی ACI (انجمن بتن آمریکا)، سازه‌های فلزی به طور میانگین ۳۵٪ سریع‌تر از اسکلت‌های بتنی اجرا می‌شوند. دلیل این برتری، ساخت قطعات در کارخانه، حمل آنها به محل پروژه و اجرای اتصالات در زمان کوتاه‌تر است.

در مقابل، سازه‌های بتنی نیاز به آرماتوربندی، قالب گذاری و بتن‌ریزی دارند که فرآیندی زمان بر است. علاوه بر این، عمل‌آوری بتن دست کم ۷ روز زمان نیاز دارد، در حالی که اسکلت فلزی بلافاصله پس از نصب، آماده ادامه عملیات ساختمانی است. با این حال، در پروژه‌های با مقیاس کوچک، هزینه و زمان آماده سازی قطعات فلزی ممکن است به چالشی برای پیمانکاران تبدیل شود. از این رو، انتخاب بهترین گزینه تا حد زیادی به شرایط پروژه، نیروی انسانی موجود و بودجه اختصاص یافته برای اجرا وابسته است.

بررسی اسکلت ساختمانی از نظر استحکام و ایمنی در برابر زلزله

ایمنی سازه در برابر زلزله یکی از مهم‌ترین معیارهای انتخاب بین اسکلت فلزی و بتنی است. بر اساس گزارش مرکز تحقیقات  و مطالعات مؤسسه بین‌المللی مهندسی زلزله (EERI)، اسکلت فلزی عملکرد بهتری در برابر زمین‌لرزه‌های شدید دارد. از سوی دیگر، اسکلت‌های بتنی به دلیل وزن بالاتر و ماهیت شکننده، در برابر تنش‌های زلزله آسیب پذیرترند، به ویژه اگر طراحی و اجرای آن‌ها مطابق استانداردهای لرزه نباشد.

به نقل از جام جم آنلاین: هر دو این سازه ها از مقاومت خوبی برخوردار هستند اما سازه های بتنی به علت سنگینی مصالح، در برابر وقایعی مانند زلزله می توانند مقاوم تر عمل کنند. (مقاله کامل را میتوانید از اینجا مطالعه کنید.)

اما تجربه زلزله بم در سال ۱۳۸۲ و زلزله کرمانشاه در سال ۱۳۹۶ گویای این نکته بود که این شیوه ساخت برای کاهش هزینه ها، در کنار ضعف در اجرای اتصالات و کیفیت نامناسب بتن، اصلی ترین عامل تخریب گسترده در این شهرها شدند. درحالی‌که بسیاری از سازه‌های فلزی، به‌ویژه آن‌هایی که از اتصالات مقاوم در برابر زلزله بهره برده بودند، پایداری بیشتری نشان دادند. البته، اتصالات جوشی غیراصولی و استفاده از فولادهای نامرغوب می‌تواند باعث کاهش مقاومت اسکلت‌های فلزی شود، عاملی که در برخی موارد، به تخریب سازه‌های فلزی نیز منجر شده است. 

مقایسه اسکلت ساختمان از لحاظ مقاومت در برابر آتش

مقاومت سازه در برابر آتش یکی از معیارهای مهم در طراحی ساختمان‌های ایمن است. طبق استانداردهای NFPA (انجمن ملی حفاظت از آتش) و دستورالعمل‌های Eurocode 3 و 4، اسکلت‌های فلزی و بتنی رفتار متفاوتی در مواجهه با حرارت بالا از خود نشان می‌دهند. بتن ذاتاً مقاومت بالایی در برابر آتش دارد و می‌تواند تا دمای ۱۰۰۰ درجه سانتی‌گراد بدون افت شدید استحکام باقی بماند، اما در دماهای بالا، ممکن است ترک بخورد یا دچار پوسته شدگی شود که می‌تواند یکپارچگی سازه را به خطر بیندازد.

در مقابل، فولاد در دمای ۵۰۰ تا ۶۰۰ درجه سانتی‌گراد، حدود ۵۰٪ از مقاومت خود را از دست می‌دهد و در دمای ۱۱۰۰ درجه سانتی‌گراد دچار فروپاشی می‌شود. این ضعف در حوادثی مانند آتش‌سوزی ساختمان پلاسکو مشهود بود، جایی که ساختار فلزی تحت حرارت شدید دچار تغییر شکل و تخریب سازه شد. بااین‌حال، با استفاده از پوشش‌های ضد حریق یا محافظت غیرفعال مانند بتن پاشی، می‌توان مقاومت اسکلت فلزی را تا حد قابل توجهی افزایش داد.

هزینه‌های اولیه و پنهان سازه فلزی و بتنی

نکته قابل توجه دیگر در انتخاب بین اسکلت فلزی و بتنی، هزینه‌های اجرای این سازه ها هستند. بر اساس گزارش‌های سازمان برنامه و بودجه و داده‌های بورس فلزات ایران، اسکلت بتنی معمولاً ارزان‌تر از اسکلت فلزی تمام می‌شود. طبق بررسی‌های انجام‌شده، هزینه ساخت هر مترمربع اسکلت بتنی در ایران حدود ۱۵ تا ۲۰ درصد کمتر از اسکلت فلزی است. این اختلاف هزینه تحت تاثیر نوسانات قیمت فولاد و میلگرد قرار دارد. به‌عنوان‌مثال، در سال ۱۴۰۲، قیمت میلگرد افزایش ۲۰ درصدی را تجربه کرد که منجر به افزایش هزینه اجرای اسکلت فلزی شد.

البته با وجود هزینه کمتر ساخت، بتن در دراز مدت نیاز به نگهداری بیشتری دارد. در بسیاری از ساختمان‌های شهری ایران، ترک خوردگی بتن و نشست‌های سازه یک مشکل رایج است که هزینه‌های ترمیم و مقاوم‌سازی قابل توجهی به همراه دارد. همچنین، سازه های فلزی نیاز به نگهداری مداوم در برابر زنگ‌زدگی و خوردگی دارند، به‌ویژه در مناطق مرطوب مانند شمال ایران. طبق آمار، هزینه پوشش‌های ضدزنگ و رنگ‌آمیزی اسکلت‌های فلزی می‌تواند ۵ تا ۱۰ درصد هزینه اولیه سازه را افزایش دهد.

جمع بندی

انتخاب بین اسکلت فلزی و بتنی یک تصمیم مطلق نیست، بلکه به نوع پروژه، بودجه، سرعت اجرا و شرایط اقلیمی بستگی دارد. در نظر گرفتن نکاتی نظیر سرعت اجرای بالا، انعطاف‌پذیری در برابر زلزله، هزینه اولیه کمتر، مقاومت بالا در برابر آتش و در دسترس بودن مصالح، از جمله ویژگی‌هایی است که هر یک از این دو شیوه پیاده سازی اسکلت ساختمانی در اختیار شما قرار می‌دهند. با این حال، هزینه‌های نگهداری، دوام سازه و میزان آسیب‌پذیری در برابر بلایای طبیعی، از جمله چالش‌هایی هستند که باید در تصمیم‌گیری نهایی در نظر گرفته شوند. در نهایت، انتخاب بهترین سازه، نیازمند تحلیل دقیق شرایط پروژه، بررسی استانداردهای ایمنی، مشاوره با کارشناسان و در نظر گرفتن ملاحظات اقتصادی است تا سازه‌ای مقاوم، اقتصادی و پایدار ساخته شود.