سازه‌های بتنی : از چیستی تا معرفی 10 نمونه برتر در جهان

330،000 مترمکعب بتن تنها در برج خلیفه، بلندترین ساختمان جهان استفاده شده است. با پردازش هر ساله حدود 100 میلیون مترمکعب، بتن مهم‌ترین مصالح ساختمانی در آلمان است. فقط معماران دبی و یا همکاران آلمانی آن‌ها به سازه‌های بتنی اعتماد ندارند!

در سراسر جهان، اکنون استفاده از بتن در صنعت ساختمان‌سازی به امری اجتناب‌ناپذیر تبدیل شده است. امروزه، سازه‌های اسکلت بتنی متداول‌ترین نوع ساختمان‌های مدرن در سطح بین‌المللی هستند. همان‌طور که از نامش پیدا است، این نوع ساختمان از یک قاب یا اسکلت بتنی تشکیل شده است. اعضای افقی این قاب را تیرها  و اعضای عمودی را ستون‌ها تشکیل می‌دهند و همچنین انسان‌ها روی سقف‌های مسطح بتنی بنام «اسلب» راه می‌روند.

از این میان، ستون مهم‌ترین بخش یک سازه بتنی است، زیرا به عنون المان اصلیِ باربری ساختمان در نظر گرفته می‌شود. اما ساختمان‌های بتنی شهرتی بیش از این حرفا را دارند، بنابراین برای شناخت بهتر این نوع سازه بهتر است این مقاله  از ویکی ساختمون را مطالعه کنید.

سازه بتنی چیست؟

بتن به طور جدایی‌ناپذیری با معماری قرن بیستم پیوند خورده است. آنچه کمتر کسی می داند: «رومیان قدیم سازه‌های خود را از یک سنگ مصنوعی می‌ساختند که ترکیب آن بسیار شبیه به بتن مدرن شبیه بود. رومی‌ها نخست از آهک و سپس از سنگ‌های آتشفشانی در ملات خود استفاده می کردند و به این ترتیب اولین مواد اتصال دهنده هیدرولیکی را کشف کردند.» ما هنوز هم گنجینه‌های قابل تحسین معماری مانند پانتئون در رم را مدیون این امر هستیم. با داشتن سقف گنبدی شکل به قطر 43 متر که ساخته شده از «بتن رومی» است، همچنان بعد از 2000 سال روی پا ایستاده است.

اختراع دو بریتانیایی در نیمه اول قرن نوزدهم عصر مدرن بتن را معرفی کرد. تاجران جنوب انگلستان رس و آهک را در دمای بالا تا نقطه ذوب می‌سوزاندند و اجازه می‌دادند تا مخلوط خنک شود. آجرهای سنگی حاصله، سپس به ماده خشک کننده سریع و مانند پودری شکل اتصال داده می‌شدند که تا امروز به نام «سیمان پرتلند» مورد استفاده قرار می‌گیرد. بتن آرمه (بتن مسلح) باعث ایجاد انقلابی در ساختمان‌سازی در دهه 1850 شد. بتن فشار زیادی را تحمل می‌کند. با این حال، تحت بارهای کششی شکننده است، به همین دلیل نیاز به تقویت دارد. بتن آرمه ترکیبی از بتن و فولاد است که هم استحکام کششی بالا و هم از مقاومت فشاری مناسبی برخوردار است. به همین ترتیب در قرن بیستم سازه‌های بتنی رخ به جهانیان نمایاندند.

مزایا و معایب ساختمان‌های بتنی

یقیناً به مانند سازه‌های فلزی، ساختمان‌های اسکلت بتنی نیز دارای جوانب مثبت و منفی متعددی به شرح زیر هستند:

فواید سازه‌های اسکلت بتنی

• می‌تواند درجه حرارت بسیار بالایی (آتش سوزی) را برای مدت طولانی بدون از بین رفتن تمامیت ساختار تحمل کند.
• بتن برای برطرف کردن مقابله با آتش نیازی به عایق کاری اضافی ندارد و در هنگام بروز بلایای طبیعی و دست ساز نیز به خوبی عملکرد خوب خود را حفظ می‌کند.
• نحوه اجرا و پیاده سازی ساختمان بتنی بسیار سریع‌تر از سازه فولادی است.
• ساختمان‌های ساخته شده با بتن مسلح می‌توانند در برابر بادهایی با سرعت بیش از 200 مایل در ساعت مقاومت کنند و عملکرد خوب خود را حفظ کنند.
• بتن ماده‌ای است که اغلب به صورت محلی تهیه می‌شود، بنابراین به طور معمول نیاز به صرف انرژی کمتر برای انتقال به کارگاه‌های ساختمانی دارد.
• قیمت تمام شده سازه بتنی کمتر از ساختمان فلزی است.
• در مقایسه با سازه‌های فلزی هیچ‌گونه تعمیر و نگهداری بیش از حد مورد نیاز نیست.
• دوام و طول عمر بتن بسیار بالا است و حتی با گذشت زمان و افزایش گیرش سیمان، می‌تواند انتطار مقاومت بیشتر در آینده را داشت.
• ساختمان‌های بتنی قابل شکل‌پذیری در اشکال و مدل‌های خاص است، می‌توان ستون را دایر‌ه‌ای و حتی چند ضلعی نیز طراحی کرد.
• اگر طرح لرزه‌ای لحاظ شود و ساختمان به خوبی و با دقت طراحی شود، سازه بتنی می‌تواند در برابر سنگین‌ترین نیروهای جانبی (زلزله و باد) مقاومت کند.
• سازه بتنی در شرایط محیطی سخت (رطوبت) از مقاومت بیشتری نسبت به سازه فلزی برخوردار است.
• هزینه تعمیر و نگهداری سازه بتنی کمتر از ساختمان فلزی است.

معایب سازه‌های بتنی

• با توجه به وزن مرده زیاد بتن مسلح، در ساختمان‌ها با ارتفاع زیاد ممکن است وزن سازه افزایش یابد که برای زلزله خطرناک است.
• در پایان عمر، بتن خُرد شده و بازیافت می‌شود اما مواد بازیافت شده برای بتن جدید قابل استفاده نیستند.
• بتن سیمانی می‌تواند مقدار مناسبی از نیروهای فشاری را جذب کند، اما برای کشش به اندازه کافی مناسب نیست، در حالی که فولاد می‌تواند فشار و کشش را توأمان جذب کند.
• در مناطق لرزه‌ای، به دلیل شکنندگی بتن سیمانی و انعطاف‌پذیری کم و همچینن عدم دقت در طراحی سازه، امکان ریزش مستقیم ساختمان تحت بار جانبی بزرگ وجود دارد.
• سیمانی که در بتن استفاده می‌شود، تولید‌کننده اصلی دی اکسید کربن برای گازهای گلخانه است.

انواع ساز‌ه‌های بتنی

• سازه اسکلت بتنی در وهله اول برای ساخت ساختمان‌های مسکونی، تجاری و اداری به وفور مورد استفاده قرار می‌گیرد.
• روند کنونی اتخاذ بتن مسلح برای پل‌های دهانه‌های کوچک، متوسط ​​و طولانی نیز در نظر گرفته شده است که در مقایسه با پل‌های فولادی دارای ساختارهای زیبا و اقتصادی است.
• بتن آرمه برای سازه‌های نگهدارنده آب مانند مخازن زمینی و سربار و سازه‌های هیدرولیکی مانند مناسب است. از این ماده برای ساخت گنبدهای بزرگ مخازن آب و استادیوم‌های ورزشی و سالن‌های همایش نیز استفاده می‌شود.
• استفاده معمولی از بتن مسلح در سازه‌های نگهدارنده زمین شامل فرورفتگی برای پل‌ها و دیوارهای نگهدارنده برای خاکریزی‌های نیز کاربردی است.
• کف شبکه‌های بتن آرمه شامل تیرها و تخته‌ها به طور گسترده برای پوشش مناطق بزرگ مانند سالن‌های کنفرانس که در آن فضا بدون ستون یک نیاز اساسی است مورد استفاده قرار می‌گیرد.
• صفحات تاشو بتن آرمه برای سازه‌های صنعتی مورد استفاده قرار گرفته می‌گیرد كه نیاز به وجود ستون‌ها به ابعاد بزرگ نیست.
• در مناطق ساحلی که خوردگی برای ساخت سازه‌های دریایی مانند اسکله‌ها، دیوارهای اسکله‌ای، برج‌های نگهبانی و فانوس دریایی قریب الوقوع است. برای انبارهای مناطق ساحلی، خرپاهای بتن مسلح به خرپاهای فلزی ترجیح داده می‌شوند.
• برج‌های بلند برای انتقال تلویزیون با استفاده از بتن مسلح همواره بهترین روش برای ساخت است.
• در سازه‌های اتمی به دلیل استحکام و چگالی بالاتر از فولاد برای ساخت مخازن تحت فشار، بتن مسلح انتخاب بهینه‌تری است.
• شمع‌های بتن آرمه اعم از پیش‌ساخته و یا بتن ‌ریزی در محل برای فونداسیون سازه‌های مختلف همانند پل‌ها و ساختمان‌های مسکونی و تجاری بلند مورد استفاده قرار گرفته است.

10 سازه بتنی معروف در جهان

مطمئناً می‌خواهید بدانید سازه‌های بتنی مشهور جهان کدامند، ما در زیر 10 مورد را معرفی می‌کنیم:

برج خلیفه (Burj Khalifa)

برج خلیفه، بلندترین سازه ساخت دست بشر در سیاره زمین است. اسکلت این ساختمان از بتن مسلح است. ساخت این سازهِ بلند بین سال‌های 2004 و 2010 انجام گرفته است. این بنای منحصربه فرد از شیوه طراحیش گرفته تا ساخت اعجاب‌انگیزش، همگان را تحت تأثیر قرار می‌دهد. برج خلیفه در دبی و در کشور امارات متحده عربی واقع شده است.

پنتاگون (Pentagon)

این سازه یکی از نمادهای معماری جهان و مقر فرماندهی وزارت دفاع آمریکا است. پنتاگون ساختمان بسیار عظیمی است و یکی از محبوب‌ترین سازه‌های بتنی در سراسر جهان است. گزارش شده است که در ساخت این سازه حداکثر 410،000 متر مکعب بتن استفاده شده است. این ساختمان دارای پنج ضلع است و در دهه 1940 بنا گشته است.

ساختمان اینگالز (Ingalls Building)

ساختمان اینگالز که در سال 1903 در سینسیناتی اوهایو ساخته شد، اولین آسمان خراش بتنی در جهان بود. این ساختمان 16 طبقه توسط شرکت معماری سینسیناتی الزنر و اندرسون طراحی شده است و به عنوان سرمایه گذار اصلی مالی خود به نام ملوین اینگالس نام‌گذاری شده است. این ساختمان در آن زمان یک شاهکار مهندسی جسورانه به حساب می‌آمد، اما موفقیت آن بیشتر به دلیل پذیرش استفاده از بتن در اسکلت آن بوده است.

برج کیو وان (Q1 Tower)

برج Q1 مخفف «کوئینزلند شماره یک» است که از بتن مسلح ساخته شده است و نزدیک به 322.5 متر ارتفاع دارد. این بلندترین ساختمان در استرالیا و نیم‌کره جنوبی جهان است. Q1 رسما در نوامبر 2005 افتتاح شد. این ساختمان دیدنی در جشن‌های 150 ساله ایالتی به عنوان یکی از نمادهای کوئینزلند شناخته می‌شود.

کلیسای جوبیلی (Jubilee Church)

کلیسای جوبیلی که به طور رسمی با نام Chiesa di Dio Padre Misericordioso  شناخته می‌شود، یک کلیسای کاتولیک در رُم است. به گفته ریچارد مای ، معمار آن، این بنا «جواهر درخشان پایتخت ایتالیا» است. این بنا از بتن ساخته شده است و مایر طراحی آن را در زمان فراخوان مسابقه معماری خلق کرده است.

تالار شهر بوستون (Boston City Hall)

تالار شهر بوستون، کُرسی دولت این شهر در ایالت ماساچوست آمریکا است که در سال 1968 ساخته شده است. این یک نمونه بحث برانگیز  و برجسته از معماری، بخشی از جنبش مدرنیسم است. این پروژه توسط کالمان مک کینل و کمپبل، آلدریچ و نالتی و مشاوران لمسوریایر طراحی شده است. اسکلت این بنا نیز از بتن مسلح است.

برج‌های پتروناس (Petronas Towers)

برج های پتروناس، همچنین با نام برج های دوقلوی پتروناس نیز شناخته می‌شوند که آسمان خراش‌های دوقلوی کوالالامپور در کشور مالزی هستند. این دو برج بلندترین ساختمان‌های جهان از سال 1998 تا 2004 بودند، اما همچنان به عنوان بلندترین برج‌های دوقلوی جهان باقی مانده‌اند. این بنا نیز از اسکلت بتنی ساخته شده است.

برج ویلیس (Willis Tower)

برج ویلیس که قبلاً با عنوان برج سیرز شناخته می‌شد در سال 1973 به پایان رسید و نزدیک به 25 سال رتبه بلندترین ساختمان جهان را در اختیار داشت. این آسمان خراش که در شهر شیکاگو آمریکا قرار دارد، 442 متر ارتفاع داشته و اسکلت آن از بتن مسلح است. این بنای استثنایی توسط معمار مشهور بروس گریام و مهندس سازه آن فضل الرحمن خان طراحی شده است.

پانتئون (Pantheon)

پانتئون در رم تقریباً دو هزار سال ساخته شدن، همچنان به عنوان عالی‌ترین بنای ساخته شده از بتن شناخته می شود. این گنبد از 4535 تن بتن ساخته شده است، که باعث می‌شود این ساختمان باستانی اینرسش را ایجاد کند که :« در آن زمان نحوه بتن ‌ریزی این بنا، آن هم در ارتفاعی به این بلندی و گنبدی به این عظیمی، چگونه بوده است؟»

ویلا سایتان (Villa Saitan)

ویلا سایتان مجتمع مسکونی در کیوتو ژاپن است که در سال 2006 توسط یک شرگت معماری و معندسی سازه تکمیل شده است. در یک پوسته بتنی با برش‌های عایق‌بندی شده که تقلیدی از ریشه‌ها، تنه و برگ‌های درخت است، شکل گرفته است. اسکلت این سازه پُست مدرن از بتن مسلح است.

کلام آخر

سازه‌های بتنی به هر شکلی ساخته می‌شوند، زیرا بتن برای فرم دهی مصالحی عالی است. این ساختمان‌ها علاوه بر زیبایی‌شناسی منحصربه فردشان، از نظر مقاومت و طزح لرزه‌ای ساختارهایی بسیار مفید هستند. درواقع، بتن یک ماده انقلابی برای ساخت سازه‌های ساده و حتی پیچیده است. با پیشرفت‌های چشمگیر در کیفیت سیمان و فولاد، سازه‌های اسکلت بتنی کاربردهای جدید و استفاده‌های گسترده‌تری را در قرن بیست‌ویکم تجربه خواهند داشت.