Dopo aver completato il processo iniziale di optioneering e definito la configurazione dell’edificio proposto, la scelta del materiale per la struttura portante è generalmente già stata effettuata. Tuttavia, a questo stadio, il progetto non è ancora abbastanza avanzato per consentire una stima dettagliata dei costi dei singoli prodotti e sistemi. Pertanto, è necessario presentare i costi come un valore per m² di superficie interna lorda, basato su intervalli di costo tipici per edifici simili.
Con il progredire del progetto e l’acquisizione di informazioni più specifiche, il metodo di pianificazione dei costi evolve. È possibile quantificare i materiali principali e verificare le stime preliminari formulate nelle prime fasi di progettazione rispetto alla struttura reale. Nel calcolo dettagliato dei costi per la carpenteria metallica, oltre al volume complessivo dei materiali, si devono considerare vari fattori, come l’utilizzo di sistemi specializzati, le stime per connessioni e raccordi, nonché i requisiti di resistenza al fuoco e la selezione dei materiali necessari per soddisfarli.
Considerare questi fattori chiave, insieme al coinvolgimento precoce della catena di fornitura, in particolare dell’appaltatore della carpenteria metallica, aiuta a garantire che i costi effettivi della struttura in acciaio e degli elementi associati siano ottimizzati e mantenuti sotto controllo durante lo sviluppo del progetto.
Approccio alla pianificazione dei costi
Le stime iniziali dei costi hanno l’obiettivo di consentire al team di progetto di prendere decisioni tempestive sugli aspetti fondamentali, come la forma dell’edificio. Una volta stabiliti questi elementi, l’attenzione si sposta sui dettagli delle componenti principali, con la necessità di stime realistiche dei costi per una valutazione rapida delle varie opzioni. Per quanto riguarda la struttura in acciaio, questo può includere l’analisi di sistemi specializzati per ottimizzare le altezze tra pavimento e soffitto, realizzare spazi a doppia altezza, integrare i servizi, e confrontare diverse soluzioni per la protezione antincendio.
Il passaggio dal calcolo del costo del telaio strutturale in acciaio da una base al m² a una base per tonnellata rappresenta un cambiamento significativo nella metodologia di stima, che avviene quando è possibile quantificare con precisione gli elementi dell’edificio e assegnare costi specifici a ciascun componente. Man mano che il progetto avanza, l’ingegnere strutturale fornirà informazioni dettagliate sul telaio proposto, inclusi disegni che illustrano la configurazione del telaio, i nuclei, le pareti, colonne e travi, le dimensioni e i tipi di sezioni, i dettagli della costruzione del pavimento e la strategia per l’integrazione dei servizi meccanici ed elettrici.
Lo sviluppo del design del telaio in acciaio può essere suddiviso in tre ambiti principali:
- Elementi principali: travi, colonne e capriate che supportano i carichi principali;
- Elementi secondari: componenti che sostengono carichi specifici;
- Connessioni e raccordi: giunzioni, rinforzi e irrigidimenti che trasferiscono le forze tra gli elementi strutturali.
Il volume degli elementi secondari non deve essere sottovalutato, poiché possono rappresentare una parte significativa del peso e del costo complessivo della struttura in acciaio.
Diversi fattori chiave influenzano la progettazione degli elementi strutturali primari. La disposizione delle colonne è generalmente determinata dal layout architettonico, che a sua volta definisce la configurazione degli altri elementi principali. Le dimensioni e il peso dei componenti in acciaio sono influenzati dai carichi, inclusi carichi permanenti, carichi imposti e carichi del vento. Il carico permanente corrisponde al peso proprio dell’edificio; i carichi imposti derivano dall’uso dell’edificio e variano in base alla sua funzione, mentre il carico del vento cambia in base alla posizione geografica dell’edificio.
Tonnellaggio minimo = costo minimo?
Nelle fasi di progettazione dettagliata, le stime dei costi della carpenteria strutturale suddividono il progetto in singoli componenti, come colonne, travi e sezioni speciali, analizzando separatamente anche le connessioni e la protezione antincendio.
Una volta definiti e dimensionati gli elementi primari e secondari, è possibile misurare la lunghezza di ciascun componente strutturale e moltiplicarla per il peso specifico (espresso in kg/m) per ottenere il peso complessivo.
Per calcolare il costo del telaio strutturale, viene applicata una tariffa per tonnellata a ciascun componente, e i costi vengono poi sommati. Questa tariffa comprende vari aspetti del profilo, tra cui la materia prima, i dettagli, la fabbricazione, il trasporto e il montaggio. Solitamente, vengono considerate anche voci di costo aggiuntive per la preparazione superficiale e il rivestimento (come l’applicazione del primer) e per la protezione dalla corrosione. Accessori come bullonature e giunzioni sono spesso calcolati come percentuale del peso complessivo del telaio. La protezione antincendio viene di solito misurata sulla base della superficie (m²) dei componenti strutturali o applicando un moltiplicatore al peso totale del telaio.
Sebbene si tenda a pensare che un telaio con il tonnellaggio minimo comporti anche il costo più basso, in realtà, il costo della materia prima rappresenta solo il 30-40% del costo complessivo del telaio. La fabbricazione e i costi operativi rappresentano anch’essi il 30-40%. Nei progetti più complessi, che richiedono un maggior uso di sezioni non standard, connessioni complesse o sistemi specializzati, il costo per tonnellata sarà probabilmente più alto rispetto a quello di un telaio standard.
È fondamentale comprendere che il costo complessivo dell’appaltatore della carpenteria metallica dipende non solo dal tonnellaggio di materiale utilizzato, ma anche dal tempo necessario per fabbricare il telaio. Una regola pratica approssimativa suggerisce che 20 ore di fabbricazione equivalgono, in termini di costo, a circa 1 tonnellata di materia prima.
Il montaggio del telaio in acciaio generalmente rappresenta il 10-15% del costo totale del telaio. È quindi importante considerare se ci siano caratteristiche dell’edificio proposto che possano influire in modo significativo sul costo di montaggio, poiché ciò inciderà sul costo complessivo. Fattori come la ripetizione degli elementi, il numero di pezzi, il tipo di connessioni e l’accessibilità del sito possono avere un impatto significativo sui costi di costruzione. Ad esempio, una struttura a campata lunga può avere un peso maggiore, ma sarà montata più velocemente rispetto a una a campata corta, grazie al minor numero di travi e colonne. Allo stesso modo, le strutture ripetitive non solo riducono i costi di fabbricazione, ma una griglia ripetitiva con componenti standard ridurrà anche i tempi di montaggio.
Comprendere meglio come il progetto proposto possa influenzare il programma di costruzione permette di definire più accuratamente le stime preliminari.
Tipologie di telai in acciaio
Ogni edificio, a seconda della sua funzione e del luogo in cui si trova, richiede un approccio unico nella progettazione, nella forma e nella configurazione del telaio strutturale. Esistono numerose opzioni per i prodotti strutturali da utilizzare per la costruzione del telaio in acciaio. Durante lo sviluppo del progetto, è fondamentale considerare non solo i prodotti e i sistemi strutturali proposti, ma anche eventuali fattori che possano influenzare la scelta, come la strategia per l’integrazione dei servizi.
I prodotti in acciaio più comuni utilizzati nell’edilizia sono le sezioni a I e H. Le flange costituiscono gli elementi orizzontali superiori e inferiori delle sezioni I e H, mentre l’elemento verticale è l’anima. Tra gli altri prodotti diffusi troviamo le sezioni cave strutturali, generalmente quadrate , circolari o rettangolari. Le travi a piastra fabbricate vengono utilizzate per supportare carichi pesanti o per coprire lunghe distanze che superano la capacità delle travi standard più grandi, come accade nei ponti. Queste travi sono spesso composte da tre piastre saldate per formare le flange e l’anima. Per coprire campate molto lunghe, le capriate, formate da elementi orizzontali, verticali e diagonali, rappresentano spesso la soluzione più economica, soprattutto nelle grandi strutture industriali o nelle coperture di edifici di ampie dimensioni.
È fondamentale ottenere informazioni sui tipi di profili strutturali proposti, poiché lo stesso tonnellaggio di diversi profili può comportare costi differenti a causa delle variabili legate alla fabbricazione e al montaggio. La configurazione specifica dell’edificio può talvolta richiedere un volume di acciaio significativamente maggiore rispetto a soluzioni più convenzionali. Ad esempio, l’utilizzo di colonne universali (UC) come travi per ridurre l’altezza dei piani può raddoppiare il peso dell’acciaio rispetto all’uso di travi universali (UB) più profonde. Tuttavia, questo approccio può ridurre l’altezza complessiva dell’edificio, portando a risparmi sui costi di rivestimento e sulla protezione antincendio.
Dimensioni delle sezioni e disponibilità
Nel determinare i costi del telaio strutturale, è importante considerare anche la disponibilità dei prodotti proposti. Sebbene alcuni prodotti possano risultare più leggeri o economici sulla carta, la loro scarsa disponibilità potrebbe comportare costi aggiuntivi e influire negativamente sui tempi di progetto. Colloqui preliminari con l’appaltatore della carpenteria metallica possono identificare prodotti o sistemi la cui disponibilità potrebbe essere problematica, permettendo così di informare il team di progettazione o di riflettere questi aspetti nelle stime dei costi attraverso opportune revisioni.
Le sezioni più comuni possono essere prodotte con maggiore frequenza rispetto a quelle meno diffuse, con differenze di prezzo significative. In alcuni casi, potrebbe essere più conveniente utilizzare opzioni più pesanti, ma di più facile reperibilità.
Connessioni e raccordi
Una volta progettati, quantificati e valutati i componenti primari e secondari, è essenziale considerare le quote di costo per altri elementi correlati, in particolare le connessioni e i raccordi. Durante la pianificazione dettagliata dei costi, solitamente viene prevista un’indennità separata, spesso espressa in percentuale, per coprire i costi di piastre aggiuntive e altri componenti necessari per collegamenti trave-trave, trave-colonna, basi per colonne, connessioni di rinforzo e giunzioni.
In un edificio a più piani, le connessioni e i raccordi possono rappresentare dal 5 al 10% del peso totale del telaio, ma costituiscono una percentuale significativamente più alta del costo complessivo. Questo perché il costo delle connessioni è principalmente determinato dalla loro complessità, piuttosto che dal peso. Sebbene esistano molte opzioni per il design delle connessioni, la soluzione più economica prevede un elevato grado di standardizzazione e ripetizione, che consente di ridurre i costi dei materiali, aumentare la velocità di fabbricazione e facilitare la reperibilità. Tuttavia, in strutture complesse, le connessioni standard potrebbero non essere adatte, richiedendo quote di costo più elevate.
Le condizioni del sito possono anche aumentare la percentuale di costo delle connessioni rispetto al telaio totale, ad esempio quando è necessario installare travi giuntate per erigere una struttura all’interno di un edificio esistente. La chiave è trovare il giusto equilibrio tra il costo del materiale e quello di fabbricazione delle connessioni. Progetti iniziali che utilizzano travi e colonne più leggere per ridurre i costi possono richiedere irrigidimenti saldati aggiuntivi, che aumentano il peso e i costi complessivi. Piccoli incrementi nel peso delle travi o delle colonne possono consentire di eliminare tali irrigidimenti, riducendo così i costi di fabbricazione e il peso complessivo del telaio.
Protezione antincendio
Una considerazione fondamentale nella pianificazione dettagliata dei costi è la richiesta di classificazione antincendio per la struttura e la scelta dei materiali per la protezione antincendio. Nei progetti di edifici commerciali a più piani, la protezione antincendio può rappresentare circa il 10-15% del costo complessivo del telaio in acciaio, rendendola un elemento chiave che non deve essere trascurato.
Come avviene per tutti i materiali da costruzione, l’acciaio inizia a perdere resistenza quando la temperatura aumenta durante un incendio. La protezione antincendio serve ad aumentare il tempo necessario affinché l’acciaio raggiunga la temperatura critica, garantendo agli occupanti il tempo sufficiente per evacuare l’edificio. Le classificazioni antincendio di una struttura sono espresse in minuti (ad esempio, 60 minuti) e variano a seconda di fattori quali il tipo di edificio, l’occupazione e l’altezza.
Gli studi di progettazione sulle opzioni di protezione antincendio dovrebbero valutare se l’utilizzo di elementi strutturali leggermente più pesanti possa essere una soluzione più economica. Questo approccio potrebbe consentire di ottenere la classificazione antincendio desiderata con un minor utilizzo di materiali di protezione, riducendo così i costi complessivi. Infatti, sezioni in acciaio più pesanti richiedono meno protezione rispetto a quelle più leggere, poiché offrono una maggiore resistenza intrinseca al fuoco.
Per progetti complessi o di grandi dimensioni, può essere utile effettuare uno studio specialistico di ingegneria antincendio. Questo approccio basato sul rischio identifica i reali pericoli di incendio, anziché seguire unicamente le linee guida generali. Un’analisi di questo tipo può ridurre le classificazioni antincendio per alcune parti della struttura, riducendo così i costi senza compromettere la sicurezza.
Una volta definita la classificazione antincendio del progetto, la scelta del metodo di protezione è cruciale, poiché possono esserci notevoli differenze nei costi tra le varie soluzioni. È consigliabile coinvolgere la catena di fornitura prima di finalizzare le decisioni.
Esistono vari materiali per la protezione antincendio, tra cui i più comuni sono:
- Rivestimenti intumescenti a film sottile: Sono diventati uno dei metodi prevalenti di protezione antincendio grazie all’aumento della concorrenza. L’applicazione off-site di questi rivestimenti ha guadagnato popolarità negli ultimi anni, offrendo l’opportunità di ridurre i tempi di costruzione e i costi in cantiere, garantendo standard elevati grazie al controllo di qualità in condizioni di fabbrica.
- Pannelli: Utilizzati comunemente per la protezione dal fuoco, i pannelli offrono un aspetto pulito e squadrato, possono essere prefiniti o preparati per la decorazione, e rappresentano un’applicazione a secco che non interferisce con altri lavori. Tuttavia, sono spesso più costosi, specialmente se fanno parte di un sistema decorativo, e possono richiedere più tempo per l’installazione, soprattutto quando si devono adattare a dettagli complessi.
- Spray cementizi: Un altro metodo comune, gli spray cementizi offrono un’efficace protezione antincendio.
Spray cementizi
Gli spray cementizi erano un metodo popolare di protezione antincendio fino alla metà degli anni ’90, soprattutto per le strutture in acciaio non esposte. Il loro principale vantaggio era il costo applicativo inferiore rispetto ai pannelli, e i costi non aumentavano significativamente per tempi di resistenza al fuoco più lunghi, poiché manodopera e attrezzature erano già in loco. Tuttavia, l’aspetto finale non era esteticamente gradevole e, essendo un metodo a umido, richiedeva spesso l’isolamento delle aree circostanti, prolungando i tempi di cantiere e aumentando i costi complessivi di costruzione. Sebbene il loro uso sia notevolmente diminuito nell’ultimo decennio, gli spray cementizi mantengono una piccola nicchia nel mercato della protezione antincendio, specialmente in edifici alti che richiedono elevati tempi di resistenza al fuoco.
Involucro in calcestruzzo
Fino alla fine degli anni ’70, l’involucro in calcestruzzo era probabilmente la forma più comune di protezione antincendio per le strutture in acciaio. Tuttavia, con l’introduzione di sistemi più leggeri, come i rivestimenti intumescenti a film sottile, i pannelli e gli spray cementizi, il calcestruzzo è ormai utilizzato solo in applicazioni specialistiche. Può ancora essere scelto in situazioni in cui è richiesta una maggiore resistenza agli urti, come nei parcheggi o in alcune applicazioni industriali. Tuttavia, questo metodo è generalmente costoso, richiede molto tempo in loco e può ridurre lo spazio utilizzabile all’interno dell’edificio.
Metodologia di calcolo dei costi per sistemi specializzati
In progetti complessi o con requisiti di progettazione particolari, il telaio strutturale può includere sistemi specializzati, come travi cellulari, solai ribassati o pali portanti in acciaio. L’analisi dei costi per questi sistemi non deve limitarsi al solo telaio, ma deve considerare anche l’impatto che questi sistemi hanno sugli altri elementi dell’edificio.
Sebbene i sistemi specializzati possano avere un costo iniziale più elevato rispetto a soluzioni standard, i potenziali benefici – come un programma di costruzione più rapido o una riduzione dell’altezza dei piani – possono compensare i costi aggiuntivi. Ad esempio, travi cellulari sono spesso usate in solai spessi per ridurre il peso complessivo del telaio fino al 30%, offrendo al contempo flessibilità per l’installazione degli impianti tecnici.
Nel caso della costruzione di solai ribassati, la trave in acciaio è integrata nello spessore del solaio, permettendo di ridurre l’altezza complessiva della costruzione. Questo può risultare utile in edifici con limiti di altezza o per ridurre i costi del rivestimento.
I pali portanti in acciaio, invece, possono rappresentare una soluzione vantaggiosa in condizioni di terreno difficili. Possono essere installati rapidamente, con un impatto minimo sul terreno e sulle strutture circostanti, riducendo al contempo i tempi di cantiere. Inoltre, i pali in acciaio possono essere rimossi a fine ciclo vita, ripristinando il sito alle condizioni originali.
Test di mercato
Per i sistemi specializzati, dove la produzione e la fornitura possono essere limitate, è fondamentale effettuare test di mercato per avere un’idea chiara della disponibilità e dei costi futuri. I primi contatti con la catena di fornitura aiutano a migliorare la precisione delle stime iniziali e a valutare eventuali complessità nella struttura proposta, nei collegamenti e nei tempi di consegna.
Per ottenere il massimo da queste consultazioni, il consulente dei costi deve comprendere l’approccio dell’appaltatore della carpenteria metallica alla definizione dei prezzi, che differisce da quello del quantitativo. L’appaltatore considera vari fattori, come:
- Costo dei materiali, incluse connessioni e raccordi
- Costo di fabbricazione, basato sulle ore di lavoro in officina
- Costo di progettazione e ingegnerizzazione per il telaio e le connessioni
- Costo di protezione antincendio, se incluso
- Costo di montaggio specifico
Quando un progettista richiede una tariffa per tonnellata a un appaltatore, è importante riconoscere che diversi fattori legati al telaio, all’edificio e al sito influenzeranno l’accuratezza della stima.