Несмотря на огромные шаги, сделанные с начала 2000-х годов в области быстровозводимых конструкций, многие заказчики предпочитают строить по старинке, с помощью материалов и технологий, опробованных еще в 50-60-х годах прошлого века. И хотя они действительно доказали свою надежность и «живучесть», это не очень убедительный предлог для отказа от инноваций в строительстве и от экономии ресурсов, которые несут современные решения.
Основные подходы к экономии на металлоконструкциях
Экономия при возведении зданий и сооружений с применением строительных металлоконструкций может складываться в очень внушительные суммы только за счет оптимизации процесса, выбора определенных материалов и технологий. Вот лишь некоторые современные подходы к производству металлоконструкций для строительства, а также их преимущества и ограничения:
- Модульное строительство. Включает предварительное производство зданий или их частей на заводе. Затем модули доставляют на строительную площадку и собирают в единое целое.
- скорость — здания и сооружения можно собирать быстрее, так как одновременное выполнение некоторых процессов (производство модулей и подготовка фундамента) сокращает общее время строительства;
- контроль качества — модули производят в контролируемых условиях, что позволяет достичь более высокого качества;
- уменьшение количества отходов — за счет оптимизации производственного процесса снижается объем ненужных остатков.
К ограничениям подхода относят сложности с доставкой модулей и готовых металлоконструкций, а также повышенные транспортные расходы.
- Сборные конструкции (предварительно изготовленные). Производят на заводе и затем доставляют на строительную площадку для монтажа.
- скорость монтажа — быстрое соединение заранее подготовленных элементов сокращает время строительства на площадке;
- снижение риска разрушений — на заводе сборные металлоконструкции проходят контрольные испытания, и это снижает риск некачественного монтажа.
К минусам такого решения относят большие сроки поставки на объект и ограниченные возможности для дизайна.
- Автоматизация процессов производства. Внедрение автоматизированных линий для сварки, резки и сборки металлоконструкций.
- повышенная производительность — автоматика значительно увеличивает скорость и точность выполнения задач;
- снижение трудозатрат — уменьшается объем физического труда и повышается безопасность работ.
Подход предполагает высокие первоначальные инвестиции в технологии и обучение сотрудников. Кроме того, не всегда удается легко интегрировать новые технологии в существующие производственные цепочки.
- Применение высокопрочных сталей. Высокопрочные стали (например, С355 и выше) позволяют создавать более легкие и при этом надежные металлоконструкции.
- уменьшенная масса изделий — за счет высокой прочности можно сократить вес конструкции, что снижает затраты на фундамент, монтаж и транспортировку;
- увеличение пространства — более тонкие элементы позволяют создавать большие пролетные конструкции и открытые пространства внутри зданий.
Данный подход к изготовлению металлоконструкций потребует высоких расходов на материалы, а также на обработку с применением специальных технологий и оборудования для высокопрочной стали.
- Использование типовых решений. Металлоконструкции по индивидуальным проектам обходятся дороже стандартных изделий, так как требуют особой настройки оборудования, обучения персонала, специально разработанной конструкторской документации.
Метод характеризуется высокой скоростью производства изделий, однако ограничивает дизайнерские решения.
Каждое из предложенных направлений имеет свои сильные и слабые стороны. Для успешной реализации проектов следует учитывать требования конкретного плана строительных работ, бюджет, временные рамки и возможности производства. Это позволит сделать оптимальный выбор технологий и методов, минимизируя затраты и обеспечивая высокое качество конечного продукта.
Снижение металлоемкости
Металлоемкость — это соотношение массы затрачиваемого металла на 1 квадратный метр производимой из него конструкции. На текущий момент стандартным считается расход 45 кг сплава на метр.
Оптимизация металлоемкости заключается в исключении избыточного расхода металла при сохранении прочности самой конструкции и срока ее эксплуатации. Благодаря использованию более легких и высокопрочных сплавов возможно уменьшить толщину изготавливаемых конструкций и снизить уровень металлоемкости до 25-35 кг на квадратный метр. Срок эксплуатации помогут увеличить защитные антикоррозийные покрытия.
Какие способы снижения металлоемкости существуют
Оптимизацией металлоемкости должны заниматься профессионалы: проектные бюро, конструкторские подразделения заводов-изготовителей, специализированные научно-исследовательские институты, занимающиеся вопросами материаловедения в строительстве. Однако несколько способов уже известны и успешно используются при инженерных расчетах металлоконструкций:
- Определение оптимального размера сечения деталей.
Толщину стенки трубного проката и других элементов, даже с учетом запаса прочности, зачастую можно уменьшить без ущерба для прочности и долговечности конструкции. С этой целью в ходе проектирования учитывают не только силовую нагрузку на деталь, но и условия эксплуатации, включая погодный профиль местности и региональный климат.
- Оптимизация конструктивных особенностей изделия.
Здесь возможно изменение конфигурации деталей, схем монтажа, количества крепежных элементов и других параметров строительных металлоконструкций.
- Использование легких и прочных сплавов.
Такой металлопрокат позволяет получать конструкции требуемой прочности даже при снижении металлоемкости. Легкие сплавы широко используются в каркасных и модульных конструкциях, позволяя создавать легкие и долговечные быстровозводимые здания.
Уменьшение количества используемого металла дает экономию сразу по нескольким основаниям:
- Снижается себестоимость производства металлоконструкций.
- Уменьшаются расходы на транспортировку и погрузочно-разгрузочные работы, стоимость которых зависит от веса продукции.
- Сокращаются трудозатраты на монтаж/демонтаж конструкций и, соответственно, общая стоимость человеко-часов.
- За счет меньших несущих нагрузок фундамент может быть более экономичным (а в строительстве его стоимость составляет до 30% от общих затрат).
Основные разработки для оптимизации строительства металлоконструкций
Среди современных разработок в области производства металлоконструкций существует немало решений, позволяющих снизить вес сооружения и таким образом оптимизировать затраты на строительство. К основным таким решениям можно отнести:
- ЛСТК (легкие стальные тонкостенные конструкции) — конструкции, изготовленные из легких стальных профилей с небольшой толщиной стенки. Широко применяются в строительстве благодаря невысокой стоимости, малому весу при высокой прочности, небольшой металлоемкости.
- Гнутые Z-, U-, C-профили — стальные профили, изготовленные по технологии холодного проката. Внешне их форма напоминает буквы Z, U и C. Все профили отличаются малым весом при высокой прочности, что упрощает их транспортировку и монтаж, позволяет снизить расход стальных элементов без потери жесткости конструкции.
- Гофробалки — это строительные элементы, представляющие собой волнистые балки. Гофрированная форма значительно увеличивает жесткость элементов и устойчивость к деформациям, что позволяет использовать их в конструкциях с высокими нагрузками.
- Балки переменного сечения — это балки, у которых геометрические размеры (ширина, высота и форма) изменяются вдоль их длины. Такие изделия используются в различных инженерных и строительных конструкциях, включая мосты, здания, кровли.
- Пространственные каркасы — конструкции из стальных, железобетонных или других материалов, обеспечивающие прочность и устойчивость зданий, мостов и других объектов. Формируют пространственную структуру, способную воспринимать нагрузки в трех измерениях.
- Облегченные фермы с комбинированной сталью — конструктивные элементы, используемые в строительстве долговечных и экономичных пространственных систем. Такие фермы разработаны с целью достижения оптимального соотношения между прочностью и весом.
Оптимизация расходов в строительстве быстровозводимых зданий и сооружений, в первую очередь, заключается в выборе наиболее подходящей для конкретного объекта технологии или разработки. Однако всегда стоит помнить о сопутствующих расходах на транспортировку и монтаж, стоимость которых может свести «на нет» все усилия по экономии бюджета проекта.
