الهياكل الفولاذية مقابل الهياكل الخرسانية | مقارنة كاملة بين مباني الصلب والخرسانة

تعتبر الخرسانة والصلب من أكثر مواد البناء شيوعًا حتى اليوم، ومقالتنا اليوم بعنوان الهياكل الفولاذية مقابل الهياكل الخرسانية هي محاولة لمقارنة مزايا وعيوب كلتا المادتين من حيث البناء والصيانة.

الهياكل الخرسانية

الخرسانة هي ثاني أكثر المواد استخدامًا في البناء بعد الماء في العالم. يمكن أن يتحمل الهيكل الخرساني إجهادات ضاغطة بشكل فعال للغاية ولكنه لا يمكنه تحمل إجهادات الشد. لذلك يتم تسليح الخرسانة بالفولاذ عندما يكون الهيكل تحت تأثير إجهادات الشد. تستخدم الخرسانة على نطاق واسع في صناعة البناء اليوم بسبب متانتها وتوافقها. علاوة على ذلك، يمكن أن تصنع الخرسانة بأي شكل مما يجعلها مفيدة للغاية.

يمكن صنع الهيكل الخرساني بعدة طرق مختلفة. بعضها مذكور أدناه:

الخرسانة العادية

الخرسانة الأسمنتية العادية عبارة عن كتلة صلبة يتم الحصول عليها من خليط من الأسمنت والرمل والحصى والماء بنسب محددة. يتمتع الهيكل الخرساني المصنوع باستخدام الخرسانة الأسمنتية العادية بمقاومة ضغط جيدة ولكن مقاومة الشد قليلة جدًا، مما يحد من استخدامها في البناء.

يتم استخدام الخرسانة العادية حيث تكون مقاومة الضغط الجيدة هي المطلب الرئيسي وتكون إجهادات الشد منخفضة للغاية. على سبيل المثال: في الطرق، الكتل الخرسانية (البلوكات) للجدران، إلخ

الخرسانة المسلحة

تتميز الخرسانة الأسمنتية العادية بمقاومة شد منخفضة للغاية. لتحسين مقاومة الشد للخرسانة، هناك حاجة إلى نوع من المتطلبات التي يمكن أن تتحمل إجهادات الشد المطورة في الهيكل. النوع الأكثر شيوعًا من التسليح هو في شكل قضبان فولاذية قوية جدًا (أسياخ حديد التسليح) في مقاومة الشد.

للخرسانة المسلحة استخدامات لا حصر لها في البناء. على سبيل المثال: في المباني والجسور وخزانات المياه وما إلى ذلك.

الخرسانة سابقة الإجهاد

في الخرسانة المسلحة العادية، يتم التعامل مع إجهادات الضغط بواسطة الخرسانة وإجهادات الشد بواسطة الفولاذ (التسليح) وحده. يتم تجاهل الخرسانة الموجودة أسفل محور التعادل لأنها ضعيفة في الشد. على الرغم من أن الفولاذ يأخذ إجهادات الشد، فإن الخرسانة في منطقة الشد تتسبب في حدوث شقوق/شروخ دقيقة. يمكن زيادة قدرة تحمل هذه القطاعات الخرسانية إذا تم الإجهاد على كل من الفولاذ والخرسانة قبل تطبيق الأحمال الخارجية. هذا هو مفهوم الخرسانة المسبقة الإجهاد.

يتم استخدام الخرسانة سابقة الإجهاد في الهياكل التي يتطور فيها الشد أو يتعرض الهيكل للاهتزازات والصدمات والتصادم مثل كمرات وبلاطات الجسور وعوارض السكك الحديدية والأعمدة الكهربائية والسدود التثاقلية وما إلى ذلك.

اقرأ: خطوات تشييد مبنى سكني دور واحد من الحوائط الحاملة

مزايا الهيكل الخرساني:

• المكونات المستخدمة في الخرسانة مثل الأسمنت والركام والمياه متوفرة بسهولة ورخيصة.
• تتخذ الخرسانة شكل قالبها ويمكن صبها وتشكيلها في أي شكل.
• تكون الخرسانة عند استخدامها مع التسليح (الخرسانة المسلحة) قادرة على تحمل قوى الانحناء والشد.
• مقاومة الضغط للخرسانة عالية جدًا مما يجعلها موثوقة لاستخدامها في الهياكل والمكونات تحت أحمال الضغط.
• يؤدي التقدم في تطبيقات الخرسانة سابقة الإجهاد إلى تقليل أحجام القطاعات وتقليل الوزن الذاتي وتغطية مساحات كبيرة.
• بسبب كثافتها العالية ومقاومتها لاختراق الماء خاصة مع بعض المضافات، يمكن استخدام الخرسانة في هياكل الاحتفاظ بالمياه مثل السدود.

عيوب الهيكل الخرساني:

• بسبب انكماش الجفاف والتأثر بالرطوبة قد تتشرخ الخرسانة. لذلك يتم توفير فواصل إنشائية لتجنب هذه الأنواع من التشققات.
• الخرسانة ضعيفة في الشد.
• الوزن الذاتي العالي للخرسانة لا يكون دائمًا مناسبًا للهياكل المعرضة للزلازل.
• تتسبب الأحمال المستمرة على الهياكل في الزحف.
• إذا كانت هناك أملاح موجودة في مكونات الخرسانة فسوف ينتج عنها الإزهار (التزهير) في الهيكل الخرساني.

الهياكل الفولاذية

مادة الصلب، عبارة عن سبيكة من الحديد ونسبة من الكربون (نسبة صغيرة) وعناصر أخرى مثل السيليكون والفوسفور والكبريت بنسب متفاوتة. اعتمادًا على تركيب المواد الكيميائي، يتم تصنيف الأنواع المختلفة من الفولاذ على أنها فولاذ طري، فولاذ متوسط ​​الكربون، فولاذ عالي الكربون، فولاذ منخفض السبيكة، فولاذ عالي السبيكة (كثير العناصر السبائكية). يتم استخدام الفولاذ الطري والفولاذ الكربوني المتوسط ​​والفولاذ منخفض السبيكة (قليل العناصر السباكئية) بشكل عام في الهياكل الفولاذية.

يُطلق على الفولاذ المستخدم في تصنيع الهياكل الفولاذية المدرفلة والمثبتات والعناصر الأخرى المستخدمة في أعمال الفولاذ الإنشائي إسم الفولاذ الهيكلي (الهيكل الفولاذي).

الصلب ذو الجودة القياسية (الفولاذ الطري) هو الفولاذ الأكثر استخدامًا لأغراض البناء العامة للمباني وجسور السكك الحديدية وأبراج خطوط النقل والهياكل الصناعية وما إلى ذلك.

مميزات الهيكل الفولاذي:

• الخفة: الهياكل الفولاذية خفيفة للغاية مقارنة بالهياكل الأخرى مثل الهياكل الخرسانية.
• قوة وصلابة عالية / الوزن: الصلب شديد الصلابة ويمتلك نسبة عالية من القوة إلى الوزن.
• سهولة التصنيع والإنتاج الضخم: من السهل تصنيع هيكل فولاذي بحيث يستخدم بشكل عام في البناء الجماعي. يمكن استبدال الأعضاء الفولاذية وتجميعها وتفكيكها بسهولة.
• بناء وتركيب سريع وسهل: يمكن تركيب الهياكل الفولاذية بسهولة بالغة وأسرع من العديد من الهياكل الأخرى. يمكن استخدام الهياكل الفولاذية بعد تركيبها بفترة وجيزة.
• لا يوجد انهيار مفاجئ: فالفولاذ كونه مادة مطيلة لا يعاني من الانهيار المفاجئ، بل يعطي إشارة واضحة عن طريق الانحراف قبل الفشل أو الانهيار.
• القوالب والشدات غير ضرورية: على عكس الهياكل الخرسانية، لا يحتاج الهيكل الصلب إلى أي نوع من أنواع الصندقة أو القوالب.
• مقاومة النمل الأبيض ومقاومة التعفن: على عكس الأخشاب، لا يتآكل الفولاذ بفعل النمل الأبيض وهو مقاوم جدًا للصدأ، إذا تم استخدام الفولاذ عالي الجودة المحمي ضد الصدأ.
• الاقتصاد في النقل والمناولة: نظرًا لكون الهياكل الفولاذية خفيفة الوزن فهي سهلة النقل والمناولة.

عيوب الهيكل الفولاذي:

• القابلية للتآكل: قطاعات الصلب عرضة للتآكل، لذلك فهي تتطلب بعض المعالجات والصيانات المتكررة مثل الطلاء وطرق أخرى لحمايتها.
• التكلفة الأولية العالية: التكلفة الأولية للهيكل الصلب عالية.
• العمالة الماهرة: يتطلب الهيكل الصلب الفولاذي العمالة الماهرة لبنائه.

الهياكل الفولاذية مقابل الهياكل الخرسانية

اقرأ أيضا: ما يجب فعله وما لا يجب فعله أثناء صب الخرسانة