بهترین جایگزین برای سازه های بتنی سنتی

سازه ‌های بتنی بدون جایگزین

در این مطلب که توسط مهندسین با تجربه و مجرب شرکت سازه فضایی آوش سازه تهیه شده ، شما را با بهترین و مناسب‌ ترین جایگزین برای سازه ‌های بتنی سنتی آشنا کنیم. اما باید توجه داشت که در برخی از پروژه‌ ها هیچ گونه جایگزینی برای سازه ‌های بتنی وجود ندارد ؛ زیرا برخی از سازه‌ ها تنها با ویژگی ‌هایی که در ساختار بتنی موجود است قابل اجرا می ‌باشند. برای مثال، آپارتمان ‌های مسکونی، برج ‌های بزرگ، پروژه‌ هایی که نیاز به دارا بودن طبقه در زیرزمین دارند ، تونل‌های درون کوه و سایر پروژه‌ های ویژه از جمله مواردی هستند که تنها با ساختار بتنی می ‌توان آن‌ ها را طراحی و اجرا کرد و نباید به دنبال گزینه ‌های دیگر، چه برای کاهش هزینه ‌ها و چه برای افزایش زیبایی و راندمان کاری ، بود .

کدام نوع از سازه‌های بتنی قابل جایگزینی‌اند؟

پس از آنکه به سازه‌ های یک‌ وجهی که تنها از بتن (در برخی موارد با استفاده از تیرآهن‌ های مشابه) ساخته می‌شوند اشاره کردیم، باید به سازه ‌های بتنی پرداخته شود که در شرایط فعلی از توجیهی استفاده از بتن به نحو مطلوبی برخوردار نیستند. سازه ‌هایی که در آن‌ ها از بتن به عنوان ماده اصلی استفاده شده و هم از نظر نیروی کاری و هم از لحاظ هزینه و زمان اجرا بسیار پر هزینه و زمان‌ بر می‌ باشند، می‌ توانند جایگزین ‌های مناسبی داشته باشند. جایگزین سازه ‌های بتنی باید ویژگی ‌هایی از قبیل سهولت اجرا، سرعت بالا در نصب و کاهش هزینه‌ های کلی پروژه را دارا باشد تا کارفرمایان و سرمایه‌ گذاران از نظر اقتصادی ترغیب به استفاده از آن شوند.

نمونه هایی از سازه‌ بتنی دارای جایگزین

پروژه‌ هایی مانند سالن‌ های نمایشگاهی ، ترمینال ‌های مسافربری هوایی و زمینی ، ایستگاه‌ های راه‌آهن، استادیوم ‌های ورزشی، سایبان ‌های پارکینگ ‌ها و جایگاه‌ های سوخت ، موزه ‌ها، پل‌ ها و… از جمله سازه ‌هایی هستند که امروزه به شکل گسترده از سیستم ‌های جایگزین به جز سازه‌ های بتنی استفاده می‌شود.

بهترین جایگزین سازه بتنی

در تمامی پروژه ‌هایی که در بالا به آن‌ها اشاره شد ، یک نوع سازه وجود دارد که در تمامی آن‌ ها کاربرد و قابلیت اجرا را داشته و به عنوان جایگزینی هوشمندانه برای ساختار بتنی سنتی مطرح شده است؛ این گزینه ، سازه فضایی است.

تعریف سازه فضایی

سازه فضایی (Space Frame Structure) به ساختارهای سه‌ بعدی گفته می ‌شود که از شکل‌های هندسی منظم و تکراری تشکیل شده‌اند. این سازه‌ ها با استفاده از اتصال اجزای کوچک به یکدیگر، شبکه‌ای مستحکم و یکپارچه ایجاد می‌ کنند. یکی از ویژگی‌ های مهم سازه‌ های فضا کار توزیع نیرو در جهات مختلف است که به آن ‌ها استحکام بالا در عین سبکی می ‌بخشد. به ‌واسطه ‌ی استفاده گسترده از سیستم‌ های پیش ‌ساخته، سرعت نصب و اجرای بسیار سریعی در این سازه‌ ها شاهد هستیم. از دیگر مزایای سازه ‌های فضایی، امکان مونتاژ تمامی بخش ‌ها و تأسیسات در سطح زمین و سپس نصب کل ساختار بر روی ستون ‌ها می‌باشد؛ امری که موجب کاهش زمان اجرا و به حداقل رساندن مشکلات در محل پروژه می ‌شود.

انواع سازه فضا کار

سازه ‌های فضایی به دلیل تنوع در طراحی و کاربری، به چندین نوع مختلف تقسیم می‌شوند که هر یک ویژگی‌ ها و کاربردهای منحصر به فرد خود را دارند.

سازه فضایی تخت

سازه فضایی چلیک

سازه فضایی گنبدی (قوسی)

سازه فضایی فرم آزاد

سازه فضایی دیسکی

سازه فضایی هرمی

سازه فضایی سینوسی

سازه فضایی رو طرف شیب

سازه فضایی نیم قوسی

مزایای سازه فضا کار چیست ؟

دلیل انتخاب سازه فضایی به عنوان جایگزین مطمئن برای سازه بتنی را باید در ویژگی‌های آن جستجو کرد. در ادامه به بررسی مزایای مهم سازه‌های فضایی پرداخته‌ایم .

پوشش دهانه‌ های وسیع

سیستم‌ های سازه فضایی قادر به پوشاندن دهانه‌های بزرگ با حداقل مصرف مواد هستند. مصرف فولاد در سازه‌های فضایی معمولاً حدود یک سوم کمتر از سازه‌های سنتی به حساب می‌آید. استفاده از این سیستم به خصوص در پروژه‌هایی با دهانه‌های وسیع، مانند سالن‌های ورزشی یا ترمینال‌های مسافربری، گزینه‌ای اقتصادی و کارآمد محسوب می‌شود. این ویژگی باعث می‌شود که نیاز به ستون‌های اضافی کاهش یابد و فضای باز بیشتری برای طراحی داخلی و کاربری پروژه فراهم گردد .

مقاومت و ایمنی سازه

یکی از مزایای برجسته سازه‌های فضایی، مقاومت فوق‌العاده و ایمنی بالای آن‌ها است. از طرفی، اتصالات پیچ و مهره‌ای، تولید صنعتی دقیق قطعات و کنترل کیفیت بالا موجب می‌شود که ضریب اطمینان سازه به مراتب افزایش یابد. در شرایط بحرانی هم، به واسطه طراحی منسجم و همبستگی قدرتمند اعضای سازه، احتمال گسترش صدمات به کل ساختار به حداقل می‌رسد .

عدم گسترش صدمات به کل سازه

یکی از ویژگی‌های مهم سازه‌های فضایی، قابلیت تحمل صدمات محلی بدون افتادن کل سازه است. در مواقعی که بخشی از سازه در معرض فشار یا خسارت قرار بگیرد، این بخش به راحتی قابل تعمیر بوده و ساختار کلی تحت تاثیر قرار نمی‌گیرد. این امر به دلیل همبستگی بالا و عملکرد یکپارچه اجزا است و نشان از طراحی مقاوم و به‌دقت انجام شده در این نوع سازه دارد .

مقاومت در برابر زلزله

سازه‌های فضایی به واسطه وزن سبک و ساختار یکپارچه، در برابر نیروهای دینامیکی نظیر زلزله، آتش‌سوزی یا انفجار عملکرد قابل توجهی دارند. شبکه یک سازه فضایی در تمامی جهات دارای سختی متناسب بوده و به راحتی نیروها را به تکیه‌گاه‌ها انتقال می‌دهد؛ امری که سبب افزایش مقاومت سازه در برابر زلزله می‌شود. در مقابل سازه‌های بتنی، که اغلب در مواقع زلزله ممکن است ترک بخورند یا از بین بروند، سازه‌های فضایی گزینه‌ای مطمئن و ایمن‌تر محسوب می‌شوند .

عمر بالا و وزن مطلوب

قطعات سازه‌های فضایی در کارخانه‌ها با تکنیک‌های پیشرفته مثل شات بلاست و سند بلاست تولید و رنگ‌آمیزی می‌شوند. این فرآیندها باعث افزایش عمر مفید قطعات و مقاومت آن‌ها در برابر خوردگی می‌شود. علاوه بر این، وزن مطلوب سازه‌های فضایی نسبت به سازه‌های بتنی به معنای کاهش بار کلی سازه و هزینه‌های حمل و نصب است .

ویژگی های انحصاری سازه فضایی

در برخی از خصوصیت های این سازه شما مواردی را مشاهده خواهید کرد که خیلی اندک در دیگر سازه ها قابل یافتن است که این مورد مهر تایید دیگری بر استفاده منطقی از سازه فاکار به جای سازه های بتنی است.

وزن ایده‌آل سازه

سبکی سازه ‌های فضایی نه تنها از نظر اقتصادی مزیتی به همراه دارد، بلکه یکی از عوامل کلیدی مقاومت سازه در برابر زلزله نیز محسوب می‌شود. با انتقال نیروها به ‌طور یکنواخت در سراسر ساختار، سازه فضایی از همگنی و تحمل بالا برخوردار است و این امر باعث می‌شود که در مواقع اضطراری، نوسانات زلزله با تحمل بهتری همراه باشد.

سهولت نصب

یکی از مهم‌ترین مزایای استفاده از شبکه‌های فضایی، سهولت و سرعت در نصب سازه‌های سقفی با دهانه وسیع است. به دلیل پیش‌ساخته‌سازی دقیق اجزا، می‌توان تمامی قطعات را در کارگاه آماده و سپس به سرعت در محل نصب نمود. این ویژگی به ویژه در مناطقی که دسترسی محدود است، از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. همچنین، نصب سازه‌ فضایی به نیروی کار غیرماهر وابسته است؛ به این معنا که اجرای سریع و بدون مشکل آن تضمین شده است.

سادگی در اجرا

سیستم ‌های سازه فضایی به واسطه وجود تکیه‌گاه‌های منظم، اتصال اجزای سازه را بسیار ساده می ‌کنند. در نتیجه، نیاز به استفاده از سازه ‌های فولادی ثانویه به حداقل رسیده یا حتی حذف می‌شود. این امر به کاهش زمان و هزینه ‌های اجرایی کمک شایانی می‌کند، بویژه در پروژه‌ هایی با بارهای سنگین یا نیروهای دینامیکی بالا.

عدم استفاده از عملیات جوشکاری در نصب

به دلیل پیش‌ساخته‌سازی اجزای سازه در کارخانه، اتصالات عمدتاً پیچ و مهره‌ای هستند و نیاز به انجام عملیات جوشکاری در محل نصب کمتر می ‌شود. این ویژگی منجر به کاهش ریسک‌ های ناشی از جوشکاری، از جمله خطاهای انسانی، و افزایش سرعت و دقت در مونتاژ سازه می‌شود .

مقایسه برخی فاکتور های سازه بتنی و فضایی

برای ارائه یک دید جامع و توجیهی نسبت به انتخاب سازه فضایی به عنوان جایگزین سازه‌های بتنی، لازم است چند فاکتور کلیدی از هر دو سیستم مورد مقایسه قرار گیرند.

انعطاف در طراحی

این سیستم با ارائه امکانات گسترده در انتخاب محل تکیه‌گاه و تقسیم‌بندی عناصر سازه، آزادی عمل بیشتری به معماران می ‌دهد. شبکه ‌های فضایی به گونه‌ای طراحی شده‌اند که می‌توانند در هر نقطه از پلان به کار گرفته شوند و فضای باز و بدون ستون ایجاد نمایند .
در مقابل، سازه ‌های بتنی به دلیل ماهیت جامد و سنگین ساختار، محدودیت ‌هایی در طراحی ایجاد می‌کنند. تغییرات در پلان و ایجاد فضا های باز بدون ستون‌های مزاحم در سازه ‌های بتنی معمولاً هزینه و زمان بیشتری را می‌طلبد.

پیش ساخته و استاندارد

اجزای سازه‌ فضایی به صورت مدولار و پیش‌ساخته تولید می‌شوند. دقت بالا در تولید و کنترل کیفیت در کارگاه‌های تخصصی موجب می‌شود که قطعات دارای ابعاد استاندارد و تحمل بار مناسب باشند. امکان حمل و نقل آسان و نصب سریع از دیگر مزایای این سیستم است. در ساخت سازه‌های بتنی، فرآیند بتن‌ریزی در محل اجرا انجام می‌شود که همواره با ریسک ‌های ناشی از شرایط جوی و اختلافات کیفی مواجه است.

نصب تأسیسات

یکی از نقاط قوت سازه‌ فضایی، فضای باز موجود بین دو لایه شبکه ‌هاست. این فضای آزاد موجب می‌شود تا نصب تأسیسات مکانیکی، الکتریکی و سیستم ‌های تهویه به سادگی صورت گیرد. تأسیسات در این سازه‌ها به صورت پنهان قرار گرفته و از دید عموم مخفی می‌مانند .
در سازه ‌های بتنی، نصب تأسیسات معمولاً در قالب کانال‌ های معرق یا روی سازه‌ های ویژه انجام می ‌شود که ممکن است باعث ایجاد ظاهر صنعتی و ناسازگار با طراحی مدرن شود. همچنین، دسترسی برای نگهداری و تعمیرات گاهی اوقات پیچیده‌تر و زمان‌برتر است .

بررسی جنبه اقتصادی و زیبایی بصری در دو سازه

این دو بخش برای کار فرمایان و خریدارن بسیار با اهمیت می باشد.

سازه‌ فضایی

اصلی ‌ترین دلیل گسترش روزافزون سازه‌های فضایی در جهان، به صرفه ‌تر بودن از نظر هزینه و زمان اجرا است. کاهش مصرف مواد اولیه، کاهش نیاز به نیروی کار ماهر و سرعت بالای اجرا، موجب می‌شود که این سیستم ‌ها، به ویژه در پروژه ‌های با دهانه ‌های وسیع، جایگزین مطلوبی برای سازه‌ های بتنی محسوب شوند. همچنین امکان تغییر محل و ارتقاء سازه‌ ها در آینده، از نظر اقتصادی سودمند بوده و ریسک‌ های سرمایه‌گذاری را کاهش می‌دهد .

سازه‌ بتنی

با وجود مزایای فنی بتن مانند استحکام بالا در برابر بارهای فشاری و عمر طولانی، از منظر اقتصادی سازه ‌های بتنی معمولاً هزینه ‌های اجرایی و نگهداری بالاتری دارند. علاوه بر این، زمان لازم برای اجرای یک سازه بتنی به دلیل عملیات بتن‌ریزی و زمان‌بندی واکنش‌های شیمیایی، از زمان اجرای سازه‌های پیش‌ساخته مانند سازه ‌های فضایی بسیار بیشتر است. اگرچه در برخی پروژه‌ های حیاتی مثل برج ‌های مسکونی یا زیرساخت‌ های بزرگ، سازه بتنی هنوز جایگزینی ندارد، اما در پروژه‌هایی نظیر سالن‌های نمایشگاهی، ترمینال ‌ها و سازه ‌های سبک، سازه فضایی به دلیل صرفه‌ جویی در هزینه و زمان برتری بیشتری دارد.

زیبایی و جذابیت در طراحی

طراحی سه ‌بعدی و مدرن سازه‌های فضایی به همراه المان ‌های هندسی زیبا، نمایی متفاوت و چشم نواز خلق می‌کند. این سازه‌ها به دلیل سبک و شفافیت طراحی، جلوه‌ای هنری در نما ایجاد می‌کنند که در بسیاری از پروژه‌های مدرن به عنوان عنصر طراحی برجسته محسوب می‌شود. از طرفی، نورپردازی مناسب بر روی سقف و نمای سازه‌های فضایی، آن‌ها را در شب به منبعی زیبا و ماندگار تبدیل می‌کند .
سازه‌ های بتنی، با وجود قابلیت‌ های ساختاری فوق ‌العاده، اغلب از نظر زیبایی ‌شناسی به یک ظاهر سنتی و سنگین محدود می‌ شوند. اگرچه می‌توان با استفاده از پوشش‌ های دکوراتیو، این ظاهر را بهبود بخشید ، اما در بسیاری موارد همچنان از جذابیت طراحی و انعطاف‌ پذیری که سازه ‌ فضایی ارائه می‌دهند، عقب می‌مانند.