Не слишком ли дорога нержавеющая сталь для строительства? Анализ затрат на протяжении всего жизненного цикла.

Нержавеющая сталь используется в строительстве уже почти сто лет. Ряд знаковых проектов с 1929 года по настоящее время объединяет одна общая черта: спустя десятилетия детали из нержавеющей стали, как правило, оказываются самыми беспроблемными и наименее затратными элементами всего здания. Это также одни из самых наглядных примеров того, как... Применение нержавеющей стали в строительстве.

В 1929 году Отель «Савой» в Лондоне Входной навес и вывеска были облицованы нержавеющей сталью, что широко считается самым ранним зафиксированным архитектурным применением этого материала. Первая реконструкция состоялась примерно семьдесят лет спустя, и ее причиной стал пожар в соседнем театре, а не естественное старение. Для отеля, чей вход является его визитной карточкой, это означало семьдесят лет без затрат на обновление его внешнего вида.

Здание компании Thyssen в Дюссельдорфе было завершено в 1960 году, его торцевые стены были облицованы панелями из нержавеющей стали. Более чем через пятьдесят лет, во время капитальный ремонтВся стеклянная навесная стена была заменена, но облицовка из нержавеющей стали нуждалась только в чистке и была сохранена, что позволило сэкономить на демонтаже, транспортировке и повторной установке.

Корона и шпиль Крайслер-билдинг Эти сооружения в Нью-Йорке расположены примерно в 275 метрах над улицей и полностью облицованы листами нержавеющей стали. С 1929 года Американское общество по испытанию материалов использовало их в качестве испытательного полигона и проводило инспекции каждые пять лет. К 1960 году инспекции были прекращены, поскольку видимых признаков разрушения практически не наблюдалось. Измерения, проведенные во время последующих ремонтных работ, показали практически полное отсутствие потери толщины материала.

На такой высоте любой ремонт подразумевает работу на высоте, перекрытие доступа и повышенный риск. Выбор материала, практически не требующего обслуживания, сам по себе является экономией.

Левер Хаус Здание в Нью-Йорке, построенное в 1952 году, является символом ранних стеклянных навесных стен, с их стойками, облицованными нержавеющей сталью. Десятилетия спустя навесная стена пришла в негодность, потому что углеродистая сталь за стойками впитала воду, заржавела и расширилась. При ремонте в 2001 году в новой навесной стене все еще использовались стойки и навершия из нержавеющей стали. В ходе реставрации 2023 года оригинальные навершия колонн из нержавеющей стали были отреставрированы и сохранены в эксплуатации, а не заменены.

Сайт Атомиум в Брюсселе Это еще более наглядно демонстрирует суть истории. Первоначально его сферы были облицованы алюминиевыми панелями. Сорок лет спустя алюминий потерял свой блеск, а стыки потрескались. Во время реконструкции 2004–2006 годов все панели были заменены нержавеющей сталью, выбранной за лучшую коррозионную стойкость и звукоизоляцию.

Сайт Пирс Прогресо Причал в Мексике был построен между 1937 и 1941 годами и простирается на два километра в море. В его бетоне содержится около 220 тонн арматуры из нержавеющей стали марки 304. Спустя более восьмидесяти лет он все еще используется, в то время как расположенный неподалеку пирс, построенный позже с использованием арматуры из углеродистой стали, сейчас находится в руинах. оценка жизненного цикла Также был сделан вывод, что выбор нержавеющей стали — это разумное вложение средств.

Сайт Темзский барьер Строительство в Лондоне было завершено в 1982 году. Крыши его опор, имеющие форму раковины, представляют собой деревянные конструкции, облицованные нержавеющей сталью. Инженер, ответственный за проект, сказал, что нержавеющая сталь в то время была дорогой, но за 30 лет крыши ни разу не чистились и не заменялись; если бы они были построены как обычные плоские крыши, их, возможно, уже несколько раз меняли бы.

Все эти случаи указывают на одно и то же: Стоимость материала, который не требует ремонта или замены в течение десятилетий, нельзя измерить его ценой в день покупки. Но большая часть этой экономии была обнаружена лишь спустя десятилетия, задним числом. А что, если произвести расчеты на этапе проектирования?

Оглядываясь назад, можно сказать, что в основном эти здания позволили сэкономить на затратах на реконструкцию, ремонт и замену. В этом и заключается ключ к стоимости нержавеющей стали: цена за единицу высока, но материал составляет лишь небольшую часть общей стоимости. Большие затраты приходятся на изготовление и монтаж, а также на десятилетия последующего обслуживания. Учтите это на этапе проектирования, и выбор изменится.

Согласно Исследование по моделированию устойчивых материалов worldstainless (2024)Возьмем в качестве примера большой автомобильный мост и сравним два варианта: один без каких-либо конструктивных элементов из нержавеющей стали, и другой, в котором нержавеющая сталь используется примерно для 101 тонны конструктивных элементов, только в проезжей части.

1. Материалы составляют лишь небольшую часть общей стоимости. В обоих вариантах наибольшую стоимость составляют изготовление и монтаж, а не материалы. Поэтому "в 2,5 раза больше стоимости материалов" не означает "в 2,5 раза больше стоимости проекта".
2. Вариант из нержавеющей стали стоит немного дороже на начальном этапе. Стоимость материалов и монтажа несколько выше.
3. Зазор образуется во время технического обслуживания. Без использования нержавеющей стали каждое последующее техническое обслуживание обходится дороже предыдущего. С нержавеющей сталью 10% затраты на техническое обслуживание остаются низкими, а общая стоимость жизненного цикла в итоге снижается.

Иными словами, выборочное использование подходящей нержавеющей стали меняет правила ценообразования в строительстве.

В каждом из трех проектов, представленных ниже, стоимость на протяжении всего срока службы рассчитывалась на этапе проектирования до выбора нержавеющей стали, и полученные результаты впоследствии были подтверждены:

• Мост Шаффхаузен, Швейцария (середина 1990-х): Закрытие этого моста на ремонт привело бы к масштабным объездам. При проектировании учитывались затраты на протяжении всего жизненного цикла, и была выбрана арматура из нержавеющей стали. Общая стоимость снизилась на 121 тыс. тонн, и за 30 лет мост не нуждался в капитальном ремонте.
• Модульный пешеходный мост AVAВеликобритания (2024): И конструкция, и облицовка выполнены из нержавеющей стали и скреплены болтами. Стоимость строительства более чем на 301 тыс. тонн ниже, чем при традиционном проектировании, а техническое обслуживание минимально в течение 120 лет эксплуатации.
• Мост Гонконг–Чжухай–Макао (2018): Конструкция, рассчитанная на 120-летний срок службы, использует арматуру из дуплексной нержавеющей стали только в критически важных зонах, таких как зона разбрызгивания. Расчеты показали, что это может снизить общую стоимость жизненного цикла примерно вдвое.

Все трое приходят к одному и тому же выводу: Дополнительные затраты на материалы окупаются многократно за счет технического обслуживания и простоев.

Оглядываясь на старые здания спустя десятилетия или на проекты, где расчеты производились на этапе проектирования, вывод один и тот же: дополнительные затраты на нержавеющую сталь окупаются за счет десятилетий избежанного технического обслуживания и замены; отказ от нее в целях экономии может обойтись гораздо дороже в будущем.

Но эти расчеты основаны на одном условии: нержавеющая сталь должна использоваться в правильных местах и в правильном сорте. Неправильное использование даже самого лучшего материала не позволит сэкономить деньги.

Экономия средств достигается не за счет "полного перехода на нержавеющую сталь", а за счет использования достаточно качественного материала только там, где это наиболее необходимо. Это выборочное использование, и каждый из представленных ниже проектов следует этому принципу.

Нержавеющая сталь в зданиях делится на две большие группы. Первая — это сталь, несущая нагрузки или находящаяся внутри конструкции, где существует риск коррозии, снижающей ее несущую способность. Вторая — это фасадная и внутренняя отделка, где существует риск изменения цвета, появления пятен и износа, из-за чего она выглядит старой. Оба подхода основаны на одном и том же принципе, но оцениваются по-разному: структурные части из-за риска коррозии, декоративные элементы по тому, как долго они сохраняют свою внешность.

Наиболее типичный подход заключается в использовании нержавеющей стали только там, где риск коррозии наиболее высок. Мост Сан-Джорджо в Генуе (2020), заменивший обрушившийся мост Моранди, расположен у моря, где и воздух, и дождь несут соль. Арматура, расположенная глубоко внутри бетона, защищена; реальная опасность исходит от поверхности, где вода и хлориды проникают первыми. Когда обычная арматура там ржавеет и расширяется, она вызывает растрескивание бетона и позволяет коррозии распространяться глубже. Поэтому в конструкции использовалась арматура из нержавеющей стали только в этих критических зонах, таких как пешеходные зоны, а внутри конструкции осталась углеродистая сталь. Вместо примерно 9000 тонн арматуры из углеродистой стали мост добавил всего около 250 тонн арматуры из нержавеющей стали, что обеспечило долговременную безопасность там, где это наиболее важно.

"Там, где это наиболее необходимо" — это не только места, где коррозия наиболее сильна. Это также может быть место, где никакой другой материал не справится с задачей. Дом Буш-Лейн В Лондоне (1976) здание располагалось на участке с ограничением высоты, чтобы защитить вид на собор Святого Павла. Застройщику требовалось как можно больше полезной площади, а также противопожарная защита и низкие эксплуатационные расходы. Проектная группа создала экзоскелет из дуплексной нержавеющей стали 2205, что позволило убрать внутренние колонны и сделать этажи более открытыми, упростив сдачу в аренду. Система водяного охлаждения внутри экзоскелета решила проблему противопожарной защиты открытой конструкции, а долговечность нержавеющей стали соответствовала цели низких эксплуатационных расходов. Один материал решил сразу три проблемы.

Как только местоположение выбрано, следующим шагом будет правильная настройка рельефа.

Прежде чем выбрать класс, задайте себе четыре вопроса. Каждый из них соответствует типу коррозии, распространенному в зданиях:

1. Точечная коррозия: Находится ли проект вблизи побережья, в районе, где используются противогололедные соли, или подвержен ли он загрязнению воздуха хлоридами или серой?
2. Гальваническая коррозия: Будут ли разные металлы находиться в непосредственном контакте?
3. Щелевая коррозия: Будут ли между металлическими деталями зазоры или плотный контакт?
4. Межкристаллитная коррозия: Включает ли конструкция сварку?

Наиболее распространенным критерием для выставления оценки является PREN (число, эквивалентное стойкости к питтинговой коррозии)Этот показатель измеряет способность сплава противостоять точечной коррозии в хлоридных средах; чем выше число, тем лучше коррозионная стойкость:

PREN = %Cr + 3,3 × %Mo + 16 × %N

В качестве общего ориентира, пороговое значение PREN для воздействия брызг морской воды составляет около 22, а для полного погружения в морскую воду — около 35. Обычно значения распределяются примерно следующим образом:

Существует лишь один принцип: Сначала определите, какой пороговый уровень требуется в вашей среде, а затем выберите оценку, которая его точно превышает. Если пойти гораздо дальше, это будет означать оплату коррозионной стойкости, которая вам никогда не понадобится.

Следуя этому принципу, на два наиболее распространенных вопроса даются ответы сами собой.

Первый вопрос: стоит ли платить больше за 316, чем за 304? Только в хлорированных средах. Нержавеющая сталь 304 имеет показатель PREN около 18, что ниже порога воздействия морской воды; у стали 316L он составляет около 24, чуть выше. Поэтому для деталей, подверженных воздействию окружающей среды в прибрежных районах и районах, где используется противогололедная соль, следует выбирать сталь 316L или выше, в то время как для внутренних работ в городах, расположенных вдали от побережья, обычно достаточно стали 304.

Второй вопрос: обязательно ли в прибрежных проектах использовать стандарт 316? Не обязательно. Высокохромистые ферритные нержавеющие стали с молибденом могут достигать показателя PREN, сопоставимого с 316L, но не содержат никеля, поэтому их цена менее подвержена колебаниям цен на никель. Международный аэропорт Цзяодун в Циндао расположен примерно в 20 километрах от побережья и подвержен сильным ветрам, проливным дождям и воздействию хлоридов в воздухе, его расчетный срок службы составляет более 80 лет. В его крыше используется около 1000 тонн ферритной нержавеющей стали, содержащей 22% хрома и 2% молибдена.

Что касается декоративных элементов, затраты связаны не с ремонтом конструкции, а с поддержанием внешнего вида: регулярная чистка требует трудозатрат, а при появлении пятен, изменения цвета или царапин поверхность приходится реставрировать или даже заменять панель за панелью. С ростом стоимости рабочей силы и то, и другое становится дороже. Здание Thyssen — яркий тому пример: при замене стеклянной навесной стены облицовка из нержавеющей стали нуждалась только в чистке и была сохранена. Таким образом, целесообразность использования декоративной нержавеющей стали зависит от того, как долго она сохраняет свой внешний вид и насколько низки затраты на рабочую силу и обслуживание.

Где его использовать. В декоративном оформлении «там, где это наиболее необходимо» означает места, к которым люди чаще всего прикасаются и на которые чаще всего смотрят: входы, стены вестибюлей. лифтовые кабины и двери на лестничных площадкахПерила, балюстрады и перегородки. Эти элементы изнашиваются быстрее всего и формируют первое впечатление от проекта. В местах с высокой проходимостью, таких как торговые центры, аэропорты, станции метро и офисные холлы, это также поверхности, которые чаще всего чистят, поэтому легко моющаяся отделка, не требующая обновления, экономит реальные трудозатраты каждый год. Для подсобных помещений и поверхностей, скрытых от глаз, можно использовать обычные материалы.

Какой сорт и отделка. При выборе декоративных элементов следует учитывать как марку стали, так и качество обработки поверхности.

В сухом помещении основной риск заключается не в коррозии, а в износе и отпечатках пальцев. В этом случае подойдет ферритный сплав без никеля, например... 430 часто может заменить 304по более стабильной цене. Здание IOTA в Палезо, Франция. выбрано по окружающей среде: 304 снаружи и 1,5 мм светло-отожженной стали 430 на внутренних стенках.

На побережье и открытых поверхностях наиболее распространенной проблемой являются пятна от чая: светло-коричневая ржавая пленка, которая не влияет на структуру, но портит внешний вид. Помимо перемещения в сторону 316 Чем выше показатель степени гладкости поверхности, тем меньше на ней остаются пятна. Австралийская ассоциация развития производства нержавеющей стали Рекомендуется шероховатость поверхности около Ra 0,5 мкм или ниже для применения на открытых прибрежных территориях. Типичная шлифовка щеткой №4 имеет шероховатость около 0,6 мкм; гладкие поверхности, такие как 2B и BA, уже хорошо противостоят пятнам от чая, а зеркальная полировка обеспечивает наилучшие результаты. Важны и конструктивные детали: открытые поверхности, которые могут смываться дождем, с меньшей вероятностью накапливают соль, в то время как горизонтальные поверхности, острые края и щели задерживают воду и грязь.

Обработка поверхности также может продлить срок сохранения ее внешнего вида. В местах с высокой степенью контакта... покрытие против отпечатков пальцев Это помогает, а гладкие поверхности меньше загрязняются; оба фактора снижают частоту и интенсивность протирки поверхности, что означает меньшие трудозатраты. Если требуется определенный цвет, Окрашивание PVD Цвет создается методом вакуумного напыления, в отличие от краски, которая стареет, отслаивается и требует повторного окрашивания. Подходит для наружных декоративных поверхностей, будь то окрашенные методом PVD. щеткой или зеркалоДополнительное защитное покрытие для наружного применения повышает устойчивость к атмосферным воздействиям, продлевает срок службы поверхностного покрытия и снижает частоту его обновления.

Нержавеющая сталь не требует особого ухода, но не является полностью необслуживаемой. Логика ценообразования для декоративных элементов такая же, как и для конструкционных: Используйте его только там, где он наиболее заметен и часто используется, выбирайте подходящий сорт и отделку, чтобы на протяжении десятилетий требовалась лишь плановая чистка, а не реставрация, что позволит свести к минимуму затраты на рабочую силу и техническое обслуживание.

Нержавеющая сталь долговечна и обходится дешевле в долгосрочной перспективе при условии правильного использования. Однако на практике многие проекты, несмотря на все это, все равно обходятся без нержавеющей стали. Причина обычно не в технических аспектах, а в проблемах с закупкой.

Потому что его трудно купить. Многие подходящие марки не торгуются на открытом рынке и существуют только на металлургических заводах; проектные группы часто не могут найти местного дистрибьютора, не уверены, какой продукт купить, и беспокоятся о последующем изготовлении. Проблема не в самом материале, а в цепочке от выбора материала до доставки.

Именно эти четыре проблемы может решить поставщик, работающий напрямую с заводом и обладающий собственными производственными мощностями:

Иными словами, для того чтобы выборочное использование работало на практике, кто-то должен помочь проектной команде решить вопросы «что выбрать» и «где это купить и кто будет это изготавливать», будь то небольшой заказ или крупная закупка материалов из нержавеющей стали для крупного строительного проекта.

Нержавеющая сталь действительно стоит дороже за единицу, чем обычная сталь, но в строительстве, если учитывать весь срок службы, она часто оказывается недорогой. Понятно, откуда берется стоимость, и столь же понятно, где она окупается.

Почему цена за единицу товара выше:

• Стоимость сплава: В состав стали входят легирующие элементы, такие как хром, никель и молибден, которые стоят намного дороже, чем обычная углеродистая сталь. В стали марки 316 добавлен молибден, поэтому она обычно стоит дороже, чем сталь марки 304.
• Требования к изготовлению: Для резки и сварки необходимо соответствующее оборудование и контроль технологического процесса; в противном случае материал может деформироваться или потерять коррозионную стойкость.
• Волатильность цен: Колебания цен на сырье, такое как никель, напрямую влияют на котировки.

Почему это часто недорого в строительстве:

• Снижение затрат на протяжении всего жизненного цикла: Общая стоимость строительных материалов включает в себя покупку, изготовление и монтаж, а также десятилетия технического обслуживания и замены; стоимость самих материалов обычно составляет лишь небольшую часть. Поскольку нержавеющая сталь требует минимального обслуживания и редкой замены, ее общая стоимость может быть ниже, чем у более дешевых материалов.
• Долговечность компенсирует стоимость единицы продукции: Коррозионная стойкость обеспечивается самим материалом, а не изнашивающимся покрытием, поэтому открытые части могут десятилетиями обходиться без ремонта, как, например, навес из нержавеющей стали в отеле «Савой» в Лондоне, построенный в 1929 году.
• Обработка поверхности продлевает срок службы изделия: Покрытия, предотвращающие появление отпечатков пальцев, сокращают объем регулярной уборки, а защитные покрытия для наружного применения повышают устойчивость декоративных отделочных материалов к воздействию погодных условий, благодаря чему видимые поверхности дольше остаются без ремонта.
• Избирательное использование ограничивает количество: Весь проект не обязательно должен быть выполнен из нержавеющей стали. Использование её только там, где риск коррозии наиболее высок или где другие материалы не подходят, обеспечивает долгосрочную безопасность критически важных зон при небольших дополнительных затратах. Например, на мосту Сан-Джорджо нержавеющая сталь составляет всего около 31 тонны арматуры.
• Соответствие сорта и отделки экологическим требованиям позволяет избежать отходов: Марка стали и отделка должны соответствовать условиям окружающей среды. Для внутренних строительных работ во внутренних районах страны обычно достаточно стали марки 304, а для внутренней отделки 304 часто может быть заменена ферритной сталью; на побережье в качестве вариантов предлагаются стали 316L или ферритные стали, содержащие молибден, в сочетании с гладкой поверхностью для уменьшения образования пятен от чая.

Поэтому нержавеющая сталь должна быть стандартным вариантом среди строительных материалов, а не роскошью, рассматриваемой только при наличии бюджета.

Данная статья основана главным образом на вебинаре worldstainless, представленном ниже, и на исследованиях, которые в нем используются, а также на примерах из следующих источников:

• worldstainless: Строительство из нержавеющей стали для прочного и не требующего сложного обслуживания будущего (вебинар, сентябрь 2024 г.)
• Видеозапись вебинара Worldstainless (YouTube)
• Outokumpu: Savoy Hotel
• Журнал STRUCTURE: Шпиль здания Chrysler Building
• ArchDaily: реконструкция Dreischeibenhaus (здание Тиссена)
• SOM: Lever House
• Атомиум: Реставрация
• Эксплуатационные характеристики материалов: Пирс Прогресо (PDF)
• worldstainless: Оценка жизненного цикла пирса Прогресо
• Реестр: Темзский барьер
• Инженер: пешеходный мост AVA
• Издательство Atlantis Press: арматура из нержавеющей стали на мосту Гонконг–Чжухай–Макао.
• Никелевый институт: Мост Сан-Джорджо
• Современный модернизм: дом на Буш-Лейн
• ISSF: Интерьеры зданий – Ферритный раствор (PDF)
• ASSDA: Семь способов предотвратить появление пятен от чая на нержавеющей стали