CC BY
5
EDN: IAMRRR
Д.В. Лейер - к.т.н., доцент кафедры строительных материалов и конструкций, Кубанский государственный аграрный университет, Краснодар, Россия, dasha_leyer@mail.ru,
D.V. Leyer - candidate of technical sciences, associate professor of the department of accounting theory, Kuban state agrarian university, Krasnodar, Russia;
А.М. Коренец - обучающийся архитектурно-строительного факультета, Кубанский государственный аграрный университет, Краснодар, Россия, bakulin1999@bk.ru,
A.M. Korenets - student of the faculty of architecture and construction, Kuban state agrarian university, Krasnodar, Russia.
ЭКОНОМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПЛАСТМАССОВЫХ КОНСТРУКЦИЙ
В АГРЕССИВНОЙ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЙ СРЕДЕ ECONOMIC ANALYSIS OF THE EFFICIENCY OF PLASTIC STRUCTURES IN AN AGGRESSIVE
AGRICULTURAL ENVIRONMENT
Аннотация. Данная статья посвящена проблеме экономической эффективности строительных конструкций, используемых в сельскохозяйственных зданиях с химически-агрессивной средой. В работе проведет анализ изменения рыночной стоимости строительных материалов, а также определена эффективность их применения при разрушающих показателях среды эксплуатации. Экономическая эффективность определена как на этапе строительства, так и на этапе эксплуатации конструкций. Экономический анализ выполнен с учетом трудоемкости изготовления, расхода материалов и сложности монтажа. На основании исследуемых показателей определены финансовые затраты и дана оценка эффективности использования инновационных технологий строительства, представляемых в виде современных высокопрочных пластмассовых элементов. В статье предложены экономически-эффективные несущие конструкции увеличенного срока эксплуатации, а также проведен сравнительный технико-экономический анализ пластмассовых несущих элементов с металлическими и железобетонными конструкциями аналогичной несущей способности. Приведены результаты исследований усиления конструкций полимерными материалами.
Abstract. This article is devoted to the problem of economic efficiency of building structures used in agricultural buildings with a chemically aggressive environment. The paper analyzes the change in the market value of building materials, and also determines the effectiveness of their use with destructive indicators of the operating environment. Economic efficiency is determined both at the stage of construction and at the stage of operation of structures. The economic analysis was carried out taking into account the complexity of manufacturing, the consumption of materials and the complexity of installation. Based on the studied indicators, financial costs were determined and an assessment was made of the effectiveness of the use of innovative construction technologies, presented in the form of modern high-strength plastic elements. The article proposes cost-effective load-bearing structures with an extended service life, as well as a comparative technical and economic analysis of plastic load-bearing elements with metal and reinforced concrete structures of a similar load-bearing capacity. The results of studies of strengthening structures with polymeric materials are presented.
Ключевые слова: экономическая эффективность, финансовые затраты, пластмасса, несущая способность, полимеры, инновация, инновационные технологии, экономический анализ, химически-агрессивная среда, сельскохозяйственное здание, строительство, реконструкция, технико-экономические показатели.
Keywords: economic efficiency, financial costs, plastic, bearing capacity, polymers, innovation, innovative technologies, economic analysis, chemically aggressive environment, agricultural building, construction, reconstruction, technical and economic indicators.
Введение
Сельскохозяйственная отрасль является одним из приоритетных направлений развития страны, так как она снабжает население продовольственными ресурсами, а также производит продукцию на продажу. Так на сегодняшний день доля экспорта сельхозпродукции составляет 6 %, что говорит о важности данной отрасли и необходимости ее дальнейшего развития.
Сельское хозяйство, как и любая другая деятельность человека нуждается в различных зданиях и сооружениях, таких как коровники, инкубаторы, силосы, элеваторы, курятники и многое другое. Большинство нынешних построек данного назначения приходится на здания советских времен, которые за долгое время эксплуатации физически и морально устарели, а некоторые из них вовсе перестали удовлетворять требованиям безопасности. В результате чего были заброшены из-за высокой стоимости эксплуатации и реконструкции. На эксплуатационное состояние сельскохозяйственных зданий значительно влияет химически-агрессивная среда внутреннего пространства. Щелочная и кислотная среда характерна для сельскохозяйственной деятельности из-за применения различных удобрений, а также в результате воздействия естественных отходов животного происхождения на строительные конструкции [5].
Основные свойства пластмасс. На сегодняшний день современные технологии строительства могут позволить решить проблему эксплуатации и реконструкции сельскохозяйственных зданий экономически-эффективным способом, а также предупредить возможные повреждения при новом строительстве объектов. Одним из наиболее технико-экономически эффективных решений является возможность применения пластмассовых конструкций. Пластмассы (полимеры) имеют ряд преимуществ [1, 6]:
- относительно низкая стоимость;
- легкость обработки;
- возможность создания многообразия форм и размеров;
- легкость конструкции;
- высокая скорость монтажа;
-отсутствие гниения и коррозии.
Однако несмотря на все эти достоинства, пластмассы мало применяются в современном строительстве из ряда недостатков:
- малая изученность свойств материала;
- слабая огнестойкость.
Состояние рынка пластмасс. При выполнении анализа рыночной стоимости основных строительных материалов (железобетон, металл, а также пластмассы), основываясь на графике зависимости цен данных материалов за тонну за по-
следнее десятилетие (рисунок 1), можно сделать вывод о менее активном подорожании полимерных материалов, а также сделать прогноз о внедрении пластмасс в качестве несущего материала [8, 13]. Основываясь на данном графике цен, можно сделать выводы, что рыночная стоимость железобетона за последние 10 лет увеличилась почти в 2 раза, а металлические конструкции в 5 раз [2, 7, 9].
Также внедрение пластмассы в строительную область можно проанализировать на основе существующих данных по динамике применения полимеров в данной сфере за последние 10 лет (рисунок 2), в котором четко видна тенденция роста использования пластика за последние 5 лет [4, 7].
Рисунок 1 - Рыночная стоимость строительных материалов (2012-2022 гг.)
Рисунок 2 - Диаграмма изменения объема применения пластмасс (2012-2022 гг.)
На основе полученных данных можно сказать об увеличении спроса на полимерные и композитные конструкции среди инженеров-конструкторов. Это связано не только с меньшей рыночной стоимостью данного материала, но и с развитием инновационных решений в реализации полимеров в качестве несущих и большепролетных конструкций. Внедрение новых добавок в состав пластмасс, включение стальных арматурных стержней или деревянных опилок в композит позволяет создавать новые уникальные по физико-механическим свойствам материалы.
Технологические предпосылки для внедрения пластмасс. За последние несколько десятилетий пластик постепенно стал изучаться в качестве строительного материала и внедряться в данную сферу так как данный материал имеет относительно низкую себестоимость. Изначально, это были небольшие вспомогательные элементы с низкой степенью ответственности, позже по мере изучения данного материала его стали применять в более важных элементах [2]. Так пластик прочно обосновался в качестве внутренних трубопроводов, вытеснив из этой ниши металл асбестоцемент, стал использоваться в качестве арматуры в бетонных элементах, а также в виде комбинированных многослойных плит.
В связи с появлением новых модификаций пластмасс стало возможным его использование и в других сферах, так, например, из прессованного пластика можно выполнять различные объекты инфраструктуры, такие как тротуарная плитка, бордюры, напольные покрытия спортивных объектов [9].
В несущих конструкциях пластик раньше вообще не использовался из-за своих низких показателей прочности, однако при современных возможностях применения легирующих добавок стало возможным повысить не только прочность, но и другие слабые стороны данного материала. Также немаловажным фактором прочности конструкции является не только материал, но и сечение, в форме которого выполнена балка или колонна [11]. Поэтому, используя возможность пластмассы принимать различные формы, возможно создать сечения способные выдерживать большие нагрузки при меньших затратах на материал.
Для подтверждения экономической эффективности использования полимерных балок и колонн необходимо сначала путем теоретических расчетов убедится в достаточной несущей способности материала, а также провести расчет затрат материала, трудоемкости изготовления и монтажа данных конструкций, а также провести сравнительный анализ для аналогичного железобетонного и стального элемента.
В качестве экспериментального образца была рассмотрена пластмассовая балка профильного сечения с внешними габаритами 100х100 мм, толщиной стенки 100 мм и внутренними продольными и поперечными ребрами с шагом 30 мм. По теоретическим данным данной балке по несущей способности соответствует металлическая профильная труба с сечением 100х100 мм, стенкой толщиной 10 мм и без внутренних ребер (рисунок 3).
Первым показателем, влияющим на экономическую составляющую, является стоимость материала, затрачиваемая на производство данных элементов. Показатель зависит от объема балок, который при идентичной длине зависит от площади поперечного сечения элемента. В результате геометрического расчета, площадь металлического сечения составляет 36 см2, а пластмассового 64 см2, что в 1,78 раза больше первого экземпляра, однако учитывая превышение стоимости металла по отношению к пластмассе в 5,95 раза суммарный экономический эффект получается следующим: превышение стоимости материала для стальной балки на 334 % относительно стоимости балки из полимеров.
Кроме того, проведя теоретические расчеты для других предполагаемых сечений можно подобрать наиболее рациональное с точки зрения соотношения затрат на материал и несущей способности балки (рисунок 4).
1 2
■ □:□ □ ■
Рисунок 3 - Типы сечений
Ч\Ч
Рисунок 4 - Возможные сечения пластмассовых балок
Для подтверждения экономической эффективности от внедрения пластмасс в строительство необходимо подтвердить теоретические данные практическими испытаниями данных балок на несущую способность. С целью проверки теоретических данных на прессе были испытаны три образца из полимерного материала, железобетона и древесины, в результате чего было выявлена большая несущая способность пластмассового элемента по отношению к аналогичным образцам двух других материалов, которая составила 138,8 МПа (рисунок 5).
Стеклопластик Железобетон В60 Древесина
Рисунок 5 - Диаграмма прочности на сжатие стеклопластикового, железобетонного и деревянного элементов [8]
На основании этого, сопоставив данные двух вычислений можно сказать, что второе сечение при использовании одного и того же материала, способно выдержать большую в 1.66 раза нагрузку. Также стоит отметь, что сечение 1 возможно создать из всех основных несущих строительных материалов, таких как бетон, металл, дерево, пластмасса, а сечение 2 возможно создать только из пластика. Также сопоставительный анализ с ГОСТом 8639-82 «Трубы стальные квадратные» [4] показал, что эквивалентным данному сечению по моменту инерции является профильная труба со стороной квадрата 150 мм и тёщиной стенки 10 мм (Мгх=Шу=232.96 см3).
Сравнивая по экономическим составляющим данные сечения, можно сказать, что площадь профильного сечения составляет Б=54.28 см2, а площадь представленного сечения 64 см2, что говорит о незначительном превышении затрат на материал в 1,18, однако учитывая, что себестоимость стали в 5 раза превышает себестоимость пластмассы говорит о том, что производя типовое сечение со стороной 150 мм из пластмассы получается в 1.5 раза меньшая стоимость на трудозатраты относительно аналогичного стального сечения благодаря легкости обработки полимерного материала. То есть суммарный эффект при производстве стального элемента сечением 100х100х10 и пластмассового элемента сечением 150x150x10 получается следующим: превышение стоимости производства стальной балки на 636 % относительно стоимости балки из полимеров.
Экономический эффект
Конечная стоимость строительства, в итоге, зависит не только от стоимости конструктивных элементов, но и стоимости работ монтажа. Продолжая сопоставлять металлическую балку с сечением 150х150х10 мм и пластмассовую с сечением 100x100x10 мм необходимо сравнить их массу, которая имеет непосредственное влияние на стоимость и скорость установки конструкции. Масса подобной металлической балки при длине 6 м составляет 254 кг, масса пластмассовой балки длиной 6 м составляет 58 кг. Согласно ГЭСН 09-01-001-01 «Монтаж каркасов одноэтажных производственных зданий одно-и многопролетных без фонарей пролетом: до 24 м, высотой до 15 м без кранов» стоимость монтажа одной тонны каркаса составляет 860 рублей. Это означает, что при одних и тех же габаритах здания масса конструкций будет отличаться в 4,38 раза, что соответственно снижает стоимость монтажа на 438 %.
Ожидаемый результирующий экономический эффект от внедрения пластмассовых конструкций должен составить 1074 % по сравнению с металлическими конструкциями. Результатом такого внедрения должно стать сельскохозяйственное здание с использованием пластмассовых конструкций в качестве всех несущих элементов (рисунок 6).
Рисунок 6 - 3D-модель пластмассового сооружения
1 — пластмассовые напольные плиты 1000x1000x50, 2 — пластмассовые прогоны, 3 — пластмассовые балки, 4 — пластмассовые колоны, 5 — стеновое ограждение: пластмассовые плиты 50 мм, утеплитель, пластмассовая плита 50 мм
Вывод
В результате анализа рыночной стоимости и возможности модификации физико-механических свойств полимеров можно сделать вывод о высокой экономической эффективности использования пластмассовых несущих элементов в сельскохозяйственных и промышленных зданиях как при новом строительстве, так и при реконструкции существующих объектов. Внедрение новых композитов на основе пластмасс (стеклопластиковая арматура, армированные пластмассовые колонны и т. д.) является перспективной областью исследования и будет иметь большой экономический эффект, благодаря многочисленным положительным свойствам пластмассы. Отсутствие коррозии и гниения позволяет использовать пластмассовые несущие элементы в химически агрессивной среде. Малый вес конструкций и их возможная модульность приводит к увеличению скорости возведения зданий и позволяет получить экономический эффект от использованных материалов начиная с фундаментной части.
Источники:
1. Бобков, К. И. Научные проблемы экономики строительства / К.И. Бобков. - М.: АСВ, 2021. - 328 c.
2. Борисов Е. Ф., Петров А. А., Березкина Т. Е. Экономика. Учебник для бакалавров. М.: Проспект. 2020. 272 с.
3. Васильев В. П., Холоденко Ю. А. Экономика. Учебник и практикум. М.: Юрайт. 2020. 298 с.
4. Волкова А. В. Рынок крупнотоннажных полимеров / А. В., Волкова // Национальный исследовательский университет Высшая школа экономики. Институт «Центр развития». М. - 2020 г. с. 74.
5. ГОСТ 8639-82 Трубы стальные квадратные. Сортамент (с Изменениями N 1, 2, 3, 4).
6. Донцова, А. О. Разработка деревянных каркасов зданий повышенной несущей способности / А. О. Донцова, Л. Ю. Осмоловская, Д. В. Лейер // Научное обеспечение агропромышленного комплекса : Сборник статей по материалам 76-й научно-практической конференции студентов по итогам НИР за 2020 год. В 3-х частях, Краснодар, 10-30 марта 2021 года / Отв. за выпуск А.Г. Кощаев. -Краснодар: Кубанский государственный аграрный университет имени И.Т. Трубилина, 2021.
7. Пичугин А.П. Эффективное использование полимерных материалов для обеспечения долговечности сельскохозяйственных зданий и сооружений / А. П., Пичугин // Полимеры в строительстве: научный Интернет-журнал. Казань : 2014. С. 95-106.
8. Потапова, К. А. Механические свойства и области применения полимерных композитных материалов / К. А. Потапова, Д. В. Лейер, А. А. Мугу // Научное обеспечение агропромышленного комплекса : Сборник статей по материалам XII Всероссийской конференции молодых ученых, Краснодар, 05-08 февраля 2019 года / Отв. за вып. А.Г. Кощаев. - Краснодар: Кубанский государственный аграрный университет имени И.Т. Трубилина, 2019.
9. Экономика и управление на предприятии (строительство): учебник /В.З Черняк. - М.: КНОРУС, 2007. -736с.
10. O. Sivalek, "Analysis of free vibration and bending of composite plates with a right-sided four-sided region based on the DSC approach," Finite Elements in Analysis and Design, vol. 43, no. 13, p. 1013-1022, 2007.
11. Sunasaka, "Spectra of strength requirements with a uniform level of damage over the life of a structure," Journal of Structural Engineering, vol. 48A, no. 6, pp. 523-530, 2002.
12. C. Amadio, M. Fragiacomo, and S. Rajgelj, "Влияние повторяющихся сейсмических движений грунта на нелинейную реакцию систем SDOF,"Earthquake Engineering & Structural Dynamics, vol. 32, no. 2, pp. 291-308, 2003.
13. S. Das, V. K. Gupta, and V. Srimahavishnu, "Damage-based design with no repairs for multiple events and its sensitivity to seismicity model," Earthquake Engineering & Structural Dynamics, vol. 36, no. 3, pp. 307-325, 2007.
EDN: IECJHO
М.И. Львова - к.э.н., доцент кафедры государственного и муниципального управления, Уральский государственный экономический университет, Екатеринбург, Россия, lvova_usue@mail.ru,
M.I. Lvova - candidate of economic sciences, associate professor, department of state and municipal administration, Ural state university of economics, Yekaterinburg, Russia;
Н.Ю. Исакова - к.э.н., доцент кафедры финансов, денежного обращения и кредита, Уральский государственный экономический университет, Екатеринбург, Россия, isakova_75@mail.ru,
N.Yu. Isakova - candidate of economic sciences, associate professor of the department of finance, money circulation and credit, Ural state university of economics, Yekaterinburg, Russia.
АНАЛИЗ ИНВЕСТИЦИОННО-СТРОИТЕЛЬНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ В ПЕРИОД ЦИФРОВИЗАЦИИ ЭКОНОМИКИ ANALYSIS OF INVESTMENT AND CONSTRUCTION DESIGN DURING THE ECONOMY DIGITALIZATION
Аннотация. Комплекс строительного законодательства - это межотраслевой комплекс правовых норм, которые регулируют отношения, возникающие в процессе осуществления строительной деятельности. Комплекс содержит нормы административного, гражданского, земельного, финансового, экологического, уголовного и иных отраслей права. Законодательная база инвестиционно-строительной отрасли РФ относится к наиболее динамично развивающимся базам в юридической системе РФ и характеризуется многочисленными поправками и большим количеством нормативных актов, регулирующих различные аспекты деятельности. В статье приведен анализ практики инвестиционно-строительного проектирования в РФ, в том числе: анализ нормативной базы проектирования, тенденций строительной отрасли в ее динамике. Авторы считают, что отрасль строительства уже несколько лет с 2014 года переживает структурный кризис, усугубленный в 2020г. последствиями пандемии в экономике. При этом, масштабные строительные проекты государства и бизнеса только сглажи-
