Стоимость металла и условия применения алюминиевых сплавов в конструкциях различного назначения

Эффективность применения алюминиевых сплавов определяется прежде всего соотношением оптовых цен на профили из алюминиевых сплавов и стали. В настоящее время это соотношение составляет {по отношению к стали Ст.3} для листов 9—12, для прессованных профилей {уголков, тавров и швеллеров} 9—16, для труб 10—15.

При определении стоимости конструкции в деле следует учитывать трудоемкость и стоимость изготовления, монтажа, а также стоимость транспортирования.

Трудоемкость изготовления 1 т конструкций из алюминиевых сплавов увеличивается по сравнению с удельной трудоемкостью изготовления конструкций из стали за счет увеличения объемов работ по резке, образованию отверстий, сборке, сварке и клепке в связи с разницей в объемном весе. Увеличиваются также и трудозатраты на монтаже из-за возрастания количества монтажных элементов.

Стоимость транспортирования также несколько увеличивается за счет уменьшения коэффициента использования грузоподъемности железнодорожного состава.

Соотношение стоимости 1 т конструкций в деле равно:

$\alpha = \frac{C_{{\it ал}} + U_{{\it ал}} + T_{{\it ал}} + M_{{\it ал}}}{C_{{\it ст}} + U_{{\it ст}} + T_{{\it ст}} + M_{{\it ст}}} = \frac{\beta C_{{\it ст}} + K_{{\it с.и}} U_{{\it ст}} + K_{{\it тр}}T_{{\it ст}} + K_{{\it с.м}}M_{{\it ал}}}{C_{{\it ст}} + U_{{\it ст}} + T_{{\it ст}} + M_{{\it ст}}} \tag {16}$

где

  • $C_{{\it ст}},~ C_{{\it ал}},~ U_{{\it ст}},~ U_{{\it ал}},~ T_{{\it ст}},~ T_{{\it ал}},~ M_{{\it ст}},~ M_{{\it ал}}$ — стоимость металла, изготовления, транспортирования и монтажа соответственно стали и алюминиевых сплавов;
  • $\beta,~ K_{{\it с.и}},~ K_{{\it тр}},~ K_{{\it с.м}}$ — коэффициенты удорожания стоимости металла, изготовления, транспортирования и монтажа.

Как показывает опыт, трудоемкость изготовления конструкций из алюминиевых сплавов возрастает не только из-за упомянутой выше разницы в объемах работ на 1 т, но и за счет операций, присущих только этому металлу, — расконсервации, очистке и т. п.

Даже на лучших заводах удельная трудоемкость изготовления конструкции из алюминиевых сплавов остается весьма высокой — в 5—6 раз выше, чем стальных конструкций. Трудозатраты на монтаже возрастают примерно в 3—4 раза. Необходимо, конечно, иметь в виду отсутствие опыта изготовления и монтажа конструкций из алюминиевых сплавов; по-видимому, в дальнейшем по мере освоения следует ожидать снижения затрат труда на большинстве технологических операций.

Учитывая, что стоимость изготовления и монтажа не пропорциональна трудоемкости этих операций, в расчетах на перспективу можно принять коэффициенты увеличения стоимости равными: $K'_{{\it с.и}}=3$ и $K'_{{\it с.м}}=2$, т. е. несколько ниже, чем оцениваются эти величины в настоящее время при отсутствии опыта изготовления конструкций из алюминиевых сплавов. Полагая $K'_{{\it тр}}=1,3$, найдем, что отношение стоимости алюминиевых конструкций в деле к стальным получается более 6.

Снижение веса при применении алюминиевых сплавов взамен стали может быть определено по формулам, аналогичным формулам {1}-{4}:

$\alpha_{{\it р}} = \frac{G^{{\it р}}_{{\it ал}}}{G^{{\it р}}_{{\it ст}}} = \frac{\psi_{{\it ал}}\gamma_{{\it ал}} R_{{\it ст}} (p+g_{{\it ал}})}{\psi_{{\it ст}}\gamma_{{\it ст}} R_{{\it ал}} (p+g_{{\it ст}})}; \tag {17}$

сжатые элементы

$\alpha_{{\it с}} = \frac{G^{{\it с}}_{{\it ал}}}{G^{{\it с}}_{{\it ст}}} = \frac{\psi_{{\it ал}}\gamma_{{\it ал}} \varphi_{{\it ст}} R_{{\it ст}} (p+g_{{\it ал}})}{\psi_{{\it ст}}\gamma_{{\it ст}} \varphi_{{\it ал}}R_{{\it ал}} (p+g_{{\it ст}})}; \tag {18}$

внецентренно сжатые элементы

$\alpha_{{\it вн, с}} = \frac{G^{{\it вн}}_{{\it ал}}}{G^{{\it вн,с}}_{{\it ст}}} = \frac{\psi_{{\it ал}}\gamma_{{\it ал}} \varphi_{{\it вн.ст}} R_{{\it ст}} (p+g_{{\it ал}})}{\psi_{{\it ст}}\gamma_{{\it ст}} \varphi_{{\it вн.ал}}R_{{\it ал}} (p+g_{{\it ст}})}; \tag {19}$

изгибаемые элементы

$\alpha_{{\it и}} = \frac{G^{{\it и}}_{{\it ал}}}{G^{{\it и}}_{{\it ст}}} = \frac{\psi_{{\it ал}}\gamma_{{\it ал}}}{\psi_{{\it ст}} \gamma_{{\it ст}}} \sqrt[3]{\frac{ R^2_{{\it ст}} (p+g_{{\it ал}})^2}{R^2_{{\it ал}}(p+g_{{\it ст}})^2}}. \tag {20}$

Обозначения в формулах {17}—{20} аналогичны обозначениям в формулах {1}—{4}.

Таким образом, на размер экономии влияет отношение объемных весов, расчетных сопротивлений стали и алюминиевых сплавов, нагрузок, а также строительных коэффициентов, величина которых может быть неодинаковой {при более высоких расчетных сопротивлениях алюминиевых сплавов она будет выше, и наоборот}. В сжатых элементах экономия снижается из-за более низкого модуля упругости алюминиевых сплавов и, следовательно, более низких, чем у стали, величин коэффициентов продольного изгиба $\varphi$.

Величина коэффициентов снижения веса а определена без учета влияния нагрузки от собственного веса и разницы в строительных коэффициентах при среднем значении гибкости $\lambda=40$ {табл. II.7}.

stoimost-metalla-i-usloviia-primeneniia--aliuminievykh-splavov-v-konstruktsiiakh-razlichnogo-naznacheniia-2

Для конструкций больших пролетов, где влияние нагрузки от собственного веса значительно, величина коэффициентов будет меньше. Вместе с тем максимальное отношение веса стальных конструкций к весу конструкций из алюминиевых сплавов даже при больших пролетах не превышает величину 3,5—4. Таким образом, применение алюминиевых сплавов в несущих конструкциях связано с увеличением стоимости в деле. Сравнивать конструкции из алюминиевых сплавов и сталей более правильно по приведенной стоимости с учетом эксплуатационных затрат и капиталовложений. Однако и в этом случае при существующих ценах конструкции алюминиевых сплавов в несущих элементах будут, как правило, дороже стальных.

Использование алюминиевых сплавов в ограждающих конструкциях и в конструкциях, совмещающих ограждающие и несущие функции {кровля из алюминия по стальным прогонам, кровельные и стеновые панели}, является оправданным. Происходит это, как показали многочисленные исследования, в связи со значительным уменьшением нагрузок на несущие конструкции {фермы и колонны} и более длительным сроком службы ограждающих конструкций из алюминиевых сплавов по сравнению с конструкциями из железобетона, стали, асбофанеры.

Алюминиевые сплавы могут применяться также для оконных переплетов и витражей, где в связи с долговечностью этих конструкций по сравнению с деревянными и стальными они оказываются более экономичными, несмотря на некоторое увеличение первоначальных затрат.

Рационально также применять алюминиевые сплавы для подвижных конструкций {кранов-перегружателей, мостовых кранов, разводных мостов}, в которых проблема снижения веса наиболее существенна.