Технико-экономическое обоснование проектирования зданий и сооружений

Лекции по дисциплине: «Технико-экономическое обоснование проектирования зданий и сооружений» Лекция №1 Инженерные конструкции. Ведения. Общие сведения. Проектирование инженерных конструкций включает в себя их расчет и конструирование. Конечным продуктом проектирования являются чертежи, по которым на предприятиях строительной промышленности или непосредственно на строительномонтажной площадке изготовляют и монтируют несущие конструкции зданий и сооружений. Поскольку прочность, устойчивость и деформативность инженерных конструкций должны быть проверены, обоснованы и доказаны, конструированию должно предшествовать выполнение статических, а если нужно и динамических расчетов. Проект должен отвечать требованиям экономики, технологии, учитывать местные условия и удовлетворять ряду дополнитель специальных условий, обычно оговариваемых в задании на проектирование. Выполняя расчет, проектировщик подвергает математическому анализу работу конструкции. Доказательство способности конструкции противостоять определенное время и с определенной степенью надежности нагрузкам и воздействиям и составляет суть ее статического расчета. С течением времени наука о строительных конструкциях разработала три основных метода их расчета:  по допускаемым напряжениям,  по разрушающим усилиям  и по предельным состояниям. Каждый из них представлял собой развитие предыдущего. Расчет по предельным состояниям — результат работы советских исследователей Н. С. Стрелецкого, А. А. Гвоздева, Ю. М. Иванова, Л. М. Онищика и др.— принят в СССР с 1955 г. и получил признание в ряде других стран. Он позволяет раздельно учитывать изменчивость ряда факторов, влияющих на прочность, устойчивость и деформации рассчитываемых конструкций. Предельным называется такое состояние конструкции, когда она перестает выполнять свои функции (рис.1). 1 Нормы проектирования различают две группы предельных состояний: 1-я —по потере несущей способности и (или) полной непригодности к эксплуатации; 2-я — по затруднению (непригодности) к нормальной эксплуатации. В самом общем виде условие для 1-й группы предельных состояний выражает формула: Fcal≤Ф 1.1 Где, Fcal — наибольшее возможное расчетное силовое воздействие (продольные или поперечные силы, изгибающий момент и т. п.), вызываемое в конструкции невыгоднейшей комбинацией нагрузок и воздействий с учетом возможных перегрузок; Ф — наименьшая возможная величина несущей способности конструкции, как функции ее геометрии, прочности материала, надежности и условий работы. Условие для 2-й группы предельных состояний: ∆≤ [∆] 1.2 2 где ∆ - обратимые деформации (прогибов, перемещений, раскрытия трещин т. п.), [∆] — соответствующие величины предельных деформаций, установленные нормами проектирования. Расчет по 1й группе предельных состояний обязателен, по 2-й группе выполняется в тех случаях, когда имеются сомнения в том, что недопустимые деформации возникнут раньше, чем конструкция достигнет 1го предельного состояния. При этом в расчет по 1й группе предельных состояний ведут по расчетным нагрузкам, а по 2й – по нормативным. Этим подчеркивается меньшая опасность для конструкций деформаций по сравнению с потерей несущей способности. Методика различает нормативные и расчетные величины как нагрузок и воздействий, так и сопротивлений материалов конструкций. Расчетное сопротивление равно: R=Rnγc/γmγn 1.3 Где Rn – нормативное сопротивление; γc – коэффициент условий работы; γm – коэффициент надежности по материалу; γn – коэффициент надежности по назначению. Расчетная нагрузка: q= qnγf 1.4 где qn – нормативная нагрузка; γf – коэффициент надежности по нагрузке. Тогда условие 1.1 можно записать в следующем виде: Fcal (ΣFnγf) ≤Ф (A, R, γc/γmγn) 1.5 Fn – нормативные нагрузки; А- геометрическая характеристика сечения. Коэффициент условий работы γc учитывает особенности действия на-грузки (длительность, повторяемость), влияние среды (температура, влаж-ность), форму и размеры сечений конструктивных элементов и другие внешние факторы, которые не находят отражения в расчете. Величины γc приведе¬ы в нормах проектирования конструкций из соответствующих материалов. 3 Коэффициент надежности по материалу γm отражает постоянство пока-зателей механической прочности данного материала. Чем они стабильнее, тем ближе к единице значение γm. Коэффициент надежности по назначению γn зависит от класса ответствен-ности здания или сооружения, от размеров материального или социального ущерба при их разрушении. Установлены три класса. I (γn = 1) — главные корпуса ТЭС, АЭС, телевизионные башни, промышленные трубы высотой более 200 м, резервуары горючего емкостью более 10 тыс. м3, спортивные сооружения с трибунами, зрелищные и помещения, музеи, детские учреждения, учебные учреждения т.п. II (γn = 0,95) - здания и сооружения промышленного и гражданского назначения, не входящие в I и III классы; II (γn = 0,9) - склады, одноэтажные жилые здания, временные здания и сооружения. Коэффициент надежности по нагрузки γf учитывает возможность случайного отклонения ее величины от нормативных значений в неблагоприятную сторону. Нагрузки и воздействия на строительные конструкции нормируются СНиП 2.01.07—85. Нагрузки в зависимости от продолжительности их дейст-вия делят на постоянные и временные (длительные, кратковременные и осо-бые). К постоянным относят нагрузки главным образом от собственного веса, к длительным — от веса стационарного оборудования, складского имущества, к кратковременным — снеговые и ветровые нагрузки, вес людей, к особым — сейсмические, взрывные и т. п. Расчеты ведут на наиболее неблагоприятное для работы конструкции со-четание нагрузок. Основное сочетание состоит из постоянных, длительных и кратковременных нагрузок; в особом сочетании участвует кроме названных одна из особых нагрузок. Для сочетаний, включающих постоянные и две или более временные нагрузки, вводится, согласно СНиП 2.01.07—85, п. 1.12, коэффициент сочетаний ѱ. Исчисление собственного веса несущих конструкций усложнено тем, что выполнить его точно можно лишь на основе готового проекта, поэтому собственным весом несущей конструкции приходится задаваться до выполнения их расчета, основываясь либо на рекомендациях эмпирических формул [например, (5.2)], имеющихся для некоторых видов конструкций, либо на данных опыта строительства аналогичных объектов. Коэффициент надежности по нагрузки γf при подсчете собственного веса принимаются: для конструкций бетонных, железобетонных, каменных, металлических и деревянных γf =1,1; для изоляционных и выравнивающих слоев (рулонные материалы, засыпки, стяжки и т. п.), выполненных в заводских условиях γf =1,2, на строительной площадке γf =1,3. 4 Временные нормативные нагрузки qn на перекрытия принимают согласно табл.3 СНиП 2.01.07—85. Полное нормативное значение снеговой нагрузки на горизонтальную проекцию покрытия : S= S0µ S0- нормативное значение веса снегового покрова на 1м2. µ- коэффициент перехода к снеговой нагрузке на покрытие, принимается СНиП 2.01.07—85 п. 5.5. Коэффициент надежности по нагрузки γf для снеговой нагрузки равен 1.4. Если отношение нагрузки от веса покрытия к S0 менее 0,8, то γf=1,6. Нормативное значение ветровой нагрузки ω на высоте Z над поверхностью земли принимается равным: ω = ω0kC где, ω0 – нормативное значение ветрового давления (табл.1.4) k-коэффициент , учитывающий изменение ветрового давления по высоте согласно п.6.5 СНиП 2.01.02-85; С- аэродинамический коэффициент, зависящий от формы сооружения и принимаемый согласно п.6. СНиП 2.01.02-85. Аэродинамические коэффициенты для вертикальных поверхностей принимаются равными; с наветренной стороны +0,8, с подветренной 0,6. (Аэродинамические коэффициенты. С для наиболее распространенных профилей зданий приведены в приложении 2.). Указания по определению коэффициентов С для более сложных профилей зданий и сооружений даны в СНиП 2.01.07—85, приложение 4. Вогнутые поверхности висячих покрытий порождают сложную аэродинамическую картину распределения ветрового давления. Расчет инженерных конструкций обычно проходит три этапа:  сбор нагрузок,  определение усилий в элементах,  подбор сечений с проверкой прочности,  устойчивости и деформаций конструкции. Сбор нагрузок — это процедура суммирования всех силовых воздействий на рассчитываемую конструкцию. Применительно к расчетной схеме последней нагрузка может быть представлена в виде поверхностной (кН/м2 или кПа), линейной (кН/м) или сосредоточенной. К поверхностным (точнее, распределенным по площади) нагрузкам относится вес снегового покрова, собственный вес ограждающих и сплошностенчатых несущий конструкций, эксплуатационные (так называемые полезные) нагрузки на покрытия, давление газов (в том числе воздуха - ветровое), жидкостей или сыпучих тел и т.д. 5 Некоторые из этих нагрузок (снеговая) отнесены к горизонтальной плоскости другие (вес кровли) -к единице площади поверхности покрытия, третьи (давление ветра) направлены по норма ли к воспринимающей нагрузку поверхности. Суммирование таких разнонаправленных нагрузок требует приводения их к «единому знаменателю», каковым в данном случае служит единица перекрываемой (или ограждаемой) площади. Например, если рассчитывают покрытие, то нагрузку от веса наклонной кровли с углом ската а умножают на 1 /соsα, а сводчатой кровли — на 1 +8f2/(3l2) (где f— стрела подъема свода). Пространственные конструкции (оболочки, пластины, мембраны, сетки) рассчитывают на действие поверхностных нагрузок. Для конструкций, в расчетных схемах которых действуют линейные или сосредоточенные нагрузки, поверхностные нагрузки должны быть соответственно пересчитаны. Для этого используют понятие «грузовая площадь» (рис 2.), означающее геометрическую площадь, приходящуюся на всю рассчитываемую конструкцию или на ее узел. Например, грузовая площать А, приходящаяся на один узел стержневой конструкции (фермы), равна шагу ферм В, умноженному на горизонтальное расстояние b между узлами (рис. 1.14). Нагрузки на узел: от снега Р= gA; от веса кровли G=10А/cosα. 6 Рисунок 2. Грузовые площади и соответствующие им эпюры нагрузок для линейных несущих конструкций Определение усилий — на сложная часть расчетной процедуры (иногда ее называют статическим расчетом) – выполняется методами строительной механики. из многообразия которых выбирают наиболее соответствующие заданному уровню решения расчетной задачи. Современное состояние теории сооружений как точной науки позволяет решать практически любую задачу определения усилий, действующих в самых сложных конструктивных системах. Для этого при необходимости привлекается мощный аппарат электронной вычислительной техники. Однако существуют и достаточно точные инженерные методы определения усилий, не связанные с использованием машинной математики как единственным средством решения задачи. И наконец, известны не очень точные, основанные на ряде допущений, приближенные методы, позволяющие в течение короткого времени, используя в качестве вычислительных инструментов микрокалькулятор, получить достаточно правильные численные данные о величинах усилий, которые развиваются в данной конструкции при действии нагрузок. Достоинство так называемого «ручного счета» состоит в наглядном прослеживании физической картины работы конструкции, что позволяет сознательно выбрать тот или иной вариант из многих сравниваемых. На стадии выбора конструктивного решения (а с ним архитектор сталкивается, как правило, раньше, чем инженер) — стадии так называемого вариантного проектирования — использование приближенных методов признается целесообразным. Подбор сечений, равно как и последующие проверки прочности. устойчивости и деформаций (перемещений) конструкции, является заключительным этапом расчета (иногда его называют конструктивным расчетом). Следует заметить, что формулы прямого и непосредственного подбора сечений существуют только для простых случаев (центрального растяжения или изгиба). Гораздо чаще приходится идти путем предварительного их назначения с последующей проверкой прочности, устойчивости, и, если нужно, деформаций. Успеху этого пути в значительной мере способствует сопоставление с ранее выполненными и успешно реализованными проектами и, естественно, некоторый опыт. Кроме того, существует много эмпирических формул предварительного подбора сечений рассчитываемых элементов. Назначение этих формул — сокращение числа последовательных приближений к удачному конечному решению, но отнюдь не получение окончательного ответа на поставленную задачу. Найденное таким образом сечение рассчитываемого элемента рассматривается как первое приближение и подлежит всесторонним проверкам, в результате которых вносятся 7 необходимые коррективы и проверки повторяются до тех пор, пока не будут удовлетворены в должной мере условия (1.1) и (1.2) предельных состояний. Идеально спроектированная инженерная конструкция должна удовлетворять очень многим и порой противоречивым требованиям, одновременное и полное удовлетворение которых в одном сооружении или конструкции невозможно. Проектирование ведут, стремясь к достижению трех главных показателей:  экономии материалов,  повышения производительности труда при изготовлении конструкции  снижения трудоемкости и сроков монтажа. Все они в конечном счете определяют стоимость конструкции. Тем не менее, учитывая назначение проектируемой конструкции и конкретные условия, из трех перечисленных выделяют один приоритетный показатель, который и считается руководящим принципом проектирования. Им может быть достижение наименьшей массы, наименьших трудозатрат при изготовлении, условий скоростного монтажа и т. п. Во всех случаях стремятся к тому, чтобы основные этапы создания конструкций были перенесены на индустриализированное предприятие, а работы на строительной площадке, в особенности так называемые «мокрые» процессы, были сведены к минимуму. Приступая к проектированию объекта, где инженерные конструкции в той или иной степени влияют на его образ (а в некоторых случаях и определяют его), архитектору приходится решать задачу выбора конструкции и материала, из которого она выполняется. Поиск архитектурных форм происходит одновременно с поиском конструктивных форм. Этот поиск носит характер вариантного проектирования с предварительным и ориентировочным анализом экономической эффективности и выбором материала. Общие тенденции совершенствования инженерных конструкций сводятся к следующим: - изыскание новых эффективных конструктивных решений; - переход к материалам повышенной и высокой прочности; - внедрение в практику пространственных конструкций; - использование принципа предварительного напряжения (т. е. заблаговременного создания в конструкции напряжений обратного знака по отношению к тем, которые возникают при действии расчетных нагрузок); - применение растянутых несущих конструкций (гибкие нити, ванты, мембраны); - включение ограждающих конструкций в состав несущих; - использование оптимальных комбинаций материалов (металлодеревянных, сталежелезобетонных, тентовантовых и др.)* 8 Лекция №2 Роль проектирования в создании экономичных конструкций. Современные конструктивные формы создаются исходя из трех основных начал:  Экономия материала  Снижение трудоемкости изготовления  Сокращение сроков монтажа Указанные факторы часто противоречивы, поэтому они объединяются общим требованием снижения стоимости. Экономия материалов и уменьшение массы конструкций является результатов совершенствования методов расчета, ликвидации неоправданных запасов прочности и конструктивных излишеств профилей рациональной формы сечения. Снижение трудоемкости изготовления зависит от конструктивной формы и технологий производства. Эти факторы взаимосвязаны и в равной степени воздействуют на конструкцию. Конструктивные формы характеризуются так называемыми производственными проектными показателями, которые определяют трудоемкость изготавливаемых конструкций. Сокращение сроков монтажа – результат работы над конструктивной формой в течение всех трех этапов: проектирования, изготовления и монтажа. В целом при принципами: проектировании необходимо руководствоваться двумя основными  Принцип концентрации материалов. Он состоит в сосредоточении материалов в меньшем количестве элементов.  Принцип упрощения конструктивной формы. Состоит в снижении трудоемкости изготовления и монтажа при сокращении или дополнительном увеличении массы. Основным критерием при выборе материала является соответствие конструкций условиям эксплуатации, надежности и долговечности. Методы оценки экономичности конструктивной формы. Стадии технико-экономического анализа проектных решений: 1) Компоновка сооружения 2) Схемы конструкций 3) Выбор материалов 9 4) Выбор профилей Есть два метода проектирования:  Вариантный  Оптимальный Вариантное проектирование: В результате ряда конкурирующий вариантов выбирается наиболее рациональный. Недостатки:  Требуется определенная инженерная интуиция при выборе вариантов для сравнительного анализа.  Избранный вариант – лучший из предложенных, но не лучший из возможных. Наиболее универсальным показателем является минимум приведенных затрат, учитывающий кроме массы, трудоемкости, стоимости изготовления и монтажа, так же капиталовложения и эксплуатационные затраты. Вариантное проектирование решает и задачи сравнения и анализа компоновочных схем при одинаковых конструктивных решениях элементов сооружения, сравнительный анализ различных конструктивных решений при одинаковой компоновке сооружений. Анализ компоновочных решений и выбор оптимальной компоновки должны производиться из оптимизированных конструкций. Состав работ при сравнении вариантов компоновочных решений: 1) - рассмотрение возможных компоновок сооружения с учетом технических требований. 2) -нахождение массы основных (несущих) и вспомогательных конструкций методами, которые мы изучим позднее. При этом учитывается возможность и целесообразность применения для них различных материалов. Третье – определение трудоемкости и стоимости монтажа. 3) - вычисление удельных показателей на какой-то принятый Состав работ при сравнении вариантов конструктивных решений (отдельных конструкций): 1) Установление габаритных размеров схемы, очертания, системы решетки и т.д; с учетом эксплуатационных требований, особенностей принятых ограждающих конструкций. 2) Рассмотрение возможности применения различных материалов и профилей. 3) Определение и анализ показателей массы, трудоемкости изготовления, монтажа и стойкости вариантов. 10 Обязательным условием получения правильного результата при сравнении различных вариантов компоновки конструктивных решений является их сопоставимость, при этом необходимо соблюдать основные требования:  Назначения и объёмы анализируемых зданий (сооружений) одинаковы.  Сооружения (конструкции) находятся под воздействием равных атмосферных и эксплуатационных нагрузках при невыгодных положениях  Основные и ограждающие конструкции равноценны по качеству и соответствуют СП. Для определения показателей сравниваемых вариантов очень важен правильный выбор системоизмерителей. Научно обоснованными и независимыми измерителями являются геометрические факторы:  Для зданий и аналогичных сооружений – единица площади в горизонтальных проекциях.  Для протяженных по длине сооружений – единица длинны или все сооружение.  Для конструкций – единица длинны или вся конструкция. В качестве критериев оценки вариантов применяют:     Масса конструкций и сооружений. Стоимость материала для них. Трудоемкость, стоимость изготовления, стоимость монтажа. Стоимость конструкции «в деле», приведенные затраты. Приведенные затраты исчисляются в виде суммы себестоимости будущей продукции и капиталовложений, необходимых для ее выпуска, умноженных на нормативный коэффициент окупаемости капитальных вложений. Для анализа вариантных решений применяемых конструкций показателем экономичности может служить стоимость конструкции в деле (т.е установленных проектным положением). Стоимость включает в себя:     Стоимость материалов. Транспортировки Стоимость изготовления Стоимость монтажа При этом имеется ввиду, что срок службы конструкции и затраты на их эксплуатацию одинаковы. Приведенные затраты включают в себя: 11  Стоимость конструкции «в деле».  Капитальные вложения.  Эксплуатационные расходы. Стоимость конструкций в деле слагается из стоимости изготовленных конструкций, стоимости монтажа и транспорта с завода на место монтажа. Стоимость транспорта может быть принята равной 7,3 Gc, где Gc — все сооружения. Более точной, учитывающей различное расстояние перевозки, является формула. Б. И. Беляева: Стоимость монтажа по предложениям института экономики Госстроя России определяется как: 12 Определение стоимости монтажа по формулам (VI.6) и (VI.10) отличается различным подходом к определению трудоемкости монтажа и стоимости эксплуатации механизмов. В формуле (VI.6) показатели определяются в зависимости от веса и количества конструкций, в формуле (VI.10) — в зависимости только от веса, по усредненным нормативам. Поэтому формула (VI.6), как уже указывалось, более правильно отражает изменения в трудоемкости и стоимости монтажа при различной компоновке конструкций. В формуле (VI.6) не учтены стоимость эксплуатации прочих (кроме кранов) монтажных механизмов, окраски и монтажных материалов и плановые накопления. Однако для сравнительного анализа эти затраты могут не учитываться. Таким образом, при сравнении вариантов металлических конструкций, отличающихся между собой различной компоновкой, рекомендуется пользоваться формулой (VI.6), а при сравнении вариантов конструкций из различных материалов (стальные, железобетонные) — формулой (VI.10), в которой более полно учтены все затраты на монтаж конструкций. Капитальные вложения — это реальные инвестиции (вложения) в основной капитал (основные фонды), в том числе затраты на новое строительство, на расширение, реконструкцию и техническое перевооружение действующих предприятий, приобретение машин, оборудования, проектно-изыскательские работы и другие затраты, а также затраты на жилищное и культурно-бытовое строительство. Эксплуатационные расходы - абсолютный показатель издержек, понесенных предприятием на обеспечение работоспособности производственных фондов. Покупка ГСМ и комплектующих, оплата услуг ремонтников, приобретение энергии и др. – важная составляющая совокупной стоимости основного капитала. Их доля в себестоимости не должна превышать 30%, в противном случае потребуются мероприятия по капитальному ремонту и замене оборудования. Оптимальное проектирование заключается в разработке проекта конструкции, удовлетворяющие требованиям СП и имеющие наилучшие показатели из возможных. Решение некоторых задач в проектировании возможно аналитическими методами, к которым относятся:  Определение оптимальных размеров конструкции  Оптимизация распределения материалов в сечениях 13  Оптимизация параметров компоновки Метод математического программирования. Оптимальной называется система удовлетворяющая заданным не противоречивым требованиям конфигурации:  Прочности  Деформированию Задача оптимизации следующим образом: методом математического программирования формулируется Минимизировать (максимизировать) целевую функцию: С = f(X1+X2+….+Xn) = f(X) (1) При условиях: ϕ (Х1, Х2,...Хi,…Xn) (2) и ограничениях по знаку нескольких или всех переменных: А ≥ Хn ≥ ак (к > n) (3) Функции С и ϕ могут быть любыми, а знаки ( ≤ ≥ ) показывают, что при различных величинах; ограничения (3) могут выражаться неравенствами или уравнениями. Если функции С и ϕ линейные, то получаем задачу линейного программирования. Если хотя бы одна не линейна, то не линейного программирования. Хi – определяющие параметры конструкции (параметры проектирования) Задача выбора оптимизации параметров конструкции (с) и называют задачей оптимизации проектирования конструкций С (Х1, Х2,...Хi,…Xn) Качество проекта характеризуется целевой функцией, зависящей от параметров системы С=С(х1, … хi … хn) Оптимальной считают такую систему в допустимой области, в которой целевая функция принимает наибольшее или наименьшее значение: С = Сmin(max) 14 Структура и полнота целевой функции тесно связаны с критерием ее оптимальности. Если в ее качестве взять массу основных эл. конструкций, то структура целевой функции будет наиболее простой. 𝑘 𝑘 G= γ∑𝑖=1 𝐹𝑖 𝑙𝑖 =∑𝑖=1 𝑤𝑖 𝑙𝑖 γ – объемная масса материала; Fi – площадь поперечного сечения элемента; li – длина элементов; k – число элементов; wi – погонная масса элемента. Второстепенные или вспомогательные детали конструкции можно учесть введением в функцию строительного коэффициента ψ. G = γ∑𝑘𝑖=1 𝑓от 𝑖 𝑙𝑖 𝜓𝑖 Или конструктивного коэффициента ϻ. При уловии, что известно только теоретические площади элемента. fот I – теоретическая площадь стержня, без учета влияния коэффициентов продольного изгиба ϕ, неточности подбора сечения, конструктивный элемент включающий в себя строительный. Структура целевой функции усложняется, если конструктивный строительный коэффициент находится в функциональной зависимости от параметров систем. ϻ = f(L) Для конструкции, трудозатраты, на производство которых мало зависит от проектного решения. В качестве критериев используют стоимость материалов. G = γ ∑𝑘𝑖=1 𝐹𝑜𝑖 𝑐iψi ci – стоимость 1 тонны; 15 Иногда все затраты (стоимость стали, изготовление, монтаж) принимают независящими от проектных параметров и считают их пропорционально массе. Тогда сi – стоимость 1 тонны конструкции. Однако, такое допущение возможно только в случаях, где затраты на изготовление и монтаж не велики по сравнению со стоимостью материала. Целевая функция по критерию заводской стоимости включает:  Стоимость материалов;  Стоимость изготовления. Сз = См + Си = С м + СиТи + Сп Сз – стоимость материала; Си и Ти – трудоемкость и стоимость изготовления; Сп – трудозатраты не зависящие от стоимости изготовления; n – количество деталей, отверстий; ki – постоянный коэффициент. Tи = f(G;n) Целевая функция по критерию стоимости в деле. Смонт = kм Tмонт + Спм Тмонт = f (a; mi; pi) Целевая функция оптимизирована по приведенным затратам. Спр = Сд + kпG + Ср Ср - эксплуатационные затраты Ти = Аαi(Go; no)bi Go; no – масса и количество основных несущих деталей; bi, αi – показатели степени и коэф. зависящие от типа конструкции; А – постоянная величина. 16 Лекция №3 Снижение массы и изменение трудоемкости конструкций при протяжении стали повышенной и высокой прочности. В общем случае снижение массы определяется по формуле: ∆ = ( 1 – α )*100% где α – коэффициент равный отношению массы элемента (конструкции) из стали высокой прочности Gв к массе элемента обычной прочности Gоб. Конструкция состоит из основных деталей, масса которых зависит от силовых воздействий вспомогательных конструкций, масса которых не зависит от силовых воздействий и составляет конструктивное оформление. Поэтому рационально проектировать основные детали из стали высокой прочности, а вспомогательные элементы из стали обычной прочности. Строительный коэффициент такой конструкции определяется по формуле: ψв = 1 + Gк/Gов = 1 + Gк/Gовα Gк – масса конструкции детали из стали обычной прочности Gов – масса основной детали из стали высокой прочности Gк/ Gов = ψооб – 1 ψв = 1 + (ψооб – 1)/α т.к отношение масс Gк к Gооб = ψооб – 1, следовательно ψооб – строительный коэффициент, который при одинаковой конструктивной форме выше у конструкции из стали высокой прочности и уменьшает экономию от её применения, поэтому рационально использовать конструкции в которых с уменьшением массы несущих элементов снижается величина строительного коэффициента. Снижение массы конструкции зависит от силового воздействия (растяжение, сжатие, внецентренное сжатие, поперечны изгиб) и от соотношения несущих и вспомогательных элементов в существующих способах производства и при сопоставимой конструктивной форме, применение высокопрочной стали повышает удельную трудоемкость (на единицу массы). Трудоемкость изготовления возрастает в результате: 1) Более высокой твердости и как следствие худшей обрабатываемости и свариваемости из-за пониженных режимов обработки и сварки. 2) Увеличения работ на единицу массы конструкции. 3) 17 Экономическая характеристика алюминиевых сплавов Алюминиевые сплавы имеют ряд достоинств по сравнению со сталью:  малая обьемная масса  высокие прочностные свойства  сопротивляемость корозии Недостатки:  низкий модуль упругости  высокая стоимость Для строительства применяют сплавы:     Алюминиево-марганцевые Al+Mn Алюминиево-магниевые Al+Mg Авиалии Al – Mg – Si (термически упрочняемые, высокая коррозийная стойкость) сплавы высокой прочности Al – Zn – Mg (термически упрочняемые) На размер, снижение массы влияют отношения объёмных масс стали и алюминия расчетных сопротивлений и строительных коэффициентов, которые выше у конструкций из алюминиевых сплавов, а так же отношения полезных нагрузок к собственной массе, что значительно больше в пролетных сооружениях. Стоимость изготовления алюминиевых конструкций определяют по формуле: Си.а. = Си.ст. К1 К2 Си.ст. – стоимость изготовления одной тонны стальных конструкций. К1 – коэффициент увеличения объёма работ, зависящий от отношения объёмных масс стали и алюминия, при средних толщинах элементов, равных для несущих конструкций 3, а для конструкций совмещающих ограждающие и несущие функции 4,2. К2 – коэффициент, учитывающий изменение трудоемкости изготовления конструкции и повышение требований к культуре производства алюминиевых конструкций. К2 = 1,3 – 2 Из сопоставления стоимости алюминиевых сплавов «в деле», с аналогичным показателем для стали видно, что применение алюминиевых сплавов в несущих конструкциях связанно с удорожанием, использование алюминиевых сплавов эффективно в ограждающих конструкциях, где необходимо учитывать большой срок службы и снижение массы ниже лежащих конструкций. 18 Алюминиевые конструкции широко применяются: для переплетов витражей, перегородок, подвесных потолков, светоотражающих конструкций и т.д. Изготовление конструкций Трудозатраты по техническим операциям определяются показателями проекта и уровнем механизации производства. Главное направление снижающее затраты труда – повышение серийности типизации, а так же переход на поточное производство. Другой резерв снижения трудоемкости состоит в улучшении структуры использования рабочего времени, подразделяющегося на основное и вспомогательное. Себестоимость изготовления конструкций образуется из:  заработной платы (по основным техническим операциям)  накладных расходов (пропорциональных трудоемкости и не зависящих от неё).  В себестоимость конструкции так же входит, стоимость основных материалов. Главным источником снижения себестоимости конструкции является уменьшение массы конструкции и трудозатрат на её изготовление. Монтаж конструкций Монтаж конструкций ведется специальными организациями оснащенными монтажными приборами большой грузоподъемности и другими высокопроизводительными механизмами. Трудозатраты при монтаже сопоставимы с аналогичными затратами при изготовлении На эффективность монтажа влияет:  степень заводской готовности конструкций  комплектность  соблюдение очередности их поставки. При изготовлении конструкций важен учет дополнительных технических требований, рационального членения конструкций на отправочные элементы, конструкций монтажных узлов и стыков и т.д. Методы монтажа:  безвыверочный  конвейерный 19 Безвыверочный метод монтажа - это монтаж конструкций и оборудования, имеющих высокую точность обработки контактных поверхностей, отверстий и гнезд в стыках, без дополнительных перемещений (выверки). Для стальных колонн безвыверочный метод монтажа предусматривает установку колонны на заранее выверенные фрезерованные опорные плиты, что исключает в дальнейшем выверку самих колонн и подкрановых балок (рис. 10.15). После выверки с помощью выверочных болтов расположения плит в плане и с точностью ±1 мм по вертикали под плиты подливают цементный раствор. Затем на плиты наносят осевые риски, которые при установке колонн совмещают с рисками на башмаках. Безвыверочный метод монтажа позволяет уменьшить трудоемкость установки колонн примерно на 30%. При окончательном закреплении колонн при строительстве быстровозводимых коттеджей, затягивают анкерные болты, ставят дополнительные расчалки вдоль ряда колонн (для высоких колонн) и крестообразные расчалки (для высоких колонн с узким башмаком). Первые две смонтированные колонны раскрепляются предусмотренными проектом постоянными или (при отсутствии таковых) временными жесткими связями. Подкрановые балки устанавливают на консоли колонн и временно крепят к упорам через прокладки с овальными отверстиями. Регулировку балок по высоте и в плане производят за счет извлечения или добавления подкладок. Подстропильные фермы устанавливают на монтажные столики, приваренные к колоннам, и укрепляют расчалками; стропильные фермы - на монтажные столики колонн или на подстропильные фермы. При опирании на железобетонные опоры подстропильные фермы устанавливают на анкерные болты, заделанные в торцах колонн. При монтаже стропильных ферм следует обращать особое внимание на их устойчивость. Для этого первую ферму до расстроповки крепят расчалками, после чего вторую ферму связывают с первой прочными связями и распорками. При отсутствии прогонов фермы связываются временными распорками или 2...3 плитами покрытия, устанавливаемыми и закрепляемыми до расстроповки. Минимальное количество прогонов или распорок для бесфонарных ферм при пролете до 18 м - 2 шт., более 18 м - 3, для ферм с фонарем соответственно 3 и 6 шт. Для предотвращения потери устойчивости ферм плиты покрытий следует укладывать симметрично с обеих сторон от упорных узлов к коньку. При монтаже фонарных ферм плиты укладывают симметрично по поясам ферм, а затем по фонарю. Выверку конструкций производят при их установке. Исключение составляют подкрановые балки, выверку которых можно выполнять лишь после установки конструкций всего пролета и окончательного закрепления колонн и ферм. После выверки положения конструкций и правильности установки секции каркаса производят окончательное крепление монтажных 20 стыков с помощью сварки или болтовых соединений. Приемы конструкций оформляют актом. Противокоррозионную окраску конструкций производят после их приемки, что также оформляется отдельным актом. Конвейерный метод монтажа предусматривает сборку крупных высокой степени законченности конструктивных и конструктивно-технологических блоков на приобъектных конвейерных линиях с доставкой их в монтажную зону и последующей установкой в проектное положение. Наибольшее распространение этот метод получил при монтаже покрытий одноэтажных промышленных зданий. Конструктивно-технологические блоки полной строительной готовности, состоящие из двух металлических ферм, скрепленных связями и прогонами или из структурных плит, кровельного настила, утепления, кровельного покрытия, подвесного потолка, а также закрепленных в межферменном пространстве коммуникаций (воздуховодов, спринклерной системы пожаротушений, электроосветительной аппаратуры и др.). Размеры таких блоков в плане могут быть от 12X18 до 24X36 м. Масса блоков размером 24X36 м составляет около 130 т. Блоки, собранные из двух ферм, имеют по торцам свесы с кровли прогонов и фонарных конструкций. Такая компоновка блоков обеспечивает возможность их установки по системе "блок к блоку". Блоки изготовляют на расположенных около монтируемого здания временных конвейерных линиях в виде передвижных кондукторов, установленных на тележках, перемещающихся по рельсовым путям. Наиболее рационально применение пульсирующего конвейера, на котором имеется несколько технологических постов: пост сборки металлоконструкций блока, пост устройства кровли, пост подвески коммуникаций и т. д. На каждом посту все сборочные операции выполняют на неподвижном блоке, после чего он в заданном ритме передвигается на следующий пост. Готовые блоки доставляют на тележках в зону монтажа и устанавливают в проектное положение с помощью монтажных кранов или специальных механизмов, передвигающихся по подкрановым путям мостовых кранов вдоль монтируемого пролета. Применение конвейера считается экономически оправдано, если с него сходит в сутки не менее 500...800 м2 готового покрытия. Несмотря на то что устройство технологических постов и временных путей требует по сравнению с обычной технологией дополнительных единовременных затрат, конвейерный метод монтажа покрытий при площади зданий более 25...30 тыс. м2 оказывается более экономичным, чем традиционный метод монтажа. Следует также иметь в виду, что применение конвейерного метода монтажа будет экономичным лишь при четкой комплектации конвейера. В противном случае вместо экономического эффекта возможно 21 удорожание строительства, что связано с высокой стоимостью конвейера, больших единовременных затрат, а также необходимостью некоторого повышения жесткости блоков, что влечет за собой перерасход до 8 % металла. При правильной организации конвейерной сборки производительность труда на монтаже конструкций покрытий может составить 700 кг/(чел-дн) и более, в то время как этот показатель при поэлементной сборке не превышает 350...360 кг/(чел-дн). Сроки выполнения работ сокращаются на 30...50 %, а средняя экономическая эффективность, приходящаяся на 1 м2 смонтированного конвейерным методом покрытия, составляет более 1,6 руб., не считая экономии, которая достигается за счет сокращения срока ввода объектов в эксплуатацию. Важным преимуществом метода является возможность переноса сборочных операций в полустационарные наземные условия, что позволяет повысить не только производительность труда, но и безопасность монтажных работ. Все это отражается в журнале строительства коттеджей Основные технологические принципы конвейерного метода монтажа могут быть использованы как для покрытий промышленных зданий, так и для сборки зданий и сооружений других конструктивных структур. С учетом стоимости материала структура себестоимости имеет следующий вид:      проектирование конструкции 2-3% стоимость материала 63-73% изготовление 11-22% транспортные расходы 3-7% монтаж 5-20% 22 Лекция №4 Определение массы конструкции на стадии проектирования Конструкции здания подразделяются на основные (воспринимающие нагрузки и образующие каркас здания), и вспомогательные, назначение которых состоит в неизменяемости и устойчивости основных конструкций и выполнении других вспомогательных функций. В соответствии с этой предпосылкой масса сооружения равна: Gc = ∑Gok nok + ∑Gвк nвк где Gok и Gвк – масса основной и вспомогательной конструкции, соответственно. nok и nвк – количество основных и вспомогательных конструкций. Суммирование осуществляется по типам основных и вспомогательных конструкций. Массу вспомогательных конструкций на стадии вариантного проектирования в явной форме определить затруднительно. Поэтому её величину можно учесть коэффициентом к массе основной конструкции (называемом строительным коэффициентом массы сооружений φс ) Gc = φс ∑Gok nok = φс Gok φс = 1+ Gвк/ Gok Масса основной конструкции может быть определена путем использования статистических данных, о массе ранее возводимых сооружений. Для сравнительных оценок широко распространены удельные показатели расхода стали или бетона на единицу площади или объема, в целом по сооружению, или отдельно по типу основных конструкций. Например, масса колонн на 1м2 площади зданий или на 1м3 здания. Метод характеристик массы предложен Стрелецким Н.С. Ферма Теоретическая характеристика массы решетчатой конструкции может определена исходя из ее объема: X = ∑ Si li /L2 где, Si – усилие от единичной погонной нагрузки, li - длинна элемента, L – пролет конструкции. Фактическая характеристика, отвечающая нагрузке q: 23 X = Xq ϻ = ∑ϻ Sq li /L2 где ϻ - конструктивный коэффициент. Теоретическая характеристика зависит только от геометрии конструкции. Фактическое отличие от теоретической характеристики конструктивным элементом q. Таким образом характеристика – это число показывающее рациональность конструктивной формы для восприятия данного типа нагрузок, чем оно меньше, тем рациональнее схема конструкции. Количество характеристик соответствует количеству нагрузок, действующих на конструкцию. Для упрощения вычислений желательно привести фактическую нагрузку к одной или двум эквивалентам. Яшко написал формулу для ферм с параллельными поясами. Балки Характеристики массы сплошной изгибаемой конструкции X ρ = ∑ϻ Sq d /(L2 ρ) X = ∑ϻ Sq d /(L2 ρ) где, q – длинна прямолинейного участка, ρ – радиус ядра сечения. Теоретическая характеристика неразрезрезных (опирающихся на 3 и более опор) балок постоянного сечения при действии равномерно распределенной нагрузки Х = 0,125 L/ ρ Для балок переменного по пролету сечения Х = 0,11 L/ ρ Например бистальная балка. Балка бистальная – балка, выполненная из двух марок сталей: наиболее напряжённые участки выполняются из низколегированной стали, а мало напряжённые из малоуглеродистой стали. Колонны В отличие о ферм и балок, где нагрузки могут быть приведены к эквивалентной равномерно распределенной нагрузке на колонны действует по крайней мере 4 вида нагрузок:  вертикальная Р  горизонтальная ТГ  давление кранов 24  давление ригеля Q которые не могут быть заменены эквивалентной нагрузкой. а) кран Хк1 = kl Zк + ρ1 /φ1 + n kH H / (ρ1 h1) Хк2 = kl Zк + n kH H / (ρ2 h2) Характеристики определяются для подкрановых (1) и надкрановых (2). Характеристики и возд. крана ригеля б) ригель Хк1 = Zp + ρ1 /φ1 / (ρ1 h1) Хк1l = Z2 + ρ2 /φ2 / (ρ1 h1) в) ветер Хвет1 = klll H / (ρ1 h1) Хвет1l = klll H / (ρ2 h2) kI, kII, kIII – коэффициенты распределенной единицы моментов, зависящие от соотношения длин подкрановой части и всей колонны, а также соотношения жесткостей надкрановых и подкрановых частей; ρ1, ρ2 – радиус ядра сечения надкрановой и подкрановой частей колонн; Н1, Н2 – высота надкрановой и подкрановой частей колонны; z –эксцентриситеты в приложении давления крана и ригели относительно оси подкрановой части колонн; Н – полная высота колонны; φ1, φ2- коэффициенты продольного изгиба. 25 Лекция №5 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТРУДОЕМКОСТИ, СТОИМОСТИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ И МОНТАЖА НА СТАДИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ Проект содержит комплекс технической документации: чертежи, пояснительные записки, включающие технико-экономические обоснования, расчеты, сметы, спецификации сборных элементов, арматуры и др. материалов, необходимых для осуществления проектного решения. СНиП 1101-95 “Инструкция о порядке разработки, согласования, утверждения и составе проектной документации на строительство предприятий, зданий и сооружений”. Проект состоит из технологической и строительно-экономической частей. Экономическое обоснование технологической части выполняется инженерами-технологами и экономистами-технологами, а строительной – строителями. Проект здания, населенного пункта выполняют архитекторы при участии технологов и инженеры-проектировщики. Совместно с инженерамиэкономистами они выбирают экономически целесообразное решение. На основе количественных и качественных показателей, полученных при разработке соответствующих разделов проекта, рассчитывается эффективность инвестиций в соответствии с Методическими рекомендациями по оценке эффективности инвестиционных проектов и их отбору для финансирования, утвержденными Госстроем России, Минэкономики России, Минфином России, Госпромкомом России (№ 7 12/47 от 31.03.94). Проектирование осуществляется в две или одну стадию. Исходными материалами являются задание на проектирование, данные о ситуации на местности, подземных коммуникациях, геологии и гидрологии грунтов. Задание на проектирование составляет заказчик строительства данного объекта. В задании на проектирование указывается место строительства, основные требования к проекту, перечень и размеры помещений, объем инвестиций. Проектирование в две стадии осуществляется по технически сложным объектам строительства, крупным предприятиям, сооружениям, строительство которых намечается выполнять по очередям. Вначале разрабатывают и утверждают технический проект (1-я стадия), а на его основе выполняют рабочий (2-я стадия). В техническом проекте обосновывают технические и архитектурно-планировочные решения зданий и определяют сметную стоимость строительства. На стадии рабочего проекта разрабатывают рабочие чертежи здания, его конструктивных элементов, узлов и деталей. Проектирование в одну стадию осуществляется по объектам строительства, выполняемым по типовым проектам, по повторно применяемым экономичным индивидуальным проектам и по технически несложным объектам. Выполняют технорабочий проект. Таким образом, проекты крупных объектов строительства, осуществляемых по очередям, разрабатываются в две стадии и начинаются с разработки общей 26 схемы генерального плана предприятия (сооружения) и основных проектных решений. Разработка проектов населенных мест, жилых районов, строительство которых осуществляется по очередям, выполняется также в две стадии. Разработка проектов жилых микрорайонов, жилых комплексов, в основе которых закладываются типовые проекты жилых зданий и учреждений обслуживания, может осуществляться и одностадийно. В соответствии с демографической структурой населения выбираются оптимальные объемно-планировочные решения жилых домов для расселения населения. Устанавливается оптимальная структура квартир по площади, соответствующая демографической структуре населения. Выбирается экономически целесообразная этажность жилых домов и плотность жилого фонда. Определяется необходимая площадь территории населенного пункта, района, жилого комплекса для расселения населения, соответствующего градообразующей группе предприятий и учреждений. При строительстве по типовым проектам ТЭО, производимые на первой стадии, являются исходным материалом для подбора найденных оптимальных решений из числа существующих типовых проектов. В случае отсутствия необходимых объемно-планировочных решений в существующем составе типовых проектов, они разрабатываются дополнительно. Проекты бывают:     экспериментальные, типовые, индивидуальные разового повторного применения. По индивидуальным проектам разового применения обычно возводят объекты уникальных зданий и сооружений. Повторно используются индивидуальные проекты экономически целесообразных проектных решений объектов строительства немассового назначения. Экспериментальные проекты применяют для возведения зданий новых типов с целью проверки их в эксплуатационных условиях и последующего внедрения в массовое строительство. Типовые проекты предназначаются для многократного использования при строительстве объектов массового назначения на срок на10 лет. Типовое проектирование – это система разработки строительных проектов, основанная на типизации отдельных зданий и их фрагментов (блок-секций, полусекций, блок-квартир, лестничнолифтовых узлов и т.п.) с целью многократного применения их в строительстве. Применение типовых проектов дает возможность значительно удешевить и ускорить процесс проектирования, сведя его к выбору уже готовых типовых проектных решений зданий и привязке к конкретным условиям строительства. 27 В жилищном строительстве широкое распространение получил метод типового проектирования серий жилых домов. В состав серий жилых домов входят проекты наиболее часто встречающихся в застройке отдельных типов домов и набор к ним типовых блоксекций. В блок-секционной схеме законченной единицей типового проектирования жилых зданий является блок-секция – повторяющаяся часть дома, сгруппированная вокруг лестничнолифтового узла. В состав архитектурной части проектов входят генеральный план, фасады, планы этажей, поперечные и продольные разрезы, чертежи и шаблоны архитектурных деталей, в т.ч. окна и двери, выполняемые по индивидуальному заказу. Экономическое обоснование осуществляется на всех стадиях проектирования. При выборе применяемых деталей и изделий экономическими расчетами определяют оптимальный класс точности их изготовления. Сравниваются затраты на выполнение сооружения или его части с разными уровнями точности. При использовании сборных деталей эти затраты складываются из двух составляющих – формула (12): Зоб = Зп + Зс (12) где Зп – затраты производства, включающие изготовление деталей, затраты на технологическое оборудование и измерительную аппаратуру; Зс – затраты на строительной площадке, связанные с монтажом и окончательной отделкой деталей. Затраты на производство Зп возрастают с повышением класса точности. Наступает момент, когда увеличения уровня точности можно достигнуть только на основе качественно новой технологии. Это вызывает большие дополнительные затраты на создание технологических линий, приобретение нового оборудования и даже строительство новых предприятий. Может возникнуть необходимость создания новой измерительной аппаратуры с большей разрешающе способностью, т.к. существующая непригодна для замеров с нужной точностью. С повышением уровня точности затраты на строительной площадке Зс уменьшаются, т.к. не требуются дополнительные затраты на подгонку при монтаже и последующую отделку. Оптимальным уровнем точности будет тот, при котором обеспечены минимальные затраты без ущерба качеству и прочности детали, т.е. Зоб = min. Проекты гражданских зданий обосновывают, сравнивая технико-экономические показатели разных вариантных решений или сопоставляя с показателями выполненного раньше сооружения, принятого в качестве эталона. Конструктивные решения проекта сравнивают по приведенным затратам. Архитектурно-планировочные варианты показателями и индексом эффективности. оценивают объемными, планировочными 28 Объемным показателем К2 определяют объем здания, приходящийся на единицу его функциональной площади, - формула (13): К2=V/A (13) где V – расчетный объем здания, м3; А – функциональная площадь, м2. Сущность показателя площади в зданиях разного назначения неодинакова. Так, для жилых зданий в качестве А используют жилую площадь дома, м2. K2*=V/Аж Где, Аж – жилая площадь. В общественных зданиях основным функциональным показателем является рабочая площадь: K2*=V/Ар (14) где, Ар – рабочая площадь. Плоскостным архитектурно-планировочным показателем является коэффициент К1, который рассчитывается по формуле (15) для оценки планировочных решений квартир в жилых домах. K1*=Aж/Ао (15) Где, Ао – общая площадь квартир, м2; и по формуле (16) в нежилых зданиях: К1мж=Ар/Ао (16) Для общественных зданий, функциональный показатель которых выражен в количестве рабочих, посадочных или зрительных мест, определяют плоскостной планировочный коэффициент К3 по формуле (17): К3= Ар/N (17) где N – количество функциональных мест в здании (рабочих, торговых, учебных и зрительных). Компактность объемно-планировочных решений характеризует коэффициент К4 – формула (18). K4=Aогр/Ао; К4= Aогр/V; (18) 29 Он выражает отношение площади ограждений к общей площади или объему здания. где Аогр – площадь наружных ограждающих конструкций здания, м2. Сравнительную экономичность вариантов определяют по индексу эффективности – формулы (19) – (21). Э = ЕDС + DСэк (19) DС = Сi – Cj (20) DCэк = Сэкi - Сэкj (21) где Е – коэффициент эффективности; Сi; Cj – сметные стоимости строительства i-го и j-го вариантов, руб.; DСэк – разность эксплуатационных затрат по сравниваемым вариантам, руб. Когда варианты по своему планировочному или объемному решению не сопоставимы, вместо значения С – сметной стоимости строительства учитывают удельную стоимость строительства. Для этого сметную стоимость приводят к единице функционального показателя (объема, полезной или рабочей площади сооружения, одному рабочему или зрительному месту). Лекция №6. ОПТИМИЗАЦИЯ КОМПОНОВОЧНЫХ РЕШЕНИЙ ПРОМ.ЗДАНИЙ. ОПТИМАЛЬНЫЕ РАЗМЕРЫ БАЛОЧНОЙ КЛЕТКИ. ОПТИМАЛЬНЫЙ ШАГ КОЛОН, ФЕРМ Технико-экономическая оценка проектов жилых и общественных зданий и сооружений Основные технико-экономические показатели: 2. Текущие затраты 3. Единовременные затраты 4.Социальная эффективность 1. Основные технико-экономические показатели. Выбор экономически более эффективных проектных решений проводят в процессе разработки типовых, экспериментальных или 30 индивидуальных проектов разового применения. Экспертиза проектных предложений и разработка экспертных заключений невозможна без ТЭО отобранных проектов. Основными расчетными единицами при оценке проектов жилых зданий принимаются: квартира, 1 м2 жилой площади, 1 м2 полезной площади. При оценке общественных зданий и сооружений принимаются единицы их вместимости (мощности, пропускной способности). Основные расчетные единицы общественных зданий представлены в табл. 3. При ТЭО отдельных конструктивных элементов зданий и сооружений в качестве расчетных единиц измерения для определения показателей сметной стоимости, затрат труда и потребности в основных материалах, а также текущих затрат принимаются, как правило, единицы измерения следующих конструктивных элементов (табл. 4) 31 32 Таблица 4 – Единицы измерения при ТЭО конструктивных элементов Стены наружные и внутренние, перегородки 1 м2 поверхности за вычетом проемов Перекрытия 1 м2 площади, измеренной между внутренними отделанными поверхностями несущих стен (опор) Крыши, покрытия, лестничные марши и 1 м2 площади горизонтальной проекции площадки Окна и двери 1 м2 площади проема Основной целью ТЭО проектов строительства является выбор оптимального проектного решения в результате сравнительного анализа нескольких вариантов. Поэтому необходимо обеспечить сопоставимость анализируемых проектных вариантов. Сопоставимость должна быть обеспечена по: - ценам материалов и конструкций, принятых в проектном решении; - методам расчета стоимостных показателей в оценке эффективности; - кругу затрат, учитываемых в объеме капитальных вложений; - времени осуществления затрат; - мощности производственных помещений, пропускной способности или вместимости объектов непроизводственного назначения, по количеству рабочей или полезной площади; - характеру конструктивных и объемно-планировочных решений; - условиям строительства (климатическая зона, рельеф местности, гидрогеологические условия и др.); - расчетно-конструктивным предпосылкам (полезная, снеговая, ветровая нагрузки; наружная и внутренняя tо воздуха; сейсмостойкость и др.). Учет одинакового круга затрат: если стоимость жилого дома проекта-аналога определена вместе с благоустройством, тогда стоимость сравниваемого проекта должна быть подсчитана также вместе с благоустройством. Учет времени осуществления затрат 33 производится тогда, когда строительство оцениваемого проектного решения намечено выполнять в зимних условиях. В этих случаях в сметной стоимости учитывается надбавка на производство работ в зимнее время. Если стоимость проекта-аналога подсчитана без надбавки на зимнее удорожание, то при приведении объектов сравнения к сопоставимым условиям из сметной стоимости сравниваемого проекта надо исключить надбавку на зимние работы. Когда капитальные вложения производятся разновременно, по очередям строительства, сравнение рассматриваемых объектов ведется с учетом коэффициента приведения по времени. При увеличении мощности, пропускной способности, вместимости, количества рабочей или полезной площади удельные капитальные вложения сначала резко уменьшаются до определенных границ, зависящих от функционального назначения объекта строительства. Затем уменьшение капитальных вложений замедляется. Для сравнения следует подбирать проект-аналог равной мощности с рассматриваемым объектом строительства, а если имеются нормативы удельных капитальных вложений, зависящие от мощности, то сопоставление надо вести по этим нормативам. Стоимость объектов строительства зависит от основных параметров объемнопланировочных решений. Поэтому для сопоставления проектов надо учесть все эти параметры. Например, известно, что стоимость 1 м2 жилой площади уменьшается при увеличении площади квартиры. Если сравнивается жилой дом, в котором средняя жилая площадь квартиры 40 м2, то и в проекте-аналоге сметную стоимость надо скорректировать на такую же площадь. При необходимости сопоставления проектов зданий, предназначенных для применения в различных природно-климатических условиях, определяется влияние на техникоэкономические показатели сравниваемых проектов местных особенностей районов строительства (например, сейсмических условий относительно обычных). Сравниваемые проектные решения могут быть приведены к сопоставимому виду с помощью так называемых коэффициентов приведения, которые учитывают различие проектов по отдельным показателям на основе их стоимостного измерения. При сопоставлении проектов особое место занимает качество объектов. Некоторые вопросы качества объектов влияют на экономические показатели. Так, вопрос видимости тесно связан с распределением в зрительном зале мест по поясам, имеющим различную цену на билеты. В отдельных случаях для учета качества проектов применяют методы квалиметрии. При оценке проектных решений жилых и общественных зданий рассматриваются следующие технико-экономические показатели: объемно-планировочные; сметная стоимость строительства; затраты труда и расход материалов; показатели, характеризующие степень унификации сборных элементов, годовые эксплуатационные затраты. Объемно-планировочная характеристика общественных зданий включает следующие показатели: 34 ; общая площадь здания; летних помещений; площадь лестничных клеток, лифтовых холлов, галерей; Объемно-планировочные показатели жилых домов включают: ия на одну квартиру, объем типового этажа на 1 м2 жилой площади. Объем зданий с чердачными покрытиями определяют умножением площади застройки здания выше цоколя на высоту от пола первого этажа до верха утеплителя чердачного перекрытия. Объем бесчердачных зданий вычисляют умножением площади поперечного вертикального сечения, измеренной по наружному обводу (включая фонари и надстройки), на длину здания. Площадь застройки равна произведению длины дома на его ширину, измеренным между наружными гранями наружных стен выше цоколя.Объем подвала устанавливается умножением площади застройки на высоту подвала от пола подвала до пола первого этажа. Кроме объемных коэффициентов, устанавливается отношение жилой площади к общей, жилая и общая площадь одной квартиры в среднем по дому. В состав рабочей площади общественных зданий входят площади всех помещений за исключением площади коридоров, тамбуров, переходов, помещений санитарнотехнического назначения (котельных, насосных, машинных отделений и т.д.). Общая площадь общественного здания равна сумме рабочей площади и площадей коридоров, тамбуров, переходов, а также помещений технического назначения. Показатели стоимости строительства жилого дома включают в себя: стоимость здания с выделением общестроительных работ; стоимость благоустройства участка и сооружения дворовых сетей; затраты на освоение территории; затраты, связанные с удорожанием работ в зимнее время, с устройством временных сооружений и т.д. Показатели стоимости строительства общественного здания: стоимость строительно-монтажных работ по 35 основному зданию; затраты на приобретение технологического оборудования, мебели и инвентаря; стоимость подсобных зданий, благоустройства участка, малых форм, внешних сетей, инженерных сооружений и пр. Показатели трудовых затрат на строительство зданий складываются из затрат труда на строительной площадке и затрат труда на изготовление строительных материалов, изделий и конструкций. К ним относятся: затраты труда на возведение здания (с выделением общестроительных работ) в человеко-днях на 1 м2жилой (рабочей) площади и на 1 м3 здания; показатели расхода основных строительных материалов (стали, цемента, леса, кирпича и т.п.); вес здания, отнесенный на 1 м2 жилой (рабочей) площади и на 1 м3 здания. Показатели, характеризующие степень унификации сборных элементов, содержат характеристику унификации конструкций и деталей по числу типоразмеров сборных элементов и коэффициент сборности – отношение стоимости сборных элементов и деталей к суммарной стоимости всех материалов и сборных элементов и деталей. Показатели годовых эксплуатационных затрат жилого дома должны включать в себя годовые текущие затраты на отопление зданий и содержание лифтов и лестниц, придомовой территории и административно-управленческие расходы. Для общественных зданий стоимость заработной платы всего персонала учреждения, коммунальные расходы на содержание здания, условно-постоянные расходы на содержание учреждений. Оценка каждого проектного решения должна включать 3 этапа: - выбор эталона для сравнения оцениваемого варианта проекта; - расчет технико-экономических и социальных показателей оцениваемого проекта и эталона; - сравнение проектируемого здания с эталоном как определение степени приближения оцениваемого варианта к эталону через отношение стоимостных показателей. При оценке технико-экономические показатели сопоставляются с лучшими индивидуальными или типовыми проектами, принимаемыми в качестве аналогов (эталонов). Экономическая оценка проектных решений осуществляется по приведенным затратам. Приведенные затраты для оценки проектных решений состоят из годовых текущих затрат и удельных капитальных вложений, умноженных на коэффициент экономической эффективности, отнесенных к 1 м2 жилой площади. 2. Текущие затраты. В жилищном строительстве текущие затраты в основном представляют собой эксплуатационные расходы по содержанию жилого дома. Эксплуатационные расходы состоят из: - административно-управленческих расходов ЖЭО; 36 - расходов на содержание территории домоуправления; - расходов на содержание лестниц, лифтов и мест общего пользования; - расходов на осуществление текущего ремонта; - коммунальных расходов на обслуживание инженерного оборудования (отопление, электроосвещение, канализация, водоснабжение, газ); - амортизационных отчислений. Административно-управленческие расходы колеблются в зависимости от жилой площади, обслуживаемой одним домоуправлением. С ростом этажности они, как правило, уменьшаются. Расходы на содержание территории домоуправления включают: содержание дворников, освещение дворовой территории, содержание зеленых насаждений, уборку снега, сбрасывание снега с крыш, посыпку тротуаров песком, поливку убираемой площади и вывоз мусора. Затраты на содержание лестниц (без лифтов), текущий ремонт и амортизационные отчисления не изменяются при изменении этажности дома. Расходы на водоснабжение, электроснабжение, газоснабжение и канализацию в основном исчисляются по существующим тарифам независимо от объемно-планировочных решений жилых зданий. Эксплуатационные затраты на содержание лифтов и отопление резко изменяются в зависимости от этажности жилого дома. Затраты на содержание лифтов включают: амортизационные отчисления на реновацию, заработную плату, электроэнергию, технический надзор и ППР. Эти затраты зависят от характера их обслуживания, от типа лифтовой шахты, расположения машинного отделения и от грузоподъемности лифта. Обслуживание лифтов осуществляется лифтером-обходчиком, обслуживающим 4-7 лифтов, или диспетчерским пунктом, с пульта управления, обслуживающего до 20 лифтов. Конструкции шахт бывают глухие, выполненные из стеновых материалов жилого дома, и сетчатые – металлические. Машинное отделение располагается внизу или наверху шахты лифта. Содержание глухих шахт дешевле, чем металлических. Самые низкие эксплуатационные расходы по лифтам с глухими шахтами, с машинным отделением наверху и с диспетчерским управлением. Текущие затраты на отопление дома изменяются в зависимости от изменения объемнопланировочного и конструктивного решения жилого дома и определяются с учетом площади теплопередачи и площади ограждающих конструкций. Площадь ограждающих конструкций, отнесенная к 1 м2 жилой площади (удельная площадь), характеризует теплопотери здания в зависимости от его объемно-планировочного решения. В зависимости от конструктивного решения ограждений изменяется их теплотехническая характеристика – коэффициент теплопередачи и его обратная величина – сопротивление 37 теплопередаче. Удельная площадь ограждающих конструкций изменяется в зависимости от ширины, длины жилого дома, высоты этажа, количества этажей и отношения площади застройки к жилой площади – формула (21). Теплопотери через пол первого этажа не учитываются в связи с тем, что в многоэтажных жилых домах обычно предусматриваются подвалы. Социальная эффективность. До сих пор мы говорили о стоимостной оценке проектов жилых домов. Но стоимостные показатели не могут служить критериями качества предметов. Экономичность определяет уровень затрат на производство изделий, но не их качество. Архитектурные и экономические показатели жилища должны не суммироваться, а сопоставляться путем отношения оценок качества жилого дома или его отдельных решений к затратам, обеспечивающим достижение этого качества. Такое сопоставление выражает эффективность жилищного строительства. Технико-экономическая эффективность и ее показатель приведенных затрат не могут выступать критериями развития жилищного строительства, т.к. любое существенное улучшение качества и потребительских свойств жилища ведет к дополнительным расходам. Поэтому основной критерий эффективности жилищного строительства социально-экономическая эффективность. Техникоэкономическая эффективность характеризует эффективность жилища как инженерного сооружения, а социально-экономическая – как среды человека. Социально-экономическая и технико-экономическая эффективности образуют общую (суммарную) эффективность и являются основными составляющими системы критериев качества и эффективности жилищного строительства. Исходными критериями общей системы являются социальные, технические и экономические показатели. Социальные показатели – обеспеченность населения жилищами, характер их заселения, показатели потребительских свойств жилища, его отдельных частей, оборудования и отделки. Они определяют функциональнопланировочные и архитектурно-художественные решения жилого дома, его санитарно-гигиенические, эргометрические и др. социальные характеристики. Способы выражения социальных показателей м.б. метрические, балльные и альтернативные. Технические показатели – габариты, размеры зданий, их конструктивных частей, показатели надежности и долговечности и т.п. Они характеризуют качество объектов жилищного строительства как инженерных сооружений, а также качество СМР, строительных материалов и изделий. Экономические показатели – стоимостные показатели капитальных вложений, объемов строительно-монтажных работ, стоимость и себестоимость материально-технических и трудовых ресурсов, сметные нормы, цены, расценки и др. С помощью социальных и технических показателей дается социальная и техническая оценка качества жилища. Социальная оценка качества жилища характеризует степень удовлетворения социальных требований, предъявляемых к жилищу, путем сравнения фактических показателей с нормативными или оптимальными, базовыми, эталонными. Техническая оценка качества жилища характеризует степень удовлетворения технических 38 требований к зданию как к инженерному сооружению путем сравнения фактических показателей с нормативными и проектными. Социальная и техническая оценки определяют общее качество жилища и жилищного строительства. На основании технических, экономических и социальных показателей дается технико-экономическая и социальноэкономическая оценка. Технико-экономическая оценка – это сопоставление технических показателей с экономическими. Она определяет удельную стоимость жилища, его отдельных частей, конструкций, отделки и оборудования, показывает зависимость стоимостных показателей от технических. Социально-экономическая оценка – это соотношение социальных и экономических показателей, определяемое количеством баллов, процентов, часов увеличения свободного времени, градусов приближения температуры к комфортной и др. и измерение потребительских свойств жилища, приходящихся на 1 руб. затрат. Социально-экономическая оценка качества жилища предполагает последовательно: социальную оценку качественных признаков, определение затрат на изменение этих признаков в рассматриваемом диапазоне, сопоставление социальных оценок с затратами и выбор эффективных путей улучшения качества отдельных признаков и жилища в целом. Основные социальные результаты улучшения жилищно-бытовых условий – увеличение свободного времени, сокращение заболеваемости и рост производительности труда. Итоговый расчет социально-экономической эффективности – это определение разности годовой экономической оценки социальных результатов и народнохозяйственных затрат, необходимых для достижения этих результатов. При этом экономическая оценка социальных результатов должна быть приведена к моменту затрат. При оценке проектов общественных зданий также необходимо учитывать их социальную эффективность. Показатели социальной эффективности проектов общественных зданий: - увеличение фонда свободного времени, используемого для творчества, отдыха, физической культуры; решение градостроительных проблем, включая создание культурнопросветительных, зрелищных и спортивных зданий и сооружений при их оптимальном размещении и т.д.; развитие и улучшение качества коммунально-бытового обслуживания населения. При комплексной оценке экономической и социальной эффективности сравниваемых вариантов общественных зданий и сооружений применяются следующие методы: нормативный метод; максимизации эффекта при фиксированных затратах; минимизации затрат для достижения заданного социального результата; оценки экономии времени населением при использовании услуг; оценки сопутствующего экономического эффекта; максимизации прибыли, получаемой при реализации услуг и др. Под нормативным подходом к определению эффективности подразумевается метод сравнительной эффективности, т.е. оценка вариантов по минимуму разности приведенных затрат при условии соблюдения всех социальных стандартов. Систему социальных стандартов составляют нормативы условий труда, жизни и комфорта. К ним относятся: СНиПы строительства общественных зданий и учреждений в расчете на 1 тыс. человек определенных демографических групп; нормы потребления воды, энергии, тепла и др.; нормы пожарной безопасности; нормы комфорта: 39 освещенность, тепло, влажность воздуха помещений, высота помещений; градостроительные нормы: плотность застройки жилых районов, плотность их заселения и т.п.; нормы обслуживания в учреждениях непроизводственной сферы. Учет социальных показателей при оценке вариантов проектных решений означает, что если, например, оказалось, что один из вариантов характеризуется лучшими показателями капитальных вложений и эксплуатационных затрат, то вопрос о выборе варианта решается с учетом затрат времени населением, которое пользуется услугами данного учреждения. Затраты времени населением выражаются в денежной форме. Стоимость 1 чел.-ч непроизводительных затрат времени населения принимается в размере 50% среднечасовой оплаты производительного труда. В случае невозможности выражения социальных показателей в денежной форме, значение их определяется на основе экспертных оценок. При определении эффективности проектных решений соизмеряются результаты и вызвавшие их затраты. Одновременно определяются размеры прибыли объекта и уровень рентабельности их деятельности. Показатели рентабельности являются как количественными, так и качественными результатами работы учреждений, т.к. в них отражаются посещаемость и конкурентоспособность объекта. При оценке рентабельности учитывают улучшение условий труда. При этом если в одном из проектов при одинаковых с другими затратах улучшаются условия труда обслуживающего персонала, такое проектное решение считается лучшим. Показатели рентабельности объектов определяются показателями прибыли от их функционирования. Показатель прибыли используется для оценки проектов следующим образом: А) для определения уровня общей эффективности и сроков окупаемости капитальных вложений. Уровень рентабельности определяется как отношение годовой прибыли к показателям стоимости строительства. Срок окупаемости капитальных вложений (Ток) – величина, обратная уровню рентабельности. Ток рассчитывается как отношение стоимости строительства к показателям годовой прибыли. Эти количественные показатели эффективности проектов имеют основное значение при выборе 40