بتن بهتر است یا فولاد ؟

هر روز هنگام عبور از خيابان*هاي شهر شاهد ساخت و سازهاي روز افزوني هستيم، ساختمان*هاي مختلف از يك طبقه تا 60 طبقه كه جلوي آنها انواع مصالح ديده مي*شود؛ سازه*هايي كه گاه از بتن ساخته مي*شوند و گاه از فولاد.در مورد اينكه كدام نوع سازه بر ديگري برتري دارد، اختلاف نظر شديدی بين سازندگان ساختمان*ها وجود دارد. معمولاً معيارهاي ساخت، جواب*هاي متفاوتي براي ما به همراه دارند.
عمده عوامل مؤثر در اين روند، هزينه، زمان و كيفيت ساخت هستند.هزينه ساخت و سود حاصل از اين سرمايه*گذاری با زمان اتمام طرح رابطه تنگاتنگي دارند. بديهي است هر چه زمان طرح طولاني*تر *شود شاهد افزايش قيمت مصالح، قيمت تمام شده طرح، هزينه*هاي متفرقه و بازگشت ديرتر سرمايه خواهيم بود كه خوشايند هيچ سازنده*اي نيست.
سازه*هاي بتن آرمه در مقابل سازه*هاي فولادي معمولاً نياز به هزينه كمتر و زمان بيشتري براي ساخت دارد؛ در حالي*كه سازه*هاي فولادي ابتدا نياز به سرمايه زيادي براي خريد آهن آلات دارد ولي در عوض شاهد سرعت اجراي بالاتري خواهيم بود.بنابراين در ساختمان*هاي عادي كمتر از 6 طبقه در نهايت از اين منظر تفاوت زيادي وجود ندارد.
در اسكلت*هاي فولادي حتماً بايد تمام اسكلت آماده باشد تا بتوان سقف را اجراكرد. به عبارت ديگر اول بايد تير و ستون*هايي وجود داشته باشد تا بتوان روي آن سطحي به نام سقف يا همان كف اجرا كرد. در حالي*كه در سازه*هاي بتن آرمه ابتدا ستون*هاي هر طبقه و سپس سقف همان طبقه كه خود مشتمل بر تير*ها و كف يكپارچه*تري نسبت به سازه*هاي فولادي است اجرا مي*شود.
مزيت اين روش نسبت به روش اول آن است كه مي*توان طبقه مورد نظر را سريعتر براي اجراي ديگر مراحل از جمله تيغه چيني، اجراي تأسيسات مكانيكي و برقي و... در اختيار ساير پيمانكاران قرار داد كه خود موجب تسريع در روند طرح خواهد بود.
ولي به*طور كلي زمان اجراي سازه*هاي فولادي در مقياسهاي بزرگ تا حدودي كوتاه*تر از سازه*هاي بتن آرمه و هزينه*هاي سازه*هاي بتن آرمه كمتر از سازه*هاي فولادي است كه هر سازنده*اي با توجه به شرايط و معيار*هاي خود تصميم*گيرنده اصلي است.
حال با فرض وجود شرايطي كاملاً ايده*آل، يعني عدم*وجود محدوديت زمان و هزينه*ها، عامل سوم يعني كيفيت سازه را بررسي مي*كنيم. كيفيت را مي*توان از جنبه*هاي متفاوتي مانند مقاومت در برابر بارهاي ثقلي وارده و زلزله، مقاومت در برابر حرارت، ابعاد، دهانه*هاي قابل پوشش، تعداد طبقات قابل طراحي، قابليت ترميم آسان و... مورد نقد و بررسي قرار داد. با توجه به گستردگي و پيچيدگي مسئله، در اينجا فقط تصميم*گيري براي ساختمان*هاي عادي را مورد توجه قرار مي*دهيم.
اولين و مهم*ترين نكته قابل ذكر در اين مورد مقاومت مصالح و ابعاد مصالح مصرفي است. معمولاً هر چه اعضای باربر ما ابعاد بزرگتر از نگاه عام و ممان اينرسي بالاتر از ديد مهندسي داشته باشد، رفتار سازه*اي مناسب*تر است و هر چه مصالح مصرفي كه در عرف ساختمان*سازي* بتن يا فولاد هستند قابليت تحمل نيروهاي بيشتر را داشته باشند منجر به طراحي اعضاي ظريف*تري خواهند شد.
اگر هر دو عامل در كنار هم قرار گيرند منجر به رسيدن به سختي و صلبيت بالاتري خواهند شد كه جزء اصلي*ترين آيتم*هاي طراحي يك مهندس محاسب به شمار مي*روند.
در طراحي سازه*ها، مقاومت بتن را 10 درصد مقاومت فولاد فرض مي*كنند بنابراين ابعاد ستون*ها و تيرهاي بتني، به*مراتب بيش از سازه*هاي فولادي است. البته اين ابعاد بزرگ اعضای بتني، ممان اينرسي بسيار بالاتري نسبت به گزينه ديگر به ارمغان خواهند آورد كه در نهايت سازه بتنی، سختي بالاتر و معمولاً رفتار سازه*اي مناسب*تری دارد.
« سازه*هاي بتني سنگين هستند.» در پاسخ به اين ايراد بايد گفت: ابعاد بزرگ سازه تا جايي مورد پذيرش يك مهندس است كه منجر به سنگيني بيش از حد سازه نشود و با توجه به آنكه بحث ما در مورد سازه*هاي عادي كمتر از 6 طبقه است تفاوت وزن اسكلت نيز آنچنان نخواهد بود تا مهندس طراح را به سمت طراحي سازه فولادي بكشاند. اين موضوع در بسياري از سازه*هاي عظيم نيز صادق است كه برج 56 طبقه تهران نمونه بارزي از اين دست است.
بحث زلزله كه بحث داغ اين روزهاي تهران است مي*تواند جنبه ديگري از كيفيت مناسب يك سازه باشد. سازه*هاي بتن آرمه عادي و به ويژه مجهز به ديوارهاي بتني به*علت سختي بالا نسبت به سازه*هاي فولادي در برابر زلزله، در بيشتر موارد مقاومت بسيار بالايي از خود نشان مي*دهند اما سازه*هاي فولادي نيز مي*توانند همين رفتار را از خود نشان دهند مشروط برآنكه طراحي مناسبي داشته باشند.
نكته قابل تامل اينجا است كه اين رفتار به چه قيمتي به دست خواهد آمد؟ اگر طراحي، يك طراحي بدون نقص باشد، هم سازه فولادي و هم سازه بتن آرمه در چند ثانيه وقوع زلزله، با حداقل خسارت ممكن جان سالم به در خواهند برد. اما كار به اينجا ختم نخواهد شد و پس از زلزله*هاي زيادي شاهد شكستگي لوله*هاي گاز و وقوع آتش سوزي*هاي مهيب بوده*ايم كه گاه از خود زلزله مخرب*تر هستند.
با توجه به اينكه اطفاء حريق بلافاصله بعد از وقوع حادثه ممكن نيست، ساختمان بايد به گونه*اي طراحي شود كه تا چند ساعت متوالي بتواند آتش را با حداقل خسارات وارده تحمل كند. در سازه*هاي بتن آرمه مقاومت بالايي در برابر آتش سوزي وجود دارد، اما درسازه*هاي فولادي درصورتي*كه تمهيدات ايمني لازم در آنها صورت نپذيرد در چند دقيقه ابتدايی حريق، شاهد تخريب*هاي بسيار سريع و غيرقابل جبران خواهيم بود كه اين مورد نيز مزيتي بسيار ارزشمند براي سازه*هاي بتن آرمه به حساب مي*آيد.
اما آنچه اكثر مهندسان را نسبت به سازه*هاي بتن آرمه به شدت بد*بين كرده، عدم*قطعيت*ها، يكنواخت نبودن مقاومت بتن و كم اطلاعي بسياري از سازندگان از نحوه عمل*آوري و به دست آوردن نتيجه*اي مطلوب از اين ماده است.
قابليت اشتباه در تهيه بالقوه اين نوع ماده در مقابل فولاد توجيه ديگري است كه از سوي عده زيادي در مخالفت با بتن ارائه مي*شود، چرا*كه ممكن است حين عمل آوری، مقاومت فشاری كمتر از حد مورد نياز به دست آيد.
اين گروه معتقدند جبران يك اشتباه در سازه*های بتن آرمه در مواردي منجر به تخريب اجباري سازه مي*شود در حالي*كه فولاد در هر لحظه كه سازنده اراده كند با هزينه*اي به نسبت پايين قابل ترميم و تقويت است
در پاسخ به اين ايراد بايد گفت اين عدم*قطعيت*ها در آيين نامه*ها با اعمال ضريب ايمني بسيار بالايي پيش*بيني شده تا جايي كه در موارد زيادي شاهد مقاومتي چند برابر مقاومت مورد نياز در ساخت اين قبيل سازه*ها هستيم.از سوي ديگر اين عدم*قطعيت كيفيت بتن در شالوده و سقف*هاي سازه فولادي نيز وجود دارد و صرفاً متعلق به سازه*هاي بتن آرمه نيست.
در نهايت بايد بر اين موضوع تاكيد كرد كه به*طور كلي هم سازه*هاي فولادي و هم سازه*هاي بتن آرمه درصورتي كه در طراحي آنها سيستم مناسب و منطبق بر آيين*نامه*های به روز، مورد استفاده قرار نگيرد و متخصصين متبحر آنها را اجرا و مهندسين با تجربه بر اجراي آنها نظارت مستمر نكنند، هيچ رجحاني از نظر كيفيت و قابليت اطمينان بر ديگري ندارند.
فراموش نكنيم معيار چهارمي نيز در انتخاب وجود دارد؛ معياري كه 3 معيار هزينه، زمان و كيفيت را تحت سيطره خود قرار مي*دهد: فولاد به*عنوان يك سرمايه ملي ماده*اي است كه ارزان به دست نمي*آيد و همانند نفت روزي تمام خواهد شد؛ ماده*اي كه بايد در صنايع ارزشمندتر * و يا حداقل در سازه*هاي خاص كه نياز به ظرافت خاصي دارند و پس از بررسي*هاي علمي برتري فولاد در آن محرز شده، مورد استفاده و بهره برداري قرار گيرد تا شاهد رشد اقتصادي در ديگر زمينه*ها باشيم.
به*نظر نويسنده استفاده از سازه*هاي بتن آرمه با توجه به مصرف به*مراتب پايين*تر از فولاد (به*صورت ميلگرد) هم از نظر سازه*اي و هم از نظر اقتصادي و هم از جنبه ملي به*مراتب مناسب*تر و بهينه*تر از سازه*هاي فولادي است.