Información detallada sobre los costos y decisiones en el material estructural

Planificación de costos a través de las etapas de diseño

Una vez que se completa el proceso inicial de selección de opciones y se ha establecido la configuración del edificio o edificación propuesta, generalmente se toma la decisión sobre el material de la estructura. Sin embargo, el diseño aún no habrá progresado lo suficiente como para preparar información detallada de costos en productos y sistemas individuales, lo que requiere la presentación de costos como una tasa por m² de área bruta de piso interno basada en el ajuste de rangos de costos típicos para edificios similares.

Haz celular con múltiples conductos de servicio

A medida que el diseño se desarrolla y hay más información disponible, la metodología de planificación de costos cambia y es posible cuantificar los materiales clave y probar las asignaciones iniciales hechas en las etapas de diseño del esquema contra el edificio real.

Durante el cálculo detallado del costo del acero estructural, se deben considerar una serie de factores junto con el volumen general de materiales, incluido el uso de sistemas especializados, las asignaciones para conexiones y accesorios y el período de resistencia al fuego requerido y la elección de materiales para lograrlo.

La consideración de estos factores clave junto con la consulta temprana con la cadena de suministro, en particular con un contratista de acero, puede garantizar que el costo realista del marco estructural de acero y los elementos asociados se mantenga y mejore a medida que se desarrolle el diseño.

Enfoque de la planificación de costos

El propósito de las estimaciones de costos iniciales es permitir que el equipo del proyecto tome decisiones oportunas sobre los elementos clave del diseño, como la forma del edificio o edificación. Una vez que se hayan acordado, la atención se centrará en detallar los elementos principales del edificio. Preparar costos realistas es clave para permitir que las opciones se evalúen rápidamente. Para la estructura o marco de acero, esto puede incluir la consideración de sistemas especializados para optimizar las alturas de piso a techo o integrar servicios y comparaciones de posibles métodos de protección contra incendios para la estructura.

Miembros primarios y secundarios en un marco de acero estructural

El movimiento de calcular el costo del marco de acero estructural de una base de m², a una base por tonelada, es un cambio significativo en la metodología de cálculo de costos, que se produce a medida que se hace posible cuantificar elementos dentro del edificio y asignar tarifas a elementos medidos individuales.

A medida que avanza el diseño, el ingeniero estructural dispondrá de información detallada sobre el marco propuesto : dibujos que muestran la configuración del marco; núcleos y muros de corte; columnas y vigas; tamaños y tipos de secciones; detalles de construcción de pisos y la estrategia para la integración de servicios mecánicos y eléctricos.

El diseño de la estructura (marco de acero) en desarrollo se puede dividir en tres áreas :

• Miembros principales ( soportes primarios que transportan las cargas, como vigas, columnas y armaduras ).
• Miembros secundarios ( aquellos que llevan cargas específicas ).
• Conexiones y accesorios ( arriostramientos , refuerzos y juntas que transfieren fuerzas entre los elementos estructurales).

El volumen de los miembros secundarios no debe pasarse por alto ya que estos pueden representar una proporción significativa del peso y el costo total del acero.

Varios factores clave influyen en el diseño de los miembros principales. Las ubicaciones de las columnas generalmente estarán determinadas por los diseños arquitectónicos, que luego determinan la configuración de los otros miembros principales. El tamaño y el peso de los miembros de acero estarán determinados por las cargas, que incluyen cargas permanentes, impuestas y de viento. La carga permanente es el propio peso del edificio; Las cargas impuestas son aquellas cargas impuestas en el edificio durante su uso y varían para diferentes funciones, y la carga del viento variará dependiendo de la ubicación del edificio.

Tonelaje mínimo = costo mínimo?

Marco de acero simple

Durante las etapas de diseño detalladas, las estimaciones de costos de la estructura metálica dividirán el diseño en componentes individuales (columnas, vigas, secciones especiales, etc.) y considerarán por separado las conexiones y la protección contra incendios.

Cuando los miembros primarios y secundarios se han dimensionado y seleccionado, la longitud de cada miembro estructural se puede medir y multiplicar por el peso relevante (expresado como kg / m) para cuantificar el peso total.

Marco de acero complejo

Para calcular el costo del marco estructural, cada uno de los diferentes componentes tendrá una tasa por tonelada aplicada y luego totalizada. Esta tarifa incluye todos los elementos del costo del perfil : la materia prima, los detalles, la fabricación , el transporte y el montaje.

Por lo general, se incluyen subsidios de costos separados para trabajos de preparación y recubrimiento (imprimaciones, protección contra la corrosión , etc.); accesorios, a menudo basados ​​en un porcentaje del peso total medido del cuadro; y protección contra incendios, generalmente medida sobre una base de m², ya sea calculando el área de superficie de los miembros propuestos o aplicando un multiplicador al peso total del marco.

A menudo se supone que un marco con el tonelaje mínimo también tendrá el costo más bajo, sin embargo, como lo muestra la siguiente figura, el costo de la materia prima generalmente representa alrededor del 30-40% del costo total del marco, y los costos de fabricación también representan 30-40%. Para diseños de marcos más complejos, con mayores proporciones de secciones no estándar, conexiones complejas o sistemas especializados con mayores requisitos de fabricación , es probable que la tasa general por tonelada sea mayor que para un marco estándar.

Desglose de los costos del marco o estructura de acero para un edificio comercial típico de varios pisos

Es importante reconocer que el costo total del contratista de acero depende tanto del tiempo necesario para fabricar el marco como del tonelaje de material utilizado. Una regla general aproximada es que 20 horas de tiempo de fabricación es aproximadamente equivalente en costo a alrededor de 1 tonelada de materia prima.

La construcción del marco de acero generalmente representa alrededor del 10-15% del costo total del marco estructural. Por lo tanto, es necesario considerar si hay características del edificio propuesto que afectarían significativamente el costo de la construcción, ya que esto tendrá un impacto correspondiente en el costo total del marco. La extensión de la repetición, el recuento de piezas, el tipo de conexiones que se utilizarán y el acceso pueden tener un impacto significativo en el costo de construir el marco estructural. Por ejemplo, un diseño de tramo largo puede tener un peso de marco general más alto, pero se erigirá más rápido que un marco de tramo corto debido a la cantidad reducida de vigas y columnas. Del mismo modo, las estructuras repetitivas no solo brindan ahorros de costos durante la fabricaciónpero una cuadrícula repetitiva con componentes estándar también reducirá el tiempo de montaje.

Al obtener una mayor comprensión del impacto probable del diseño propuesto en el programa de construcción, las asignaciones preliminares también estarán mejor informadas.

Diferentes tipos de estructuras o marcos de acero

Viga de placa de un puente

Los edificios individuales con diferentes funciones en diferentes ubicaciones necesitarán diferentes enfoques para el diseño, la forma y la configuración del marco estructural. También hay muchas opciones para los productos estructurales utilizados para formar el marco de acero. Cuando se producen estimaciones de costos a medida que se desarrolla el diseño, se debe buscar información sobre los productos y sistemas estructurales propuestos, y cualquier consideración relacionada que pueda influir en la elección, como la estrategia para la integración de servicios.

Los productos de construcción de acero estructural más comunes son las secciones laminadas I y H , conocidas como vigas universales (UB) y columnas universales (UC), respectivamente. Los elementos horizontales superior e inferior de 'I' y 'H' son las bridas, y el elemento vertical o de conexión es la red.

Palmo largo del techo - Cerchas.

Otros productos comunes son las secciones estructurales huecas, que generalmente son cuadradas (SHS), circulares (CHS) o rectangulares (RHS). Las vigas de placa fabricadas también se pueden usar para soportar cargas pesadas o abarcar largas distancias más allá de la capacidad de las secciones en I enrolladas estándar más grandes, por ejemplo en puentes.

Por lo general, son secciones en I formadas por tres placas soldadas entre sí para formar las bridas y la banda. Para tramos muy largos, las armaduras que comprenden elementos horizontales, verticales y diagonales se utilizan a menudo para lograr la solución más económica, por ejemplo, en las estructuras de techo de grandes edificios industriales.

Es importante obtener información sobre los tipos de perfil propuestos, ya que el mismo tonelaje de cada uno de los diferentes perfiles tendrá un costo diferente debido a los diferentes requisitos de fabricación y montaje.

La configuración específica del edificio a veces puede conducir a aumentos significativos en el volumen de acero requerido para el marco en comparación con una solución más típica, por ejemplo, las columnas universales (UC) se pueden usar como vigas para crear pisos menos profundos. Este enfoque puede duplicar el peso de acero requerido en comparación con un enfoque de viga universal (UB) más profundo, pero puede reducir la altura del edificio, con los ahorros correspondientes en el costo del revestimiento y también reducirá el costo de la protección contra incendios.

Tamaños de sección y disponibilidad

Secciones laminadas.

Durante el cálculo del costo del marco estructural metálico, también debe considerarse la disponibilidad de los productos propuestos. A pesar de ser posiblemente más livianos o más rentables en papel, algunos productos pueden incurrir en costos más altos debido a la disponibilidad limitada, así como a un impacto potencial del programa si no pueden obtenerse fácilmente.

Las primeras conversaciones con un contratista de obras de acero identificarán cualquier producto o sistema donde la disponibilidad pueda ser un problema y permita que esto se transmita al equipo de diseño o se incorpore en las estimaciones de costos a través de asignaciones ajustadas.

Las secciones laminadas populares se pueden fabricar hasta 3 o 4 veces más a menudo que las secciones laminadas menos comunes y, en algunas circunstancias, puede ser más rentable utilizar otras opciones potencialmente más pesadas que están más fácilmente disponibles.

En los últimos años, la disponibilidad de algunas de las secciones laminadas de acero más grandes en grado de resistencia S275 se ha limitado, ya que el mercado se ha movido hacia el grado de resistencia estándar más alto S355. British Steel ha informado que los volúmenes de pedidos para el grado S275 en tamaños de secciones laminadas de 203x203UC y 356x127UB y superiores, se han reducido hasta tal punto que ya no se puede garantizar la disponibilidad. Sin embargo, como el material de grado S355 es más fuerte que el grado S275, hay muy pocas situaciones en las que esto sea un problema.

Protección contra incendios

Mercado para para la protección contra incendios de vigas y columnas en marcos estructurales de acero

Una consideración clave durante la planificación detallada de costos es la clasificación de incendio requerida para la estructura y la elección de los materiales de protección contra incendios. La protección contra incendios puede representar alrededor del 10-15% del costo del marco de acero en edificios comerciales de varios pisos , por lo que este elemento de costo clave no debe pasarse por alto.

Como con todos los materiales de construcción, cuando las temperaturas aumentan en un incendio, el acero comienza a perder su resistencia.

La protección contra incendios se utiliza para aumentar el tiempo que tarda el acero en alcanzar su temperatura límite (falla) y dar a los ocupantes suficiente tiempo para escapar del edificio. Las clasificaciones de incendio para edificios se expresan en términos del tiempo que la estructura debe permanecer estructuralmente sólida en un incendio (por ejemplo, 60 minutos) y generalmente depende de factores como el tipo de edificio, su ocupación y la altura.

Los estudios de diseño sobre las opciones de protección contra incendios también deberían revisar si sería más económico tal vez usar miembros estructurales ligeramente más pesados, lo que puede permitir la clasificación de incendios con un volumen reducido de materiales de protección contra incendios y, por lo tanto, a un costo general reducido. Las secciones más pesadas requieren menos protección contra incendios que las secciones más ligeras, ya que la placa más gruesa resiste inherentemente al fuego durante más tiempo.

Para proyectos grandes o complejos, también puede ser beneficioso llevar a cabo un estudio especializado en ingeniería contra incendios.

La ingeniería especializada en seguridad contra incendios implica un enfoque de diseño basado en el riesgo, que considera dónde están los riesgos reales en caso de incendio, en lugar de confiar en la orientación más simple contenida en documentos prescriptivos como el Documento B aprobado . Este enfoque puede conducir a una reducción de las clasificaciones de fuego para algunos elementos de la estructura y, por lo tanto, a reducir los costos de protección contra incendios , sin comprometer la seguridad.

Cuando se ha establecido la clasificación de incendios para el proyecto, la selección de los materiales de protección contra incendios apropiados es importante, ya que puede haber diferencias significativas de costos entre los métodos. Puede ser útil buscar el asesoramiento de la cadena de suministro antes de finalizar el diseño.

Existen varios materiales de protección contra incendios disponibles, de los cuales los más comunes son :

• Recubrimientos intumescentes de película delgada.
• Tableros.
• Aerosoles cementosos.
• Revestimiento de hormigón.

En realidad, es probable que se pueda usar una mezcla de métodos de protección contra incendios en un desarrollo propuesto, por ejemplo, recubrimientos intumescentes de película delgada no estética para vigas con tableros estéticos a columnas visibles.

Recubrimientos intumescentes de película delgada

Recubrimiento intumescente de película delgada

Los recubrimientos intumescentes de película delgada son materiales similares a la pintura que son inertes a bajas temperaturas pero que se hinchan cuando se calientan para proporcionar aislamiento al acero. Se puede lograr una resistencia de hasta 90 minutos a un costo competitivo y 120 minutos se pueden lograr con una prima. Los recubrimientos intumescentes de película delgada tienen beneficios estéticos donde la acero expuesto es parte del diseño, ya que la forma del acero subyacente aún es evidente.

Los costos de aplicación se han reducido a través de una tecnología mejorada y una mayor competencia y ahora son el método predominante para la protección contra incendios en el Reino Unido, como se muestra arriba. Los recubrimientos intumescentes aplicados fuera del sitio también se han vuelto cada vez más populares en los últimos años, con la ventaja de que pueden reducir los tiempos de los programas, lo que brinda ahorros de costos en el sitio y una finalización más temprana del edificio. Como la aplicación se lleva a cabo en condiciones de fábrica, también se pueden lograr altos estándares de calidad.

Tableros

Protección contra incendios de la junta

Los sistemas de tablero son un método común de protección contra incendios para estructuras metálicas. Los sistemas de tablero proporcionan una apariencia limpia y en caja y pueden ser preacabados o adecuados para la decoración. También son una aplicación seca que no debería afectar a otros oficios o la ruta crítica.

Sin embargo, pueden ser un método relativamente costoso, particularmente si se usan como parte de un sistema decorativo. Los tableros también pueden ser más lentos de aplicar que algunos otros métodos, y ajustar detalles complejos puede ser difícil y llevar mucho tiempo, lo que puede generar costos adicionales.

Aerosoles cementosos

Spray cementoso en vigas

Los aerosoles cementosos eran un método popular de protección contra incendios hasta mediados de la década de 1990, particularmente para las estructuras de acero no visibles. La principal ventaja es que los costos de aplicación fueron significativamente menores que los tableros y los costos no aumentaron significativamente para tiempos de resistencia al fuego más altos , ya que la mano de obra y el equipo de aplicación ya se contabilizaron.

Sin embargo, el acabado no se considera visualmente atractivo y, dado que la pulverización es una operación húmeda, puede requerir que se cierren las áreas circundantes, lo que aumenta el tiempo en el sitio y genera costos de construcción más altos. El uso de Cementitious_sprays ha disminuido notablemente en la última década, pero conserva un nicho en la protección contra incendios del Reino Unido. mercado, especialmente en edificios altos con altos períodos de resistencia al fuego.

Revestimiento de hormigón

Columnas revestidas de hormigón

Hasta finales de la década de 1970, el revestimiento de hormigón era probablemente la forma más común de protección contra incendios para estructuras metálicas. Sin embargo, desde la introducción de sistemas livianos como recubrimientos intumescentes de película delgada, tableros y aerosoles cementosos, se encuentra solo en aplicaciones especializadas.

Todavía se puede usar donde la resistencia al impacto es importante, como en algunos aparcamientos y aplicaciones industriales. Sin embargo, generalmente es costoso y requiere mucho tiempo en el sitio, además de afectar el espacio útil del edificio.

Metodología de costos para sistemas especializados

Integración de servicios en haces celulares

Para estructuras complejas o para abordar un requisito de diseño específico, el diseño del marco estructural puede incluir sistemas especializados, como vigas celulares , construcción de piso poco profundo o pilotes de acero. La metodología para el análisis de costos de sistemas especializados no debe limitarse a la comparación de los costos del marco estructural de forma aislada. También se debe considerar el impacto del uso del sistema en el costo de otros elementos.

Como los sistemas especializados en sí mismos son a menudo más complejos y de fuentes limitadas, el costo del marco estructural en sí mismo puede ser mayor que si se usa un sistema más estándar. Sin embargo, los beneficios potenciales, como un programa más rápido (reduciendo el costo de los preliminares) o pisos menos profundos (reduciendo el costo del revestimiento ), pueden resultar en un costo general más bajo para el edificio en su conjunto.

Para tramos largos, las vigas del piso a menudo necesitan ser profundas para lograr la rigidez requerida, lo que puede hacer que se requieran secciones laminadas relativamente pesadas . Las secciones más ligeras se pueden fabricar a partir de placas de acero o de secciones laminadas estándar para formar vigas celulares.

Estos también se utilizan cuando se requiere un alto grado de flexibilidad para el enrutamiento de servicios . La profundidad de estas secciones fabricadas es flexible para adaptarse a los requisitos de diseño y se pueden formar aberturas para facilitar los servicios . Si bien la tasa general por tonelada de haces celulares será mayor que para una sección laminada estándar, su uso puede generar ahorros en el peso total del cuadro de hasta un 30%. También pueden aportar otros beneficios, como una menor profundidad de piso y zona de servicio , lo que resultará en ahorros en los costos de revestimiento.

En la construcción de piso poco profundo, la viga de piso de acero está contenida dentro de la profundidad total de la losa del piso. Se pueden emplear pisos poco profundos para cumplir con los requisitos de un sofito plano y una distribución de servicios sin obstáculos , o para reducir la profundidad general de la construcción de edificios que tienen una altura general restringida, o nuevamente para reducir los costos de revestimiento.

Pilotes de acero

Los pilotes de acero H o tubulares pueden ser una buena solución para algunas estructuras, particularmente en condiciones difíciles del terreno. Se pueden instalar fácilmente, con un ruido mínimo, cerca uno del otro y alrededor de los edificios existentes. También hay beneficios del programa ya que las pilas se entregan listas para su instalación y se pueden cargar inmediatamente después de conducir. Las pilas de acero también minimizan el desplazamiento del suelo durante la instalación, lo que tiene beneficios de sostenibilidad asociados y también se pueden extraer al final de la vida útil de un edificio, lo que permite que el sitio vuelva a su estado original si es necesario.

Para sistemas especializados, especialmente donde la fabricación y el suministro provienen de fuentes limitadas, las pruebas de mercado son particularmente importantes ya que los niveles de demanda actuales y futuros pueden tener un impacto significativo en la disponibilidad, los plazos de entrega y el costo.

Pruebas de mercado

Las pruebas de mercado tempranas son importantes para mejorar la precisión de las estimaciones iniciales y un diálogo con la cadena de suministro es importante durante las etapas detalladas de planificación de costos. La cadena de suministro puede proporcionar información valiosa sobre la disponibilidad actual de productos y sistemas especializados, comentarios sobre la complejidad de la estructura propuesta y sus conexiones y plazos de entrega actuales.

Sin embargo, para aprovechar al máximo esta consulta, es importante que el consultor de costos comprenda cómo el contratista de la acería se acerca a los precios. Esto es diferente del enfoque que el agrimensor puede tomar durante la planificación de costos.

El enfoque del contratista de acero para la fijación de precios se puede resumir de la siguiente manera :

• Costo de materiales incluyendo conexiones y accesorios.
• Costo de fabricación basado en horas de taller.
• Costo de diseño / ingeniería para conexiones o marco completo.
• Costo de protección contra incendios si está incluido.
• Costo de la erección específica del sitio.

Es útil reconocer que cuando un consultor de costos le pide a un contratista de acero una tarifa por tonelada por producto, hay una serie de factores específicos del marco, el edificio y el sitio que influirán en la precisión de la estimación.