Jaki szkielet lepiej wybrać: metalowy czy żelbetowy?

Rauta wraz z Ukraińskim Centrum Konstrukcji Stalowych przeprowadziła analizę porównawczą konstrukcji szkieletu budynku produkcyjno-magazynowego, której celem było określenie najlepszego rozwiązania dla klienta pod względem kosztów i czasu produkcji, dostawy i montażu.

Do porównania technologii konstrukcji szkieletowych wybrano budynek magazynowy o powierzchni 1 900 m², który ma zostać zbudowany w obwodzie kijowskim. Obiekt ma schemat dwuprzęsłowy (18+18 m) z centralnie umieszczoną osią słupów. Budynek ma klasę konsekwencji CC2, a jego żywotność wynosi 50 lat.

Metalowy szkielet wykonany z konstrukcji spawanych

Ogólny schemat metalowego szkieletu

Rozwiązania konstrukcyjne metalowego szkieletu:

• Schemat składa się ze słupów sztywno zamocowanych w fundamentach i zawiasowych wiązarów dachowych
• Fundamenty pod słupy są monolityczne, słupowe
• Słupy są montowane w rozstawie 6,6 m w kierunku wzdłużnym i 6 m na końcach budynku.
• Słupy wykonane z walcowanych na gorąco ceowników są rozmieszczone co 400 mm w rzędach kratownic i spawane w skrzynkę na końcach budynku.
• Kratownice o rozpiętości 18 m wykonane ze spawanych profili kwadratowych, belki dachowe na końcach budynku i dźwigary z ceowników walcowane na gorąco.
• Płatwie dachowe są montowane w odstępach co 3 m zgodnie ze schematem podziału.
• Poziome ściągi wzdłuż górnego pasa kratownic i ściągi pionowe wykonane z profili gięto-spawanych.
• Materiał konstrukcji szkieletu – stal klasy C245 i C255

Metalowy szkielet wykonany z lekkich stalowych konstrukcji cienkościennych (LSKC)

Rozwiązania konstrukcyjne szkieletu z LSKC:

• Schemat jest wykonany ze sztywno zamocowanymi słupami w fundamentach i przegubowymi wiązarami dachowymi
• Fundamenty pod słupy są monolityczne, słupowe
• Słupy są montowane w rozstawie 4 m w kierunku wzdłużnym i 6 m na końcach budynku.
• Słupy wykonane z ocynkowanych, sparowanych profili Σ.
• Kratownice o rozpiętości 18 m wykonane z ocynkowanych profili Σ, belki dachowe na końcach budynku i dźwigary wykonane z ocynkowanych profili C.
• Płatwie dachowe są montowane w odstępach co 1,5 m zgodnie ze schematem
• Poziome ściągi wzdłuż górnego pasa wiązarów i ściągi pionowe wykonane z ocynkowanych profili LSKC
• Materiał konstrukcji szkieletu – stal klasy C355

Prefabrykowany szkielet żelbetowy

Ogólny schemat szkieletu żelbetowego

Rozwiązania konstrukcyjne prefabrykowanego szkieletu żelbetowego:

• Rozstaw słupów wynosi 4,2 i 6 m w kierunku podłużnym oraz 6 m na końcach budynku.
• Fundamenty pod słupy typu kielichowego
• Belki o rozpiętości 18 m mają przekrój dwuteowy, a o rozpiętości 6 m – prostokątny.
• Żelbetowe płatwie dachowe, instalowane w odstępach co 3 m.

Porównanie kosztów*

*Średnie ceny rynkowe z VAT na czerwiec 2024 r.

** Zużycie stali podane z uwzględnieniem odpadów technologicznych, które wynoszą około 5%, i nie obejmuje kosztów metalu na konstrukcje drugorzędne, takie jak ściany, bramy, drzwi, okna, schody itp.

*** Koszty nie obejmują kosztów elementów wykończenie, elementów osadzających, drugorzędnych konstrukcji ścian, bram, drzwi, okien, schodów itp.

Zgodnie z wynikami analizy, całkowity koszt spawanego szkieletu metalowego jest o 14% niższy, a koszt LSCK jest o 22% niższy niż koszt prefabrykowanych konstrukcji żelbetowych, i wynoszą odpowiednio 1 014 tys. hrywien i 1 801 tys. hrywien.

Znaczne oszczędności w budżecie budowy przy zastosowaniu konstrukcji stalowych uzyskuje się poprzez zmniejszenie kosztów spawanych konstrukcji szkieletowych o 7,4%, fundamentów o 34,5%, kosztów logistyki o 42,5% i prac instalacyjnych o 20%. W przypadku LSKC oszczędności na kosztach szkieletu w porównaniu z konstrukcjami żelbetowymi wynoszą 14,6%, fundamentów – 29.2%, kosztów logistyki – 57%, a prac instalacyjnych – 29,4%.

Koszt montażu szkieletów został obliczony dla budynku o klasie odporności ogniowej REI 15 bez dodatkowej ochrony przeciwpożarowej. W przypadku konieczności zapewnienia odporności ogniowej konstrukcji nośnych na poziomie REI 30, konstrukcje metalowe będą wymagały zabezpieczenia przeciwpożarowego, co zrówna ich cenę z żelbetem, który w tym przypadku nie będzie wymagał dodatkowego zabezpieczenia. Jeśli wymagania dotyczące odporności ogniowej zostaną zwiększone do REI ≥ 60, całkowity koszt rozwiązań metalowych może stać się droższy niż żelbetowych, niemniej jednak inne zalety konstrukcji stalowej pozostaną.

Dodatkową zaletą stosowania metalowych szkieletów jest szybki czas produkcji, który od czerwca 2024 r. wynosił średnio 1,5 miesiąca w porównaniu do 6 miesięcy w przypadku prefabrykowanego szkieletu żelbetowego. Pozwala to klientowi szybciej zbudować obiekt i wcześniej otrzymać zwrot z inwestycji.

Ponadto montaż elewacji i dachów w przypadku szkieletów metalowych jest prostszy i nie wymaga dodatkowych elementów osadzających jak w przypadku konstrukcji żelbetowych. Fakt, że stalowy szkielet w 98% nadaje się do recyklingu lub może być ponownie wykorzystany, oznacza, że budynek o konstrukcji stalowej jest zgodny z zasadami zrównoważonego rozwoju, co zwiększa jego atrakcyjność inwestycyjną i liczbę punktów do certyfikacji LEED i BREEAM.