ما الفرق بين الهيكل الفولاذي والهيكل الخرساني؟

عند اختيار المواد في مرحلة التصميم الأولي، غالباً ما يأخذ العملاء في الاعتبار احتياجاتهم الخاصة في البناء، ولكنهم لا يعرفون أي المواد الهيكلية هي الأنسب لمبانيهم ومناطقهم. في هذا المقال، ستوضح شركة Suzhou Wujiang XTD Steel Structure Engineering Co., Ltd. الفروق الجوهرية بين الهيكل الفولاذي والهيكل الخرساني وخصائص كل منهما من حيث القوة، والمرونة، والاستدامة، والتكلفة، وسرعة التنفيذ.

الخصائص:

تتميز الهياكل الفولاذية بكونها أكثر كفاءة في استهلاك الطاقة وأكثر صداقة للبيئة مقارنةً مع الهياكل الخرسانية.
فهي توفر قوة شد عالية، ومقاومة ممتازة للزلازل، وسرعة بناء تفوق الأنظمة التقليدية. يتميز الفولاذ أيضاً بمرونته العالية ومتانته مع كثافة منخفضة نسبياً، مما يمنح المصممين حرية أكبر في إنشاء مساحات واسعة وخفيفة الوزن.

في المقابل، يعتمد الهيكل الخرساني على مزيج من الأسمنت والركام والماء، ويُعرف بمتانته العالية ومقاومته للعوامل الجوية. إلا أن وزنه الثقيل وحجمه الكبير يجعلان من الصعب استخدامه في المشاريع التي تتطلب امتدادات كبيرة أو تصميمات خفيفة.
تتيح الهياكل الفولاذية تحقيق تصميمات مرنة وفعالة، خاصة في الأبنية التجارية والصناعية، بينما توفر الهياكل الخرسانية استقراراً وصلابة على المدى الطويل في المباني السكنية والبنية التحتية.

إذا أراد مبنى خرساني أن يحقق نفس الامتداد الذي توفره الهياكل الفولاذية، فعليه زيادة أبعاد الأعمدة والعوارض، مما يؤدي إلى تقليل المساحة الداخلية وزيادة الوزن الكلي للمبنى.
أما الهيكل الفولاذي، وبفضل مرونته، فيمكنه امتصاص طاقة الزلازل بكفاءة من خلال التشوه المرن لعناصره، مما يجعله أكثر أماناً في المناطق الزلزالية مقارنة بـالهيكل الخرساني الذي قد يتعرض للتشققات والانهيارات.

التركيب:

الهيكل الخرساني: تتطلب عملية بناء الهيكل الخرساني مراحل طويلة تشمل تركيب القوالب وصب الخرسانة وانتظارها حتى تتصلب.
كما تتطلب تجهيز حديد التسليح وتشكيله وربطه لتكوين الإطار الداخلي للمبنى، وهي عملية معقدة تحتاج إلى عمالة كثيفة ووقت طويل.
رغم ذلك، فإن الهياكل الخرسانية توفر مقاومة ممتازة للحريق وتقل فيها الحاجة إلى الصيانة المتكررة.

الهيكل الفولاذي: يتم تصنيع مكونات الهيكل الفولاذي مسبقاً في المصانع وفقاً لأعلى معايير الدقة، ثم تُنقل إلى الموقع لتُجمع بسرعة باستخدام البراغي واللحام.
توفر هذه الطريقة سرعة تنفيذ كبيرة، وجودة عالية بفضل التصنيع الآلي، وتقلل من الهدر في المواد، مما يجعلها خياراً مفضلاً للمشاريع التي تتطلب سرعة في الإنجاز ودقة في التنفيذ.

【الهيكل الفولاذي مسبق الصنع في المجمع الصناعي لبطاقات البنوك بشنغهاي】

الاختلافات:

من حيث الحصول على المواد الخام، وعلى الرغم من أن إنتاج الفولاذ يستهلك طاقة، إلا أن تطور التكنولوجيا الحديثة جعل معدل الاستفادة من موارده أعلى بكثير.
تتميز الهياكل الفولاذية بسهولة إعادة التدوير وسرعة البناء، مما يقلل من مدة تشغيل المعدات في الموقع ويخفض استهلاك الطاقة.
وعند انتهاء عمر المبنى، يمكن تفكيك الهيكل الفولاذي بسهولة وإعادة استخدام معظم عناصره، مما يقلل من النفايات الإنشائية ويُحافظ على البيئة.
كما أن وزنها الخفيف يجعل عملية النقل أكثر توفيراً للطاقة.

أما الهياكل الخرسانية فتتطلب في إنتاجها كميات كبيرة من الموارد غير المتجددة مثل الحجر الجيري لصناعة الأسمنت.
كما أن التخلص من مخلفات الخرسانة بعد الهدم يُعتبر تحدياً بيئياً، إذ تُنقل عادة إلى مكبات النفايات، مما يسبب ضغطاً إضافياً على البيئة.
ورغم أن الهيكل الخرساني يتميز بمتانة عالية ومقاومة ممتازة للحريق، إلا أن تكاليف الصيانة والإصلاح مع مرور الزمن تكون أعلى من الهيكل الفولاذي الذي يمكن تجميعه أو تعديله بسهولة.

في المباني الواقعة في المناطق المعرضة للزلازل، يتمتع الهيكل الفولاذي بقدرة فائقة على الحفاظ على تماسكه الهيكلي أثناء الاهتزازات الأرضية، مما يزيد من احتمالية نجاة السكان.
أما الهيكل الخرساني، فهو أكثر هشاشة وقد يتعرض للتشققات والانهيار عند الصدمات الشديدة، ما يجعل الهياكل الفولاذية أكثر أماناً في تلك البيئات.

الخلاصة:

يتمتع كل من الهيكل الفولاذي والهيكل الخرساني بمزاياه الخاصة التي تجعله مناسباً لأنواع مختلفة من المشاريع.
يُفضل استخدام الهيكل الفولاذي عندما تكون السرعة والدقة والتصميمات خفيفة الوزن أولوية، بينما يُعد الهيكل الخرساني خياراً مثالياً للمباني التي تتطلب صلابة ومتانة طويلة الأمد.
ولتحقيق أفضل النتائج، يجب على المهندسين والمصممين اختيار النظام الإنشائي الأنسب بناءً على احتياجات المشروع، وميزانيته، وفترة التنفيذ لضمان توازن مثالي بين الأمان والوظيفة والاقتصاد.