ساختمان های بتنی بهترند یا فولادی ؟

هر روز هنگام عبور از خیابان های شهر شاهد ساخت وسازهای روزافزونی هستیم، ساختمان های مختلف از یک طبقه تا 20 طبقه که جلوی آنها انواع مصالح دیده می شود؛ سازه هایی که گاه از بتن ساخته می شوند و گاه از فولاد. در مورد اینکه کدام نوع سازه بر دیگری برتری دارد، اختلاف نظر شدیدی بین سازندگان ساختمان ها وجود دارد. معمولا معیارهای ساخت، جواب های متفاوتی برای ما به همراه دارند. هزینه؛ زمان؛ کیفیت عمده عوامل مؤثر در این روند، هزینه، زمان و کیفیت ساخت هستند. هزینه ساخت و سود حاصل از این سرمایه گذاری با زمان اتمام طرح رابطه تنگاتنگی دارند. بدیهی است هر چه زمان طرح طولانی تر شود شاهد افزایش قیمت مصالح، قیمت تمام شده طرح، هزینه های متفرقه و بازگشت دیرتر سرمایه خواهیم بود که خوشایند هیچ سازنده ای نیست. هزینه کمتر و زمان بیشتر بتن سازه های بتن آرمه در مقابل سازه های فولادی معمولا نیاز به هزینه کمتر و زمان بیشتری برای ساخت دارد؛ در حالی که سازه های فولادی ابتدا نیاز به سرمایه زیادی برای خرید آهن آلات دارد ولی در عوض شاهد سرعت اجرای بالاتری خواهیم بود. به طورکلی زمان اجرای سازه های فولادی در مقیاس های بزرگ تا حدودی کوتاه تر از سازه های بتن آرمه و هزینه های سازه های بتن آرمه کمتر از سازه های فولادی است که هر سازنده ای با توجه به شرایط و معیار های خود تصمیم گیرنده اصلی است. مقاومت بالاتر بتن حال با فرض وجود شرایطی کاملا ایده آل، یعنی بدون محدودیت زمانی و محدودیت در هزینه ، عامل سوم یعنی کیفیت سازه را بررسی می کنیم. کیفیت را می توان از جنبه های متفاوتی مانند مقاومت در برابر بارهای ثقلی وارده و زلزله، مقاومت در برابر حرارت، ابعاد، دهانه های قابل پوشش، تعداد طبقات قابل طراحی، قابلیت ترمیم آسان و... مورد نقد و بررسی قرار داد. با توجه به گستردگی و پیچیدگی مسئله، در اینجا فقط تصمیم گیری برای ساختمان های عادی را مورد توجه قرار می دهیم. اولین و مهم ترین نکته قابل ذکر در این مورد مقاومت مصالح و ابعاد مصالح مصرفی است. معمولا هر چه اعضای باربر ما ابعاد بزرگ تر از نگاه عام و ممان اینرسی بالاتر از دید مهندسی داشته باشد، رفتار سازه ای مناسب تر است و هر چه مصالح مصرفی که در عرف ساختمان سازی بتن یا فولاد هستند قابلیت تحمل نیروهای بیشتر را داشته باشند منجر به طراحی اعضای ظریف تری خواهند شد. اگر هر دو عامل در کنار هم قرار گیرند منجر به رسیدن به سختی و صلبیت بالاتری خواهند شد که جزء اصلی ترین آیتم های طراحی یک مهندس محاسب به شمار می روند. در طراحی سازه ها، مقاومت بتن را 10 درصد مقاومت فولاد فرض می کنند بنابراین ابعاد ستون ها و تیرهای بتنی، به مراتب بیش از سازه های فولادی است. البته این ابعاد بزرگ اعضای بتنی، ممان اینرسی بسیار بالاتری نسبت به گزینه های دیگر به ارمغان خواهند آورد که در نهایت سازه بتنی، سختی بالاتر و معمولا رفتار سازه ای مناسب تری دارد. بتن سنگین است اما... سازه های بتنی سنگین هستند در پاسخ به این ایراد باید گفت: ابعاد بزرگ سازه تا جایی مورد پذیرش یک مهندس است که منجر به سنگینی بیش از حد سازه نشود و با توجه به آنکه بحث ما در مورد سازه های عادی کمتر از 6 طبقه است، تفاوت وزن اسکلت نیز آنچنان نخواهد بود تا مهندس طراح را به سمت طراحی سازه فولادی بکشاند. این موضوع در بسیاری از سازه های عظیم نیز صادق است. عملکرد بهتر بتن در زلزله بحث زلزله که بحث داغ این روزهای تهران است می تواند جنبه دیگری از کیفیت مناسب یک سازه باشد. سازه های بتن آرمه عادی و به ویژه مجهز به دیوارهای بتنی به علت سختی بالا نسبت به سازه های فولادی در برابر زلزله، در بیشتر موارد مقاومت بسیار بالایی از خود نشان می دهند اما سازه های فولادی نیز می توانند همین رفتار را از خود نشان دهند مشروط برآنکه طراحی مناسبی داشته باشند. نکته قابل تأمل اینجا است که این رفتار به چه قیمتی به دست خواهد آمد؟ اگر طراحی، یک طراحی بدون نقص باشد، هم سازه فولادی و هم سازه بتن آرمه در چند ثانیه وقوع زلزله، با حداقل خسارت ممکن جان سالم به در خواهند برد؛ اما کار به اینجا ختم نخواهد شد و پس از زلزله های زیادی شاهد شکستگی لوله های گاز و وقوع آتش سوزی های مهیب بوده ایم که گاه از خود زلزله مخرب تر هستند. با توجه به اینکه اطفای حریق بلافاصله بعد از وقوع حادثه ممکن نیست، ساختمان باید به گونه ای طراحی شود که تا چند ساعت متوالی بتواند آتش را با حداقل خسارات وارده تحمل کند. در سازه های بتن آرمه مقاومت بالایی در برابر آتش سوزی وجود دارد، اما در سازه های فولادی درصورتی که تمهیدات ایمنی لازم در آنها صورت نپذیرد در چند دقیقه ابتدایی حریق، شاهد تخریب های بسیار سریع و جبران ناپذیر خواهیم بود که این مورد نیز مزیتی بسیار ارزشمند برای سازه های بتن آرمه به حساب می آید. چرا مهندسان به بتن بدبین هستند اما آنچه اکثر مهندسان را نسبت به سازه های بتن آرمه به شدت بد بین کرده، عدم قطعیت ها، یکنواخت نبودن مقاومت بتن و کم اطلاعی بسیاری از سازندگان از نحوه عمل آوری و به دست آوردن نتیجه ای مطلوب از این ماده است. قابلیت اشتباه در تهیه بالقوه این نوع ماده در مقابل فولاد توجیه دیگری است که از سوی عده زیادی در مخالفت با بتن ارائه می شود، چرا که ممکن است حین عمل آوری، مقاومت فشاری کمتر از حد موردنیاز به دست آید. این گروه معتقدند جبران یک اشتباه در سازه های بتن آرمه در مواردی منجر به تخریب اجباری سازه می شود درحالی که فولاد در هر لحظه که سازنده اراده کند با هزینه ای به نسبت پایین قابل ترمیم و تقویت است. در پاسخ به این ایراد باید گفت این عدم قطعیت ها در آیین نامه ها با اعمال ضریب ایمنی بسیار بالایی پیش بینی شده تا جایی که در موارد زیادی شاهد مقاومتی چند برابر مقاومت مورد نیاز در ساخت این قبیل سازه ها هستیم. از سوی دیگر این عدم قطعیت کیفیت بتن در شالوده و سقف های سازه فولادی نیز وجود دارد و صرفا متعلق به سازه های بتن آرمه نیست. حرف آخر در نهایت باید بر این موضوع تأکید کرد که به طورکلی هم سازه های فولادی و هم سازه های بتن آرمه درصورتی که در طراحی آنها سیستم مناسب و منطبق بر آیین نامه های به روز، مورد استفاده قرار نگیرد و متخصصین متبحر آنها را اجرا و مهندسین باتجربه بر اجرای آنها نظارت مستمر نکنند، هیچ رجحانی از نظر کیفیت و قابلیت اطمینان بر دیگری ندارند. فراموش نکنیم معیار چهارمی نیز در انتخاب وجود دارد؛ معیاری که 3 معیار هزینه، زمان و کیفیت را تحت سیطره خود قرار می دهد: فولاد به عنوان یک سرمایه ملی ماده ای است که ارزان به دست نمی آید و همانند نفت روزی تمام خواهد شد؛ ماده ای که باید در صنایع ارزشمندتر یا حداقل در سازه های خاص که نیاز به ظرافت خاصی دارند و پس از بررسی های علمی برتری فولاد در آن محرز شده، مورد استفاده و بهره برداری قرار گیرد تا شاهد رشد اقتصادی در دیگر زمینه ها باشیم؛ بنابراین استفاده از سازه های بتن آرمه با توجه به مصرف به مراتب پایین تر از فولاد (به صورت میلگرد) هم از نظر سازه ای و هم از نظر اقتصادی و هم از جنبه ملی به مراتب مناسب تر و بهینه تر از سازه های فولادی است.