Влияние применения стали повышенной прочности на трудоемкость изготовления и монтажа

Удельная трудоемкость изготовления конструкций {при сравнимой конструктивной форме} при применении стали повышенной и высокой прочности увеличивается за счет влияния двух факторов:

а} усложнения технологии изготовления по сравнению с производством конструкций из малоуглеродистой стали;

б} увеличения объемов работ, приходящихся на 1 т веса конструкций.

Суммарное влияние этих факторов может быть учтено коэффициентом к удельной трудоемкости, равным:

$K'_{{\it и}} = K_{{\it 1и}} K_{{\it 2и}} \tag{6}$

где

  • $K_{{\it 1и}}$ — коэффициент увеличения трудоемкости в результате усложнения технологии изготовления;
  • $K_{{\it 1и}}$ — коэффициент увеличения трудоемкости за счет изменения веса.

Исследование указанных коэффициентов было проведено для горячекатаной низколегированной стали А. Ф. Кузнецовым и для термообработанной стали высокой прочности Е. И. Зайцевым.

Влияние усложнения технологии {коэффициент $K_{{\it 1и}}$} на удельную трудоемкость изготовления конструкции определяется путем исследования обрабатываемости стали повышенной и высокой прочности и сравнения с соответствующими данными для стали марки Ст.3 по отдельным операциям с учетом их удельного веса в общей трудоемкости изготовления

$$K_{{\it 1и}} = K_{{\it 1и}}^{{\it об}} \alpha^{{\it об}} + K_{{\it 1и}}^{{\it сб}} \alpha^{{\it сб}} + K_{{\it 1и}}^{{\it св}} \alpha^{{\it св}}\tag{7}$$

где $\alpha^{{\it об}},~ \alpha^{{\it сб}},~ \alpha^{{\it св}}$ — удельные значения операций.

Значения коэффициентов операций по указанным выше исследованиям приведены в табл. II.2.

vliianie-primeneniia-stali-povyshennoi-prochnosti-na-trudoemkost-izgotovleniia-i-montazha-2

Влияние уменьшения веса конструкции может быть учтено путем определения трудоемкости изготовления одинаковых конструкций различного веса по методике, изложенной в гл. V, или по предложению А. Ф. Кузнецова, который исходил из статистической зависимости между удельной трудоемкостью и весом {рис. II.1}.

Эта зависимость представляется как

$T' = \frac{\alpha}{G^b}\tag{8} $

где G — вес конструкции; а, b — параметры, постоянные для каждого типа конструкций {табл. II.3}.

vliianie-primeneniia-stali-povyshennoi-prochnosti-na-trudoemkost-izgotovleniia-i-montazha-4

Отношение удельных трудоемкостей конструкций, отличающихся весом {коэффициент $K_{{\it 2и}}$}, выражается формулой

$K_{{\it 2и}} = \frac{T'_{{\it в.п}}}{T'_0} = \alpha^{-b} \tag {9}$

где

  • $T'_{{\it в.п}},\ T'_0$ - удельная трудоемкость изготовления конструкции из стали повышенной и высокой прочности и из стали Ст.3;
  • $\alpha = \frac{G_{{\it в.п}}}{G_0}$ - отношение весов сравниваемых конструкций.

Зная величины коэффициентов снижения веса конструкций $\alpha$, можно определить коэффициенты $K_{{\it 2и}}$ и суммарный коэффициент $K_{{\it и}} = K_{{\it 1и}} K_{{\it 2и}} = K_{{\it 1и}} \alpha^{1-b}$ [см. формулу {6}].

Влияние уменьшения веса на трудоемкость всей конструкции определяется коэффициентом

$K_{{\it 3и}} = \frac{T_{{\it в.п}}}{T_0} = \frac{T'_{{\it в.п}} G_{{\it в}}}{T'_0 G_0} = K_{{\it 2и}} \alpha = \alpha^{1-b}, \tag {10} $

где $T_{{\it в.п}},\ T_0$ - трудоемкость конструкции из стали повышенной и высокой прочности и из стали Ст.3.

vliianie-primeneniia-stali-povyshennoi-prochnosti-na-trudoemkost-izgotovleniia-i-montazha-6

И, наконец, суммарное влияние на трудоемкость всей конструкции за счет усложнения технологии и уменьшения веса определяется коэффициентом:

$K_{{\it и}} = K_{{\it 1и}} \alpha^{1-b} \tag{11}$

Значения приведенных коэффициентов указаны в табл. II.3.

Данные табл. II.3 свидетельствуют о том, что влияние уменьшения веса конструкции на трудоемкость значительно менее выражено, нежели влияние усложнения технологии, особенно для конструкции из высокопрочной стали. При повышении удельной трудоемкости изготовления на 15% Для конструкций из низколегированной стали и на 30—50% для конструкций из высокопрочной стали трудоемкость на всю конструкцию или сооружение практически не увеличивается, а в некоторых случаях даже снижается за счет уменьшения общего веса конструкции.

Таким образом, внедрение прогрессивных материалов — сталей повышенной и высокой прочности — не приводит к повышению трудоемкости в целом на сооружение.

Приведенные выше данные по трудоемкости изготовления определены при одинаковых конструктивных решениях. Однако, как было отмечено выше, высокопрочные стали особенно эффективны в конструкциях с применением трубчатых и гнутых тонкостенных профилей, образовывающих наиболее простую конструктивную форму. Это обстоятельство должно приводить к дополнительному снижению трудоемкости.

Усложнение технологии монтажа конструкций из сталей повышенной и высокой прочности значительно меньше, чем при изготовлении, из-за небольшого объема монтажных операций, трудоемкость которых зависит от класса стали {монтажная сварка и прочистка отверстий}. Предварительные исследования показывают, что коэффициент повышения удельной трудоемкости за счет усложнения работ К1v равен: для колонн 1,05, для ферм 1,1, для подкрановых балок 1,12.

Коэффициент увеличения удельной трудоемкости монтажа за счет влияния веса.

$K_{{\it 2м}} = \frac{T_{{\it м.в.п}}}{\alpha T_{{\it м.о}}} = \frac{\alpha_{{\it укр}} m + \alpha_{{\it уст}} + (b_{{\it укр}} + b_{{\it уст}}) G \alpha + T_{{\it мет}}}{\alpha [\alpha_{{\it укр}} m + \alpha_{{\it уст}} + (b_{{\it укр}} + b_{{\it уст}}) G + T_{{\it мет}}]} $

при постоянной величине $m$

$K_{{\it 2м}} = \frac{B\alpha G +A}{\alpha (B + A)}. \tag{12}$

Аналогично тому, как это было показано при определении влияния применения стали повышенной и высокой прочности на трудоемкость изготовления, можно вычислить и другие коэффициенты, относящиеся к монтажу.

Коэффициент влияния веса на трудоемкость монтажа всей конструкции

$K_{{\it 3м}} = \frac{T_{{\it м.в.п}}}{\alpha T_{{\it м.о}}} = \frac{B\alpha G +A}{B + A} \tag{13}$

График изменения коэффициентов $K_{{\it 2м}}$ и $K_{{\it 3м}}$ в зависимости от веса конструкции для стали класса С60 представлен на рис. II.2.

Суммарное влияние на удельную трудоемкость усложнения монтажной сварки и снижения веса равно: $K'_{{\it м}}=K_{{\it 1м}}K_{{\it 2м}}$, а на трудоемкость всей конструкции $K_{{\it м}}=K_{{\it 1м}}K_{{\it 3м}}$. Значения коэффициента $K'_{{\it м}}$ равны 1,2—1,3, а $K_{{\it м}} = 0,84 - 1$, составляя в среднем для конструкций каркаса 1,25 и 0,9.

Итак, удельная трудоемкость монтажа конструкций увеличивается при применении высокопрочной стали класса С60 на 25%, а трудоемкость сооружения снижается на 10%. Этот вывод весьма важен для правильного представления о влиянии применения сталей повышенной и высокой прочности на трудоемкость.

vliianie-primeneniia-stali-povyshennoi-prochnosti-na-trudoemkost-izgotovleniia-i-montazha-10

Для низколегированной стали соответствующие коэффициенты подробно не исследовались. Можно полагать, что коэффициент повышения удельной трудоемкости для этой стали равен 1,1, а коэффициент влияния на трудоемкость монтажа сооружения близок к единице.

Используя результаты исследований влияния трудоемкости изготовления и монтажа, получаем возможность сравнить стоимость «в деле» конструкций из стали повышенной и высокой прочности со стоимостью малоуглеродистой стали. По предложению Б. И. Беляева.

$\beta_{{\it факт}} \leq \beta_{{\it макс}} = \frac{C_0 + U_0 + M_0 - \alpha(K'_{{\it с.и}} U_0 + K'_{{\it с.м}} M_0)}{\alpha C_0} \tag{14}$

где

  • $\beta_{{\it факт}}$ — коэффициент удорожания стоимости стали повышенной и высокой прочности на 1 т конструкций;
  • $\beta_{{\it макс}}$ — предельно допустимое удорожание стали повышенной и высокой прочности при известном снижении их веса;
  • $\alpha$ — коэффициент снижения веса при применении стали повышенной и высокой прочности;
  • $C_0,~ U_0,~ M_0$ — соответственно стоимость малоуглеродистой стали, изготовления и монтажа на 1 т конструкций этой стали;
  • $K'_{{\it с.и}},~K'_{{\it с.м}}$ — коэффициенты повышения стоимости изготовления и монтажа конструкций из стали повышенной и высокой прочности по сравнению с конструкциями из малоуглеродистой стали.

Поскольку часть накладных расходов при изготовлении и монтаже не зависит от трудоемкости изготовления и монтажа, то коэффициенты увеличения удельной стоимости изготовления и монтажа отличаются от соответствующих коэффициентов трудоемкости {$K'_{{\it и}},~K'_{{\it м}}$}. Вместе с тем необходимо учитывать, что коэффициенты трудоемкости, определенные для высокопрочной стали, в дальнейшем будут снижаться.

Величины $\beta_{{\it макс}}$ при принятых коэффициентах снижения веса приведены в табл. II.4, значения $\beta_{{\it факт}}$ вычислены ранее {см. табл. II.1}.

Возможно решение обратной задачи — определение минимально необходимого снижения веса конструкции для того, чтобы не произошло удорожания конструкции из стали повышенной и высокой прочности

$ \alpha \leq \frac{C_0 + U_0 +M_0}{\beta_{{\it факт}}C_0 + K'_{{\it с.и}} U_0 + K'_{{\it с.м}} M_0} \tag {15}$

Знание величин $ \alpha$ {табл. II.5} при ориентировочных подсчетах избавляет от необходимости стоимостного сравнения в случае, если полученный при проектировании коэффициент снижения веса меньше приведенного в табл. II.5. Аналогично могут быть получены соответствующие коэффициенты при проектировании конструкции из двух марок стали.

vliianie-primeneniia-stali-povyshennoi-prochnosti-na-trudoemkost-izgotovleniia-i-montazha-13

Как уже отмечалось выше, утвержденных цен на высокопрочную сталь еще нет, что лишает возможности вычислить минимально необходимые коэффициенты а для этих сталей. Однако получение для этих сталей значения максимально допустимого удорожания ориентирует на возможный уровень этих цен.

Сравнение данных табл. II.1 {$\beta_{{\it факт}}$} и табл. II.4 {$\beta_{{\it макс}}$} показывает, что условие {II.14} соблюдается не для всех марок низколегированной и малоуглеродистой стали. Так, использование стали марок 15ХСНД и ЮХСНД взамен малоуглеродистой будет связано с удорожанием {$\beta_{{\it факт}} \geq \beta_{{\it макс}}$}. Стали марок 09Г2 и 14Г2 возможно применять взамен всех марок малоуглеродистой стали, а сталь марки 10Г2С1 — взамен всех марок, за исключением кипящей стали. Применение стали марки 14ХГС рентабельно при замене ею стали марок BM Ст.3сп, Ст.3 мост кипящей и спокойной и стали М16С.