К ВОПРОСУ ОБ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ СТАЛЬНОЙ БАЛКИ, ПРЕДНАПРЯЖЕННОЙ ВЫТЯЖКОЙ СТЕНКИ Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

К вопросу об экономической эффективности стальной балки, преднапряженной вытяжкой стенки

А.А. Чебровский, А.А. Иодчик Тихоокеанский государственный университет, Хабаровск

Аннотация: В статье дана оценка экономической эффективности бистальной балки, предварительно напряженной вытяжкой стенки. Сравнение проведено с обычной бистальной балкой без предварительного напряжения с одинаковым поперечным сечением. Рассмотрены затраты на материал, на проектирование, на производство, на транспортировку и монтаж. Учитывается, что для создания предварительного напряжения всегда нужно больше затрат труда, поэтому изготовление преднапряженных конструкций дороже, чем обычных конструкций. Цель предварительного напряжения заключается в сокращении расхода стали на изготовление конструкции. Приведена структура трудовых затрат для изготовления конструкций. Проведен сравнительный анализ стоимости «в деле» погонного метра балки, предварительно напряженной вытяжкой стенки, и балки без преднапряжения в зависимости от трудоемкости их изготовления.

Ключевые слова: тонкостенная конструкция, бистальная балка, двутавровое сечение, предварительное напряжение, вытяжка стенки, вес конструкции, накладные расходы, трудоемкость изготовления, экономическая эффективность, индивидуальное проектирование, стоимость «в деле».

В настоящий момент проблема экономической эффективности бистальных балок преднапряженных беззатяжечным способом исследована не в полной мере. В этом направлении работали такие специалисты, как Кравчук В.А. [1], Лихтарников Я.М. [2-3], Стрелецкий Н.С. [4-5] и др. [6-8]. В иностранной литературе не встречаются исследования, посвященные бистальным балкам двутаврового поперечного сечения преднапряженным вытяжкой стенки, однако проблема поиска эффективных способов преднапряжения не менее актуальна [9-11].

Применение предварительного напряжения целесообразно, если затраты на материал, на проектирование, на производство, на транспортировку и монтаж такой конструкции меньше показателей обычной конструкции. Для работ по предварительному напряжению всегда нужно больше затрат труда, поэтому изготовление преднапряженных конструкций дороже, чем обычных конструкций. Таким образом, если преднапряжение

позволит сократить расход стали на изготовление конструкции, тогда стоимость «в деле» преднапряженной балки (ПНБ) будет меньше, по сравнению с обычной балкой (ОБ).

Для оценки экономической эффективности преднапряжения первым показателем является вес конструкции. Затраты металла определяют по чертежам проектных организаций, представленным, например, на рис. 1.

Рис. 1. - Балка двутаврового поперечного сечения

Вес преднапряженной конструкции Gpr можно определить по геометрическим характеристикам сечения:

Gpr = Gp + Gp; (1)

Gp; =PaVVr =Pa f + A%L}; (2)

Gpyr = pcV? = pc [2dwApop + Api + hAprXr + horA>or ], (3) Вес обычной балки Gob будет:

Gob = GOb + G?; (4)

GOb =PaV;b =Pa [Ao;L + AfL]; (5) G°; = PaV;b = pc [2dAWbop + Api + hAobn°rb + horAlbrnor ] =

= Pc [AbL + hAfnf + horAyor ], (6) Вес балки дополним весом наплавленного металла швов в 1,5% от веса

балки:

Gpr = 1,015(jp + Gp); (7)

Gf = 1,015^ + Gp ). (8)

М Инженерный вестник Дона, № (2021) ivdon.ru/ru/magazine/arcliive/n6y2021/7040

Отношение средних значений стоимости высокопрочной и обычной сталей будет:

С

® = . (9)

7 У

В бистальной балке стенка выполнена из стали с расчетным сопротивлением — , а верхний и нижний пояса - — . Отношение расчетных

сопротивлений сталей будет:

—

0 = . (10) ^ -У

Стоимость стали обоих типов конструкций будет равна:

срг = с а+7уор; = 7У {2,450?+ар); (11)

с°с = 7 а + 7уО;ъ = 7у {2,450°; + 0°уъ), (12)

В стоимость изготовления стальных конструкций входят затраты на заработную плату рабочих, на накладные расходы, которые делятся на цеховые, общезаводские и коммерческие. Согласно [5], стоимость проектирования по типовым проектам равна 2% от полной стоимости изготовления, при индивидуальном проектировании - 5%. Проектирование преднапряженной балки будет индивидуальным, а проектирование обычной балки - типовым.

Пусть с?И и суЪ - расходы на изготовление, а Т? и ту - трудоемкости изготовления балок, тогда стоимость изготовления будет равна:

СИИ = 1,05 • сритр; (13)

си =1,02 • суьту, (14)

Накладные расходы для изготовления будут одинаковыми:

с =срг =суъ (15)

сри сри сри ■

Трудоемкость с учетом высокопрочной стали по методу [2] будет:

и

ТИ - ТИ,уК1К2&1 ;

к - а

-Ь .

а- ^

Структура трудовых затрат для изготовления принимается согласно [3] и сведена в таблицу 1.

Трудоемкость изготовления ПНБ и ОБ.

(16)

(17)

(18)

конструкций Таблица 1

Трудо- Трудо-

емкость емкость

Наименование цеха Операции ПНБ в % ОБ в % к

к общему общему

кол-ву кол-ву

чел.-ч/т чел.-ч/т

Подготовка Правка металла 4 4

Обработка Разметка и наметка 7 7

Резка механическая и

кислородная 12 12

Образование отверстий 2 2

Строжка и фрезеровка деталей 1 1

Вальцовка, правка и гибка 4 4

Итого 30 30

Сварочный цех Закрепление стенки,

натяжение, контроль

натяжения 100* -

Сборка 30 30

Сварка 33 33

Механослесарные работы 2 2

Фрезеровка конструкций 1 1

Грунтовка и окраска 4 4

Итого по операциям

сварочного цеха 170 70

Всего ТИ,У, % 200 100

С учетом данных таблицы 1 трудоемкость изготовления запишется:

ту =Т°иЪуКхК2 =Т°иъу • 1,16•

GуЪ

<уЪ У

а

оуъ,

т? = тиРГКК = 2,0 • туьу • 1,16 •

арг

0,19

арг,

(19)

(20)

Заводская себестоимость конструкций включает стоимость стали и стоимость изготовления:

7 = с + с

Стоимость транспортирования:

С _ 7РТ а>; . 7 т ;

а' = 1 -

а

1 -а

¥

¥ =

в.

в.

0> + °/п + 0 '

(21)

(22)

(23)

(24)

Расходы на транспортирование 1 т. конструкций от станции отправления к месту монтажа будут одинаковые:

_ /~1 рг _ г^уЪ

рт с рт с рт .

Стоимость сборки и установки конструкций равна:

см сРМ КР КМ ■

(25)

(26)

В бистальных балках из-за применения разных классов сталей увеличивается стоимость сборки и установки, поэтому вводится коэффициент К :

КууОуу + КуОу

КМ = -^-,

а*

Расходы на монтаж 1 т. конструкций будут одинаковые:

_ рГ _ /-1УЪ

сРМ = сРМ = сРМ .

Таким образом, стоимость «в деле» можно выразить так:

с = с + с + с + с

(27)

(28)

(29)

0.19

Сравнительный анализ стоимости «в деле» балки, предварительно напряженной вытяжкой стенки, и балки без преднапряжения, в зависимости от трудоемкости их изготовления представлен на рис. 2.

-Стоимость «в деле» ОБ

—•— Стоимость «в деле» ПНБ при Ти=2 _А— Стоимость «в деле» ПНБ при Ти=4 —■— Стоимость «в деле» ПНБ при Ти=6

Рис. 2 - Стоимость «в деле» погонного метра ПНБ и ОБ, в зависимости от трудоемкости их изготовления

Таким образом, стоимость «в деле» ПНБ ниже ОБ, в том случае, когда стоимость изготовления ПНБ не более, чем в четыре раза превышает стоимость изготовления ОБ. Это необходимо учитывать при создании специального оборудования для изготовления такого типа ПНБ.

Литература

1. Кравчук В.А. Конструкции, предварительно напряженные без затяжек. Оптимальное проектирование: Учебное пособие. Хабаровск, 2010. - 221 с.

2. Лихтарников Я.М. Вариантное проектирование и оптимизация стальных конструкций. Москва, 1979. - 319 с.

3. Лихтарников Я.М. Технико-экономические основы проектирования строительных конструкций: Учеб. пособие для вузов. Киев, 1980. - 240 с.

4. Стрелецкий Н.С. Металлические конструкции. Москва, 1961. - 776 с.

5. Стрелецкий Н.С. Проектирование и изготовление экономичных металлических конструкций. Москва, 1964. - 360 с.

6. Чебровский А.А. Совершенствование методики расчета стальных балок, предварительно напряженных вытяжкой стенки: дис. ... канд. техн. наук: 05.23.01 / А.А. Чебровский, - Улан-Удэ. 2015. - 232 с.

7. Евтушенко А.М., Нуриев В.Э., Зотов П.В., Морева И.С. Технология легких стальных тонкостенных конструкций и её особенности. // Инженерный вестник Дона, 2018, №4 URL: ivdon.ru/magazine/archive/n4y2018/5398/.

8. Решетников А.А. Корнет В.Ю. Леонова Д.А. Сравнительный анализ методик расчета тонкостенных стальных балок С-образного профиля по отечественным и зарубежным нормам. // Инженерный вестник Дона, 2018, №2. URL: ivdon.ru/magazine/archive/n1y2018/4788/.

9. Hadjipantelis N., Gardner L., Wadee M. A. Design of prestressed cold-formed steel beams. // Thin-Walled Structures, 2019, №140, pp. 565-578. URL: sciencedirect.com/science/article/pii/S0263823118313065/.

10. Blum A., Chodorowska D. Experimental analysis of prestressed thin-walled structures stability. // Thin-Walled Structures, 2007, №45, pp. 834-839. URL: sciencedirect.com/science/article/pii/S0263823107001747/.

11. Wen-Fu Zhang. Symmetric and antisymmetric lateral-torsional buckling of prestressed steel I-beams. // Thin-Walled Structures, 2018, №122, pp. 463-479. URL: sciencedirect.com/science/article/pii/S0263823117304329/.

References

1. Kravchuk V.A. Konstruktsii, predvaritel'no napryazhennye bez zatyazhek. Optimal'noe proektirovanie [Structures prestressed without tendons. Optimal Design] Uchebnoe posobie. Khabarovsk, 2010. 221 p.

2. Likhtarnikov YA.M. Variantnoe proektirovanie i optimizatsiya stal'nykh konstruktsiy [Variant design and optimization of steel structures]. Moskva, 1979. 319 p.

3. Likhtarnikov YA.M. Tekhniko-ekonomicheskie osnovy proektirovaniya stroitel'nykh konstruktsiy [Technical and economic foundations for the design of building structures] Ucheb. posobie dlya vuzov. Kiev, 1980. 240 p.

4. Streletskiy N.S. Metallicheskie konstruktsii [Metal constructions]. Moskva, 1961. 776 p.

5. Streletskiy N.S. Proektirovanie i izgotovlenie ekonomichnykh metallicheskikh konstruktsiy [Design and manufacture of economical metal structures] Moskva, 1964. 360 p.

6. Chebrovskiy A.A. Sovershenstvovanie metodiki rascheta stal'nykh balok, predvaritel'no napryazhennykh vytyazhkoy stenki [Improvement of the methodology for calculating steel beams prestressed by wall stretching] dis. ... kand. tekhn. nauk. Ulan-Ude, 2015. 232 p.

7. Evtushenko A.M., Nuriev V.E', Zotov P.V., Moreva I.S. Inzhenernyj vestnik Dona, 2018, №4. URL: ivdon.ru/magazine/archive/n4y2018/5398/.

8. Reshetnikov A.A. Kornet V.YU. Leonova D.A. Inzhenernyj vestnik Dona, 2018, №2. URL: ivdon.ru/magazine/archive/n1y2018/4788/.

9. Hadjipantelis N., Gardner L., Wadee M. A. Thin-Walled Structures, 2019, №140, pp. 565-578. URL: sciencedirect.com/science/article/pii/ S0263823118313065/.

10. Blum A., Chodorowska D. Thin-Walled Structures, 2007, №45, pp. 834839. URL: sciencedirect.com/science/article/pii/S0263823107001747/.

11. Wen-Fu Zhang. Thin-Walled Structures, 2018, №122, pp. 463-479. URL: sciencedirect.com/science/article/pii/S0263823117304329/.