اسکلت فلزی و اسکلت بتنی دو روش اجرای ساختمان است که هر کدام مزایا و معایب خود را دارد. برای انتخاب نوع اسکلت‌بندی ساختمان، مهندس محاسب باید به موارد بسیاری توجه کند. مسائلی همچون عوامل اقتصادی، شرایط اجرا، خصوصیات آب‌وهوایی محل اجرا، کیفیت اجرا، عوامل فنی سازه‌ای و همچنین درخواست کارفرما.

بدون در نظر گرفتن موارد فوق و همچنین بررسی خصوصیات ساختمان با اسکلت فلزی یا بتنی، نمی‌توان تصمیم قطعی و درستی دربارۀ نوع اسکلت گرفت. انتخاب اسکلت‌بندی مناسب برای ساختمان بسیار حائز اهمیت است، زیرا پس از شروع عملیات ساخت‌وساز امکان تغییر آن وجود ندارد؛ مگر با تخریب اسکلت قبلی.

در این مطلب شما را با ویژگی‌های اسکلت فلزی و اسکلت بتنی، تفاوت‌ها و نقاط ضعف و قدرت هر کدام آشنا می‌کنیم.

ساختمان با اسکلت فلزی چیست؟

اسکلت فلزی، که به اسم اسکلت فولادی یا سازۀ فلزی هم شناخته می‌شود، به مجموعه‌ای از اعضای باربر ساخته‌شده از نیم‌رخ‌های فولادی یا ورق فلزی گفته می‌شود که به کمک اتصالات به یکدیگر وصل می‌شوند. از آن‌جا که روش‌های تولید نیم‌رخ یا همان پروفیل فولادی تکامل یافته شده و آزمون و خطای بسیاری را پشت سر گذاشته است، این مقاطع در اغلب موارد رفتار مطلوب و مناسبی را از خود نشان می‌دهند.

موضوع حائز اهمیت در این سازه‌ها، رفتار اتصالاتی است که برای ساخت اعضای مرکب از پروفیل و ورق در محل گره‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد.

روش‌های مرسوم اتصالات در سازه‌های فلزی به این شرح است:

• اتصالات سازه‌های فلزی پیچ و مهره‌ای
• اتصالات جوشی
• اتصالات پرچی (که تقریبا در تمام نقاط جهان منسوخ شده است.)

تاریخچۀ اسکلت فلزی

استفاده از اسکلت فلزی در ساختمان‌ها پیشینه‌ای طولانی دارد. در ابتدا برای اجرای چنین سازه‌هایی از چدن استفاده می‌شد اما پس از مدتی آهن کم‌کربن یا همان آهن چکش‌خوار جای چدن را گرفت. با استفاده از اسکلت فلزی ساخت سازه‌هایی با طرح‌ها و شکل‌های مختلف و متنوع امکان‌پذیر شد.

چدن و آهن کم‌کربن هم به مرور جای خود را به فولاد دادند. امروزه فولاد بیشترین کاربرد را در اسکلت فلزی ساختمان‌ها دارد؛ تا جایی که گاه به جای به کار بردن عبارت «اسکلت فلزی» از «اسکلت فولادی» استفاده می‌کنند.

مزایای اسکلت فلزی باعث شده از آن به صورت گسترده در ساخت سوله‌ها و ساختمان‌های بزرگ استفاده کنند. این نوع اسکلت در شلوغ‌ترین و کم‌حجم‌ترین مکان‌ها هم قابل اجراست و به همین دلیل در شهرهای بزرگ با استقبال خوبی از طرف معماران و مهندسان سازه مواجه شده است. اسکلت فلزی کیفیت ساخت را بالا برده و پرتی مصالح را پایین می‌آورد.

بهترین روش اجرای اسکلت فلزی پیچ و مهره است و کشورهای اروپایی جز در متراژ و وزن کم، اجازۀ استفاده از اتصالات جوشی را نمی‌دهند؛ زیرا به نسبت روش پیچ و مهره از مقاومت کمتری برخوردار است.

مزایای اسکلت فلزی برای ساختمان

از مزایای استفاده از اسکت فلزی می‌توان به این موارد اشاره کرد:

• اسکلت فلزی به نسبت اسکلت بتنی وزن کمتری دارد، در نتیجه وزن کلی ساختمان کمتر می‌شود.
• خواص ارتجاعی فولاد با تقریب بسیار خوبی مصداق عملی دارد . فولاد در واقعیت و خارج از شرایط آزمایشگاهی هم تا تنش‌های بزرگی از قانون هوک پیروی می‌کند.
• مقاومت قطعات فلزی زیاد بوده و نسبت مقاومت به وزن آن از مصالح بتنی بیشتر است؛ به همین علت اسکلت فلزی در دهانه‌های بزرگ سوله‌ها و ساختمان‌های مرتفع و همچنین ساختمان‌هایی که در زمین‌های سست اجرا می‌شوند، کاربرد گسترده‌ای دارد.
• اسکلت فلزی برای سازه‌های طویل بسیار مناسب است.
• از آن‌جا که فلز در کارخانه‌های بزرگ و تحت نظارت دقیق تهیه می‌شود، می‌توان به یکنواخت بودن خواص آن اطمینان کرد.
• دوام فولاد بسیار خوب است. اگر از ساختمان‌هایی که اسکلت فولادی دارند به صورت مناسب نگهداری شود، برای مدت طولانی قابل بهره‌برداری خواهند بود.
• از خواص مثبت مصالح فلزی قابلیت شکل‌پذیری بالای آن‌هاست. این ویژگی باعث می‌شود مصالح فلزی تمرکز تنش را که در واقع علت شروع خرابی است و همچنین نیروی دینامیکی و ضربه‌ای را تحمل کنند.
• قطعات فلزی با توجه به موادی که آن‌ها را تشکیل می‌دهند، پیوسته و همگن هستند.
• ساختمان با اسکلت فلزی در برابر انفجار مقاومت بهتری دارد. نیروی تخریبی حاصل از انفجار سطوح حائل را از اسکلت جدا می‌کند و انرژی مخرب آشکار می‌شود؛ ولی ساختمان کلا ویران نخواهد شد.
• اسکلت فلزی قابلیت تقویت‌پذیری و امکان مقاوم‌سازی دارد. اگر به هر علتی مانند محاسبات اشتباه، تغییر مقررات و ضوابط، اجرای نادرست و … اسکلت از مقاومت مطلوب برخوردار نباشد؛ می‌توان با جوش، پرچ یا پیچ کردن قطعات جدید آن را تقویت کرد یا قسمت‌هایی به آن اضافه کرد.
• شرایط ساخت و اجرای اسکلت فلزی ساده است.
• سرعت نصب قطعات فلزی نسبت به اجرای قطعات بتنی سریع‌تر بوده و مدت زمان کمتری طول می‌کشد.
• از آن‌جا که قطعات فلزی از کارخانه تهیه می‌شوند، پرت مصالح در آن نسبت به اسکلت بتنی کمتر است.
• در دو ساختمان یک‌سان از نظر ارتفاع و ابعاد، ستون و تیرهای ساختمان‌های فلزی کوچک‌تر و کم‌حجم‌تر از ساختمان‌های بتنی است. به همین علت سطح اشغال یا فضای مرده در ساختمان‌های بتنی بیشتر از ساختمان فلزی است.