что такое металлоемкость в строительстве
Металлоемкость здания
Один из путей снижения металлоемкости конструкций,
успешно применяемый во всем мире, это совмещение функций
ограждающих и несущих конструкций в одном элементе.
Металлоемкость здания — это величина, зависящая от размеров здания или сооружения, которая измеряется в кг⁄м². Обычно металлоёмкость определяется соотношением: масса несущих металлоконструкций каркаса здания, делённая на его площадь. Чтобы определить металлоемкость здания необходимо уметь правильно посчитать размеры здания и точно определить вес металлоконструкций. А кроме того знать, как зависят между собой нагрузки и металлоемкость здания, которые должны быть максимально разумными в любом проекте, чтобы здание было прочным и надежным.
Начнем с того, что обратим внимание на внешние размеры здания: чем выше и шире здание, тем больше его металлоёмкость на квадратный метр. Утяжеление зданий происходит за счет повышения этажности, увеличения пролетов и соответственно утяжеления металлоконструкций покрытия и перекрытия, козырьков, мезонинов, фонарей. Но если заказчик хочет, чтобы здание было полегче, как тогда достигнуть уменьшения металлоёмкости?
Жизнеспособность и долговечность металлоконструкций зависит от конкретного проектировщика, который может снизить металлоемкость здания, путем перераспределения нагрузок. Например, если по ширине высотного объекта строительства дополнительно расположить металлоконструкции колонн, то металлоемкость здания уменьшится. Однако в таком проекте необходимо тщательно рассчитать расстояние между опорными металлоконструкциями, внутренние и внешние компоненты, иначе по планировочному и конструктивному исполнению получится «темный лес», малопривлекательный для посетителей. Самым приемлемым считается расстояние между металлоконструкциями колонн или по-другому «сетка колонн» — 6*6, 6*12, 6*18, 6*24, 12*24. Соблюдая простые и ограниченные размерами показатели, можно добиться оптимальной металлоемкости здания и сделать проект привлекательным и быстроокупаемым.
Металлоемкость здания зависит от приложенных нагрузок: высокие нагрузки — большая металлоёмкость, и соответственно наоборот. Все нагрузки и воздействия на металлоконструкции в проекте предварительно рассчитываются. Чтобы было понятно, о чем идет речь, напомним читателю:
Важную роль в определении металлоёмкости играет сам металл, из которого производятся металлоконструкции. Поэтому покупать готовые проекты или типовые модели быстровозводимых зданий, а также заказывать их изготовление или производство металлоконструкций нужно только у надежного поставщика (производителя).
В нашей компании все заказы грамотно оптимизируются, с учетом уникальных и типовых конструктивных решений, желаний, потребностей и возможностей клиента. Если вы хотите избежать проектных и производственных ошибок, получить в кратчайший срок здание, полностью соответствующее вашим целям — звоните или приезжайте. Наши специалисты помогут вам разобраться с металлоёмкостью и другими качественными характеристиками, а также предложат наилучшую цену за весь проект здания под ключ.
И напоследок. Не забывайте: чем больше металлоемкость здания, тем оно дороже. Однако, что окажется выгодней в вашем конкретном случае: экономия на цене или увеличенная металлоёмкость, зависит от детального технического задания, проработки конструктивных решений и точных расчетов несущих металлоконструкций. Поэтому звоните, пишите, действуете! Мы вместе с вами нацелены на наилучший результат! 391 209-09-40.
Металлоемкость конструкций ангара и как ее рассчитать
Строить быстровозводимые здания выгоднее, чем капитальные. Они возводятся намного быстрее, требуют меньше единиц спецтехники, расходуют меньше средств. Строительство задействует небольшую бригаду, а не целый отряд рабочих. Это создает ложное впечатление несерьезности технологии, чрезмерной универсальности, что приводит к пренебрежению расчетами. Однако быстровозводимые объекты должны проектироваться с не меньшей тщательностью, чем традиционные постройки из железобетона, ведь от правильности чертежей зависит несущая способность конструкций, долговечность, а главное, безопасность эксплуатации. На эти свойства напрямую влияет металлоемкость здания.
Что такое металлоемкость ангара
Низкая металлоемкость допустима в небольших ангарах, на которые не оказывается высоких ветровых, снеговых нагрузок, и внутри которых не монтируются кран-балки для ремонта крупной техники или передвижения различных объектов. Недостаточная металлоемкость приведет к обрушению постройки под воздействием ураганов/снега или к деформации под собственным весом, что ведет к повышению вероятности травм персонала, расходов на ремонт и потерю хранимой продукции или техники.
Высокая металлоемкость повышает прочность объекта, устойчивость к сильным ветрам, толстым снежным массам на крышах. Однако если толщина металлоконструкций чрезмерно завышена, либо если колонны, опоры, иные несущие элементы расположены с неоправданной частотой, близостью друг к другу, возрастает цена ангара, осложняется его использование, планировка становится более неудобной.
Главная задача проектировщиков — найти такое соотношение веса металлоконструкций и площади здания, при которых объект выдержит все климатические условия региона, где он расположен, и эксплуатационную нагрузку.
От чего зависит металлоемкость ангара
Самый очевидный фактор, от которого зависит металлоемкость — габариты постройки. Количество металла на квадратный метр площади тем больше, чем шире, длиннее и выше сооружение. Большие размеры повышают требования к выносливости несущих конструкций, что дополнительно повышает металлоемкость.
Также на металлоемкость конструкций влияют:
Наконец, металлоемкость напрямую зависит от инженеров, грамотности проведения расчетов, умения адаптировать технологию быстровозводимого строительства под конкретные нужды заказчика.
В свою очередь металлоемкость оказывает влияние не только на сумму, которую придется потратить на строительство, но и на вес здания, что повлияет на тип фундамента. Если емкость окажется избыточной, кроме денег израсходуется время — придется заливать железобетонное основание, на полное затвердевание которого иногда уходит более месяца, и объект перестанет быть быстровозводимым.
Как рассчитать металлоемкость и что учитывать
Металлоемкость каркаса быстровозводимых зданий рассчитывается разными методами, однако они дают приблизительно одинаковый результат с небольшим расхождением. Самостоятельные вычисления дают возможность оценить, насколько адекватно проектировщики рассчитали количество металлоконструкций. Это полезно для контроля строительных процессов. При незначительной разнице для тревоги нет оснований, но если результаты отличаются существенно (обычно они оказываются завышенными), лучше уточнить, не пытается ли производитель ангара перестраховаться, заложив повышенную несущую способность, и задуматься, нет ли у него стремления взять более высокую плату, чем того требует запрос заказчика.
Стандартные расчеты металлоемкости проводятся согласно положениям СНиПов и иных действующей нормативной документации.
Обычно вычисления ведутся по формуле:
g = [0,1 + 0,03 × (9,81 + К1× (H/L) × К2) × (1 + 0,01 × H)] × K3/0,00981.
Здесь:
Формула предполагает, что металлоконструкции изготовлены из черновой стали.
Значения ветровых и снеговых нагрузок содержатся в таблицах нормативных документов, включая ГОСТ Р 56728-2015. Они уже рассчитаны — достаточно найти в таблицах свой город и определить, к какому из восьми регионов, для которых характерны свои нагрузки, он относится.
Также учитывается тип местности:
Приведенный способ вычисления подходит одноэтажным ангарам. Если рассчитывается металлоемкость многоэтажных зданий, учитываются опорные конструкции каждого этажа. Для определения общей массы объекта с несколькими этажами, значение, полученное по этой формуле, умножается на площадь внутреннего пространства с поправкой на этажность.
Иногда приходится дополнительно учитывать козырьки, фонари, мезонины, прочие вспомогательные объекты, входящие в конструкцию здания. Утяжеляют и, соответственно, повышают металлоемкость рост числа пролетов, повышение толщины металлопрофиля для перекрытий, других несущих элементов.
Оптимальные параметры металлоемкости
Проектировщики постоянно оптимизируют металлоемкость, чтобы сохранить способность здания выдерживать заданные нагрузки, но уменьшить цену строительства и количество задействованного металла. Один из способов снижения металлоемкости — изменить расстояние между опорами, внутренними и внешними колоннами. Важно стремиться к тому, чтобы они располагались удобно для персонала и посетителей.
Наиболее удобным считается такой шаг между колоннами (он же называется «сеткой колонн»):
Чем чаще расставлены опоры, тем неудобнее планировка внутри ангара. Порой для увеличения расстояния между колоннами для сохранения несущей способности увеличивают толщину профиля — и это сохраняет металлоемкость на том же уровне или ведет к его уменьшению.
Другой способ оптимизации толщины и суммарного веса металла — совмещение функций ограждающих и несущих конструкций в одном строительном элементе.
Также для уменьшения металлоемкости инженеры задействуют балки с переменным сечением. Нижняя часть ангара подвергается более высоким нагрузкам, так как на нее давит весь вес постройки, поэтому здесь несущие конструкции делают утолщенными. Верхняя часть испытывает меньше давления от самого здания, что дает возможность установить здесь более тонкий металлопрофиль.
Оптимальными считаются такие значения металлоемкости:
Однако стремление к чрезмерной оптимизации не всегда допустимо. Так, высокие значения металлоемкости необходимы при повышенных требованиях к безопасности здания — например, если строится атомная станция или схожий по значимости объект, в который важно заложить как можно больший коэффициент запаса прочности.
Лучше не покупать готовые проекты или типовые чертежи — они разработаны максимально усредненными, иногда непонятно, под какой тип металла их рассчитали. Чтобы получить такое быстровозводимое здание, в котором металлоемкость, конфигурация несущих конструкций и цена наиболее удачно сбалансированы, лучше обращаться в проверенную строительную компанию с хорошей репутацией «Технолок». Будем рады ответить на ваши вопросы.
Металлоемкость ангаров
 |
Одним из важных критериев при расчете строительства ангаров является их металлоемкость. Данный показатель позволяет оценить вес используемых металлоконструкций на один квадратный метр площади ангара. Существует несколько различных формул расчета металлоемкости, но все они дают приблизительно схожие результаты. Ниже вы сможете ознакомиться с формулой расчета металлоемкости, а также воспользоваться нашим калькулятором.
Мы работаем по всей России. Оставьте заявку на расчет стоимости ангара на нашем сайте, сравните сметы разных компаний и выберите лучшее предложение.
Расчет по приведенной ниже формуле основан на эмпирической методике и дает приблизительный результат, так как при расчете металлоемкости необходимо учитывать целый ряд факторов, которые в формулу не заложены. В расчет заложены средние показатели согласно СНИП других нормативных документов.
В расчете металлоемкости необходимо учитывать:
Формула расчета металлоемкости ангара
Для расчета будем использовать формулу:
g =[0.1 + 0.03*(9.81 + K1 *( H / L )* K2 )*(1+0.01* H )]* K3 /0.00981, где
g – удельный расход металла на 1 кв.м.
Н – высота ангара
L – ширина ангара
K1 – коэффициент, учитывающий тип сооружения
K2 – коэффициент, учитывающий снеговую и ветровую нагрузку
K3 – коэффициент, учитывающий тип используемой стали
Посмотреть ветровой район вашего региона можно на странице «Ветровые нагрузки и ветровые районы по городам России».
Ширина и длина ангара учитывается при расчете веса металлоконструкций всего ангара. Для этого вычисляем общую площадь ангара (ширину умножаем на длину) и умножаем на полученное значение металлоемкости. Этажность в данном расчете не учитывается, так как исходим из того, что ангары преимущественно одноэтажные строения. Но если вам необходимо провести расчет тоннажа многоэтажного прямостенного ангара, то полученное значение металлоемкости необходимо умножить на площадь помещения с учетом количества этажей.
Приведенный расчет является приблизительным, основанным на эмпирических данных. Получить точное значение металлоемкости любого быстровозводимого ангара можно лишь опираясь на данные проектной документации. Но полученное значение вы можете использовать для контроля подрядной или проектной организации, чтобы сверить полученные значения с расчётными показателями в проекте. Если различия будут существенными, то стоит задуматься и правильности заложенных в проект конструктивных решениях.
Следует ориентироваться на средние расчетные показатели для данного типа сооружений. Низкий уровень металлоемкости может говорить о недостаточной несущей способности здания. А высокий, наоборот, об излишней, что приводит к удорожанию конструкции, но иногда такой показатель обоснован повышенными требованиями безопасности к сооружению.
Огромное влияние на показатель металлоемкости ангара оказывает конструктивное решение. Сюда входит и количество и шаг колонн, тип ферм, особенности креплений и т.д.
Но мир не стоит на месте. Производители стремятся снизить металлоемкость конструкций современных зданий и поэтому постоянно совершенствуют металлоконструкции, облегчая их при сохранении несущей способности. Так, в последнее время стали внедрять балки с переменным сечением. Так как нижняя часть несет большую нагрузку, то здесь предусматривается большее утолщение, а по мере возвышения профиль делается тоньше.
Масса и металлоемкость конструкций
Масса имеет наибольшее значение в транспортном машиностроении, особенно в авиации, где каждый лишний килограмм уменьшает полезную грузоподъемность, скорость и дальность действия. В общем машиностроении уменьшение массы машин означает снижение расхода металла и стоимости изготовления.
Наибольшие возможности экономии металла заложены в снижении массы изделий массового выпуска. Это не освобождает от необходимости добиваться снижения массы машин единичного и малого выпуска, поскольку суммарный их выпуск составляет значительную долю всей машиностроительной продукции.
Следует оговориться, что уменьшение массы конструкции не является безусловной самоцелью. Расходы на материал составляют в общем небольшую часть стоимости машин и очень мало влияют на экономический эффект за все время эксплуатации машины, который зависит главным образом от надежности машины. Если уменьшение массы сопряжено с опасностью уменьшения надежности машины, то целесообразно, особенно в общем машиностроении, сдержать тенденцию к снижению массы. Лучше иметь несколько более тяжелую машину, но надежную.
Сравнительные качества машин одинакового назначения оценивают показателем удельной массы, представляющей собой частное от деления массы m машины на основной параметр машины.
Для машин-генераторов основной показатель — удельная масса
где N — мощность агрегата.
Этот показатель учитывает степень конструктивного совершенства машины, а также степень применения легких сплавов и неметаллических материалов.
У двигателей внутреннего сгорания удельная масса имеет следующую величину: для стационарных 10—20, судовых 4—10, автомобильных 2,5—9,5, авиационных 0,7—1,0 кг/кВт.
В транспортном машиностроении для характеристики качества конструкции применяют отношение массы конструкции к полезному грузу. Этот показатель для судового транспорта равен 20—30, железнодорожного 10—20, автотранспорта 3—5 и для самолетов 1,2—2,5. Качество конструкции металлорежущих станков оценивают отношением массы станка к номинальной мощности приводного двигателя (показатель невыразительный, потому что он не учитывает степень использования номинальной мощности, а также производительность станка).
Совершенство конструкции редукторов характеризуют отношением их массы к передаваемому крутящему моменту или к произведению передаваемой мощности на передаточное число (степень редукции).
Пусть две машины одинаковых размеров и с одинаковыми параметрами изготовлены одна преимущественно из стали и чугуна, а другая — из легких сплавов (алюминиевых). Очевидно масса второй машины меньше массы первой приблизительно во столько раз, во сколько раз плотность тяжелых материалов больше плотности легких (в данном случае приблизительно в 2 раза). Металлоемкость, рассматриваемая как количество вложенного в машину металла, у них одинаковая.
Так как машины обычно изготовляют из металлов с различной плотностью, то в общем случае показатель удельной металлоемкости имеет вид
где ∑m1, ∑m2 — суммарные массы деталей, изготовленных соответственно из материалов плотностью γ1, γ2, …, N — основной параметр машины.
Уменьшения массы с параллельным снижением металлоемкости добиваются приданием деталям рациональных сечений и форм, целесообразным использованием прочности материалов. применением прочных материалов, рациональных конструктивных схем, устранением излишних запасов прочности, заменой металлов неметаллическими материалами.
Комплекс градостроительной политики и строительства города Москвы
Металлокаркасы современных зданий – битва технологий
Поделиться
Подписывайтесь на Stroi.mos.ru
Причем, в самих понятиях нет единства, которое можно было наблюдать еще лет 15-20 назад.
Битва за металл
До 2012 года российский рынок металлоконструкций рос весьма заметными темпами – до 15% в год. Однако кризисные явления в отечественной и мировой экономике, окончание реализации крупных инфраструктурных проектов затормозили развитие отрасли. Объем потребления металлоконструкций в последние три года составил 1,8 млн т – это на 20% меньше, чем в 2012 году.
Тем не менее, в стране до сих пор не хватает достоверной статистики по тем или иным видам металлоконструкций, по секторам их применения, информации о производственных возможностях и об оснащенности заводов. Отметим, что в 2015 году Ассоциация по развитию стального строительства (АРСС) сделала первый шаг по заполнению вакуума информации, сформировав «Каталог производителей металлических конструкций».
Но в любом случае, и без каталога очевидно, что любой металлокаркас в одинаковой степени требует квалифицированной проектной разработки, производства и монтажа конструкций. Преимущества или недостатки технологий определяются лишь функционалом и конкретными условиями строительства, поэтому ориентироваться необходимо на компании с многолетним брендом, то есть наработанным багажом объектов. Как правило, именное «клеймо» предполагает полный цикл работ, включая услуги специальной лаборатории по проверке металлопроката на входе и металлоконструкций на выходе производственного процесса.
Разбор по понятиям
Сегодня в информационном поле существуют две схожих технологии строительства: ЛМК (легкие металлические конструкции) и ЛСТК (легкие стальные тонкостенные конструкции).
Различия между ЛМК и ЛСТК заключаются в разнице весе за счет использования различного по характеристикам металла. В технологии ЛСТК используют, как правило, оцинкованный металл толщиной до 4 мм. Необходимая несущая способность металлокаркаса достигается за счет специальной формы профилей, которые при малом весе способны выдерживать возложенные на них нагрузки. Отметим, что технология была разработана в 50-х годах 20 столетия в Канаде для строительства большого количества малоэтажных домов, соответствующих климатическим условиям севера Америки.
Технология же ЛМК подразумевает использование в качестве несущего каркаса горячекатаный черный металл (двутавры, швеллера, уголки, квадратные и круглые трубы) толщиной более 4 мм.
Здания, запроектированные на основе ЛСТК, монтируются с помощью специальных высокопрочных саморезов, монтаж зданий из ЛМК производится с помощью сварки, либо с применением болтов, включая высокопрочные.
Легче, еще легче
Технология ЛСТК прочно вошла в строительную практику благодаря своим очевидным преимуществам. Главное – наибольшей легкости относительно всех иных вариантов из тяжелого металла, дерева или клееного деревянного бруса. Так, масса 1 кв. м стены из ЛСТК без внешней отделки составляет в среднем 53 кг, а ферма с рабочим пролетом 9 м весит 70 кг.
Исходными составляющими ЛСТК являются металлические профили, имеющие сечение в форме букв С, U, Z и изготовленные из оцинкованной горячим способом стали. «Изюминкой» несущих конструкций стен считается термопрофиль, в стенках которого, в шахматном порядке прорезаны многочисленные сквозные канавки. Из-за этого путь теплового потока по перемычкам между канавками резко увеличивается, а площадь сечения потока уменьшается. В результате количество теряемого тепла существенно снижается.
Однако при этом ослабляются прочностные показатели профиля (в том числе на сопротивление по изгибу, скручивание и продольную устойчивость). Поэтому для обеспечения жесткости каркаса здания его конструкцию приходится тщательно обдумывать и просчитывать. При этом используются специфические элементы, такие как панельные фермы, жесткие диски перекрытий, краевые балки, узлы креплений в фермах перекрытий и крыши. Термопрофили комбинируются с обычными тонкостенными профилями, с толщиной стенки 1-1,5 мм.
Тяжелые аргументы
У заказчика, при выборе той или иной технологии, возникает проблема достоверности информации. Например, много игроков рынка ориентировано на выпуск ЛСТК из оцинкованного проката толщиной менее 4 мм. Применение их нормативно не урегулировано, поэтому такие компании часто сталкиваются с проблемой государственной экспертизы реализованных проектов и не могут в срок ввести в строй объекты. Также есть риск, что отдельные игроки используют европейские практики проектирования ЛСТК, европейское программное обеспечение без учета российских климатических условий, ветровых и снеговых нагрузок.
Следует отметить, что со стороны производителей ЛМК на технологию ЛСТК идет серьёзный, порою аргументированный, а зачастую и не очень «наплыв», с попыткой доказать несостоятельность ЛСТК при устройстве полноценных каркасных зданий, тем более когда на этом фоне у «тяжелых» металлокаркасов есть преимущества, которые необходимо учитывать при реализации проектов, а именно:
Владислав Васильев, генеральный директор «Северсталь Стальные Решения» поделился своим наблюдением: «. Металлоемкость в расчете на 1 кв. м при использовании ЛСТК меньше, но разница в стоимости металла, применяемого для таких конструкций, – она более чем на 30% выше, чем для технологии МК. Например, мы уже сейчас имеем в своем портфеле складские здания из МК, где металлоемкость выше чуть более чем на 15% в сравнении с ЛСТК, но за счет разницы используемого металла в целом их стоимость ниже на 10%».
Тем не менее, даже руководитель подразделения, производящего ЛМК далее отмечает: «. Все зависит от конкретных условий строительства и проекта. Если говорить в целом о рынке, то ЛСТК находит все большее применение в сельском хозяйстве, при строительстве небольших складов, с пролетом до 24 метров, а также небольших, до 3 этажей, торгово-офисных зданий. Крупные же торговые центры, промышленные здания, складские помещения с крановым оборудованием эффективнее и безопаснее строить из МК».
