بتن بهتر است یا فولاد؟ مقایسه کامل هر 2 سازه

بتن بهتر است یا فولاد؟ کدام روش ساخت قطعات بتنی پیش ساخته، هزینه و دردسر کمتری دارد؟ بتن به طور معمول، قیمت نسبتاً ثابتی دارد. علاوه بر این، مواد تشکیل دهنده بتن ارزان بوده و به راحتی در دسترس هستند. اما راز مقرون به صرفه بودن سیستم ساختمان فولادی حتی با وجود پرداخت مبالغ بیشتر برای ساختمان سازی با آن، در استحکام فولاد است.

فولاد دارای بالاترین نسبت مقاومت به وزن در بین همه مصالح ساختمانی است. بنابراین، فولاد ساختمانی مستحکم‌ تر با مصالح به مراتب کمتر از بتن ایجاد می ‌کند. مواد کمتر برابر است با هزینه کمتر. علاوه بر این، نوآوری ‌ها در تولید فولاد اکنون امکان ایجاد یک تن فولاد را در کمتر از یک ساعت کار می‌ دهد و آن را به یک مصالح ساختمانی بسیار مقرون ‌به ‌صرفه تبدیل می‌ کند. استفاده از مواد بازیافتی نیز قیمت مواد فولاد را کاهش می دهد. فولاد سازه ای داخلی دارای 77 تا 90 درصد فولاد بازیافتی است.

در واقع، سیستم کارآمد جمع آوری ضایعات فولادی صنعت فولاد، 98 درصد از تمام محصولات فولادی دور ریخته شده را برای بازیافت بازیابی می کند.

فولاد در مقابل بتن : هزینه های ساخت سازه 

• بتن

ساختمان های بتنی آرمه فشرده برای دریافت نتایج رضایت بخش به پیمانکار ماهر و کارگران باتجربه نیاز دارند. ساختن با بتن مستلزم انتظار برای سخت شدن کامل قالب های بتنی است. همچنین زمان ساخت را طولانی تر می کند. هر چه زمان ساخت بیشتر باشد، هزینه ساخت نیز بیشتر می شود.

• فولاد

در مقابل پیش ساخته بودن سیستم ساختمان فلزی زمان ساخت و ساز را به شدت کاهش می دهد و در هزینه نیروی کار صرفه جویی می کند. ماهیت ساده نصب قاب و ساخت و ساز فولادی به کارگران کمتری نیاز دارد و هزینه های ساخت و ساز را کاهش می دهد. ساخت و ساز سریع تر، تامین مالی موقت و هزینه های بیمه ریسک سازنده را نیز کاهش می دهد.

در پروژه ‌های ساختمانی کوچک تا متوسط –یعنی ساختمان هایی که خود مالک اقدام به ساخت و ساز می کند- اغلب ساختمان خود را با مخلوط بتن و فولاد می سازند تا هم مقرون به صرفه باشد و هم مستحکم.

مقایسه سازه های فولادی و بتنی از نظر هزینه های بلند مدت

هنگام انتخاب مصالح ساختمانی، بسیاری از صاحبان ساختمان هزینه نگهداری و بهره برداری از سازه را در نظر نمی گیرند. کدام سیستم ساختمانی کمترین هزینه های بلند مدت را ارائه می دهد؟

• بتن

جرم انبوه بتن ریخته ‌شده در محل، نوسانات دما را کاهش می ‌دهد و در هزینه گرمایش و سرمایش صرفه ‌جویی می‌ کند. با این حال، ساختمان های بتنی نیاز به نگهداری و تعمیر دائمی دارند.

• فولاد

ساختمان های فولادی استحکام خود را تا سال ها بدون نیاز به تعمیر و نگهداری حفظ می کنند. خواص انتقال حرارتی فولاد چالشی در مصرف انرژی است. با این حال، یک سیستم عایق درجه یک مانند پکیج به راحتی بر این مشکل غلبه می کند. در واقع، سیستم عایق هزینه های گرمایش و سرمایش را تا حدود 50 درصد کاهش می دهد!

سازه بتنی یا فلزی : اثرات زیست محیطی

زباله های ساخت و ساز و ناشی از تخریب ساختمان ها، یک مشکل زیست محیطی بزرگ است. EPA زباله های ساخت و ساز و تخریب در ایران، را 100 میلیون تن در سال تخمین می زند. این مقدار بیش از دو برابر میزان تولید زباله های جامد شهری سالانه است.

• بتن

بتن حتی پس از تخریب یک ساختمان نیز می تواند بازیافت شود. اما دیگر برای استفاده در ساختمان مناسب نیست. همچنین بازیافت بتن نیز مقرون به صرفه نیست. در نتیجه، تنها حدود 50 درصد از بتن تخریب شده بازیافت می شود. 50 درصد دیگر در نهایت به محل های دفن زباله ریخته می شود که یک مشکل زیست محیطی واقعی ایجاد می کند. بتن با سیمان که منبع اصلی انتشار گاز دی اکسید کربن است، ساخته می شود. از سوی دیگر، بتن رنگ روشن گرما را منعکس می کند که به کاهش اثرات جزایر گرمایی شهری کمک می کند.

خوشبختانه میلگرد فولادی مورد استفاده در ساختمان های بتن مسلح 100% قابل بازیافت است.

• فولاد

فولاد به عنوان بازیافت‌ شونده‌ ترین ماده روی کره زمین و سبزترین ماده در بین همه مواد شناخته می شود. در واقع، شورای ساختمان سازی ایران، اسکلت فلزی را به عنوان "انتخاب منطقی و مسئولانه برای محیط زیست" اعلام می کند. که در اینجا دلیل آن آورده شده است:

فولاد تنها ماده ای است که بدون توجه به چند بار بازیافت تمام استحکام خود را حفظ می کند و در واقع 100٪ قابل بازیافت است.

• خواص مغناطیسی ضایعات فولاد، حمل و بازیافت آن را ساده و اقتصادی می کند.
• امروزه آمریکایی ها تقریباً 100 درصد از تمام فولاد های سازه ای را بازیافت می کنند.
• بازیافت فولاد در واقع هزینه کمتری نسبت به تولید فولاد بکر دارد.
• هر تن فولاد بازیافتی باعث صرفه جویی 2500 پوندی می شود.

متأسفانه فولاد نیز مانند سیمان مقداری دی اکسید کربن تولید می کند. با این حال، نوآوری در تولید فولاد در دهه های اخیر، انتشار گازهای گلخانه ای را تا 37 درصد کاهش داده است.

تحقیق و توسعه مداوم به جستجوی راه هایی برای کاهش بیشتر انتشارات و انرژی مورد استفاده در تولید فولاد ادامه می دهد.

به گفته موسسه آهن و فولاد ایران، "امروزه صنعت فولاد ایران با کمترین مصرف انرژی به ازای هر تن فولاد تولید شده در جهان عمل می کند."

استفاده از پانل های فولادی بازتابنده بر روی ساختمان های فلزی به کاهش اثرات جزیره گرمایی شهری در شهرها کمک می کند.

آیا سیستم ساختمان فولادی برای اجرای پروژه شما بهتر است سیستم ساختمان بتنی؟

مطالب و موضوعاتی که تا به اینجای کار از آن ها صحبت کردیم، نشان می دهد که در نهایت، تنها شما می توانید تصمیم بگیرید که آیا بتن مسلح برای پروژه ساختمان سازی شما بهتر است یا فولاد. برای انتخاب آسن تر، طراحی، کاربری نهایی و نیازهای ساختمان خود را برای هزینه های کوتاه مدت و بلند مدت مقایسه کنید.

یکی از جایگزین هایی که ممکن است در نظر بگیرید، یک ساختمان هیبریدی است که از فولاد و بتن استفاده می کند. به عنوان مثال، بتن شیب دار در ترکیب با اسکلت فلزی از پیش مهندسی شده بسیار خوب عمل می کند.

تفاوت های فولاد سازه در مقابل بتن مسلح

تفاوت بین فولاد سازه ای و بتن مسلح چیست؟

1. مواد به کار رفته در ساختار آن ها
2. استحکام و قدرت
3. مقرون به صرفه بودن
4. دسترسی
5. مقاوم در برابر آتش

بحث های زیادی در مورد فولاد سازه ای در مقابل بتن مسلح وجود دارد و اینکه کدام ماده برای پروژه های ساختمانی انتخاب بهتری است. هر کدام مزایای خاص خود و البته تفاوت هایی نیز با یکدیگر دارند. به همین منظور در ادامه این بخش، به بررسی تفاوت های بنیادی که در بین فولاد و بتن وجود دارد، می پردازیم.

1. مواد به کار رفته در ساختار آن ها

بتن از مصالح و سنگریزه ها ساخته شده اند و فولاد سازه ای آلیاژی از چند فلز است که به دلیل استحکام کششی، جوش پذیری و چقرمگی بالا دارای لبه است. معماران و طراحان ساختمان این عوامل را قبل از انتخاب متریال مناسب برای کار در نظر می گیرند. فولاد و بتن در تعدادی از ویژگی ها مانند نوع مواد، رتبه بندی استحکام، مقرون به صرفه بودن، در دسترس بودن، مقاومت در برابر آتش و بسیاری موارد دیگر متفاوت هستند. همه اینها نه تنها بر طراحی، بلکه بر کیفیت و الزامات نگهداری هر پروژه تأثیر می گذارد.

• مواد سازنده فولاد سازه ای

فولاد سازه ای را می توان به انواع مختلفی تقسیم کرد، فولاد کربنی ملایم یا فولاد کربنی بالا که بسته به ترکیبات به کار رفته در آن، به یکی از دو دسته ذکر شده تعلق دارند. فولاد ملایم به محصولاتی اطلاق می‌ شود که برای اهداف ساختاری طراحی شده ‌اند، اما آن ها را می‌توان در اجزای خودرو، سیم‌ ها، مواد نرده‌ ها یا حتی مبلمان تزئینی نیز پیدا نمود. از طرف دیگر فولاد پر کربن ممکن است حاوی بیش از 0.61 درصد کربن باشد. برخی از کاربردها عبارتند از لوله های کربن فولادی، چارچوب های ساختمانی، ناودانی ها، خرپاها یا فولاد ابزار.

• مواد سازنده بتن مسلح

در مورد بتن مسلح، مواد اولیه ممکن است متفاوت باشد، اما به طور کلی حاوی ترکیبی از سنگدانه ها، خمیرها و سایر مواد پودر شده طبیعی است که با آب مخلوط شده اند. تقویت از طریق میلگرد های فولادی که به مخلوط اضافه می شوند انجام می شود. این کار برای بهبود استحکام کششی و انعطاف پذیری بتن انجام می شود. تقویت میلگردهای فولادی همچنین میزان مصالح بتن مورد نیاز برای پایه یا ستون ساختمان را کاهش می دهد.

2. استحکام و قدرت

فولاد سازه ای و بتن مسلح دارای رتبه بندی مقاومتی مشابهی هستند. مقادیر استحکام فولاد سازه ای می تواند از 400 تا 500 مگاپاسکال باشد. برای بتن مسلح، می تواند به مقاومت فشاری تا 415 مگاپاسکال برسد، اما به تنهایی ممکن است تا 70 مگاپاسکال محدود شود.

هر دو ماده برای هر نوع ساختاری پایداری می کنند. ساختمان های بتنی می توانند محافظت عالی در برابر ضربه یا نیروهای فشاری در هنگام بلایای طبیعی مانند زلزله ایجاد کنند. به طور مشابه، هنگامی که از فولاد سازه ای به عنوان چارچوب ساختمان استفاده می شود، همچنین مقاومت بالایی در برابر ضربه هایی که می تواند به ساختمان آسیب برساند، ارائه می دهد. همچنین از بالا آمدن باد محافظت می کند که می تواند باعث جدا شدن سقف ساختمان از ساختار سقف در هنگام بارهای سنگین باد شود.

3. مقرون به صرفه بودن

اگرچه فولاد یک ماده معمولی است، قبل از اینکه بتواند برای توزیع گسترده مناسب باشد، شامل فرآیندهای ساخت و ساخت پیچیده است. فولاد ساختاری به طور طبیعی وجود ندارد و با استخراج سنگ آهن شروع می شود که به یک محلول مبتنی بر کربن ذوب می شود و فولاد را ایجاد می کند. پس از حذف تمام ناخالصی‌ های دیگر، محلول باید به شمش، راب یا بیلت ریخته شود تا بتوان آن ها را به شمع ‌های ورق، مواد سقف، تیر های ساختاری، میله ‌ها یا لوله‌ ها تبدیل کرد.

فرآیند بالا را با نحوه تولید بتن مقایسه کنید. مواد اولیه، سنگریزه هایی هستند که از سنگ ها و کانی های مختلف تجزیه شده اند. پس از فرآوری و الک کردن این سنگدانه ها از طریق دستگاه سنگ شکن، مواد با افزودنی های دیگر مخلوط می شوند. ترکیب آن با آب می تواند آن را برای استفاده آماده کند.

با در نظر گرفتن همه اینها، بتن مسلح ممکن است ماده مقرون به صرفه تری برای کاربردهای در مقیاس کوچک باشد که واقعاً تحت تأثیر نیروهای بسیار آسیب رسان نیستند. استفاده از فولاد سازه ای ممکن است گران باشد، اما می تواند نیاز به تعمیر و نگهداری را به حداقل برساند. بتن مسلح ممکن است در نهایت در طول زمان به دلیل سایش و پارگی طبیعی شکننده شود.

4. دسترسی

اجزای مورد نیاز برای ساخت فولاد سازه ای به راحتی در دسترس هستند. همانطور که قبلا ذکر شد، سنگریزه های طبیعی و میلگرد های فولادی ترکیب اصلی آن هستند. میلگرد های فولادی مقرون به صرفه بوده و می توان آن ها را بدون از دست دادن بیش از حد خواص اصلی خود به طور نامحدود بازیافت کرد.

با توجه به اینکه فولاد ساختاری ممکن است شامل روش پیچیده تری برای ساخت باشد، آن ها معمولاً در صنایع مختلف استفاده می شوند. در واقع، تولید جهانی فولاد خام حتی از 1800 میلیون تن در سال 2019 عبور کرد. به همین ترتیب، اعضای فولادی سازه‌ای قدیمی نیز ممکن است دوباره آسیاب شوند، زیرا قابلیت بازیافت دارند. برخی از اجزای سازه‌ای فولادی که امروزه در ساختمان‌های مدرن مشاهده می‌کنید، می‌توانند تا ۲۵ درصد مواد فولادی بازیافتی داشته باشند.

5. مقاوم در برابر آتش

فولاد سازه ای و بتن مسلح هر دو در برابر آتش مقاوم هستند و هر سازه ای را که از این مواد ساخته شده است پایدار می کند. اما دمای بالا بر روی خواص هر دو ماده ممکن است تاثیر منفی بگذارد.

برای مثال، قرار دادن یک تیر فولادی در معرض تغییرات شدید حرارتی می ‌تواند باعث ایجاد تنش ‌های داخلی شود که می‌تواند باعث ایجاد ترک بر روی مواد شود. این همچنین ممکن است بر استحکام کششی و سختی آن تأثیر بگذارد و علیرغم غیر قابل احتراق بودن، حساسیت های بیشتری را تحت گرما ایجاد کند.

در همین حال، بتن مسلح معمولاً به تنهایی نصب نمی شود. مواد اطراف مانند پلاستیک یا چوب حتی ممکن است در مواقع اضطراری باعث گسترش آتش بسیار سریع تر شوند.

با وجود این، فولاد ساختاری به دلیل عدم احتراق و درجه مقاومت بالا در برابر آتش، همچنان انتخاب بهتری است. این مواد می توانند به محدود کردن گسترش آتش در یک مکان کمک کنند و ساکنان ساختمان را از آسیب دور نگه دارند.

سخن آخر

بین فولاد سازه ای در مقابل بتن مسلح، فولاد سازه ای استحکام، مقاومت در برابر آتش و قابلیت بازیافت عالی را ارائه می دهد. از سوی دیگر، بتن مسلح از مصالح بسیار مقرون به صرفه تری استفاده می کند. آن ها همچنین یک گزینه مقرون به صرفه برای پروژه های کوچک مانند فضاهای مسکونی، انبارها، یا هر ساختار بدون اسکلت هستند.

قبل از اینکه بتوانید مناسب ترین ماده را انتخاب کنید، درک همه این تفاوت ها مهم است. در نهایت، این بستگی به نوع طراحی ساختمانی دارد که در نظر دارید. همچنین ترکیب فولاد سازه ای و بتن مسلح در یک محیط ساختمانی غیر معمول نیست.