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.

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 } .

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.

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.

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.

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.