鄒展宇 劉翔

深圳市華陽國際工程設計股份有限公司廣州分公司

面對傳統(tǒng)建筑業(yè)存在的低技術、多能耗、高污染、占用人工等問題，國家提出了新型建筑工業(yè)化[1]，并于2016年發(fā)布了《國務院辦公廳關于大力發(fā)展裝配式建筑的指導意見》（國發(fā)辦〔2016〕71號）。

作為城市名片的高層辦公樓由于功能空間復雜多變，加之追求別具一格的造型，很難采用對標準化要求較高的裝配式混凝土結構（其更適用于平面簡單、標準化程度高的住宅建筑[2]）。而鋼結構（組合結構）相比混凝土結構，具有自重較輕、抗震性能好等優(yōu)點。特別是在海南這個位處地震烈度高的區(qū)域，鋼結構的優(yōu)勢更加明顯。所以海南省政府在2017年發(fā)布了《關于大力發(fā)展裝配式建筑的實施意見》（瓊府〔2017〕100號），提出在單體建筑面積超過2萬m2的大型公共建筑的建造中，優(yōu)先采用裝配式鋼結構。但從土建成本來說，鋼結構比現澆混凝土結構造價更高，同時海南位處臺風頻遇地區(qū)，鋼結構需要付出更大的經濟代價才可滿足房屋舒適度的要求。

本文以海南生態(tài)智慧新城高層辦公樓為例，根據其地域及造型特點，創(chuàng)新性地提出了一種新型裝配式組合結構體系，實現裝配式建筑對于結構部分得分不低于20分的要求。該結構體系受力可靠、施工方便，與傳統(tǒng)現澆相比，土建工期接近，造價增加較少，可廣泛應用于地震、臺風頻發(fā)及地震力較大的區(qū)域，能有效推動裝配式尤其是預制豎向構件的發(fā)展，同時為高層裝配式辦公建筑提供良好的示范案例。

1 項目概況

海南生態(tài)智慧新城C-01-02地塊產業(yè)項目位于海南省五指山市，屬于地震、臺風頻發(fā)及地震力較大的區(qū)域。地塊用地面積約5萬m2，總建筑面積20萬m2。項目由五棟高層辦公樓和附屬建筑及地下空間組成，其中三棟塔樓約100m高，兩棟約80m高（圖1，2），土地出讓條件要求五棟高層辦公樓均采用裝配式建造方式。

1 海南生態(tài)智慧新城方案總平面圖

2 海南生態(tài)智慧新城模型效果圖

1.1 整體設計理念

本項目作為海南生態(tài)智慧新城的核心，為橫跨五座塔樓的科技和金融產業(yè)提供了甲級辦公空間、商業(yè)空間和餐飲空間。形象設計是生態(tài)智慧新城的心臟，類似“海南之心”五指山的五棟塔樓代表了“生態(tài)”的概念。同山一樣，塔樓在空中花園和屋頂都種有綠植。“智慧”的概念體現在數字技術，它被表示為構成塔樓、零售和景觀設計的數碼化像素。在塔樓二與塔樓三之間是一座連接橋，成為通往生態(tài)智慧城市和博物館公園的門戶。

1.2 功能布局原則

五棟塔樓被分為三個類別，以提供不同的銷售與租賃策略。塔樓一和塔樓三為甲級寫字樓，可以單間出租或多間出租，偏心筒提供了更多面向博物館公園的空間。塔樓二為地標性寫字樓，是最高的塔樓，在西側擁有多層通高的空中花園。塔樓四和塔樓五為次甲級寫字樓，可以作為多租戶寫字樓出租。如圖3所示，塔樓四的標準層存在核心筒偏置，同時因為外立面造型的要求，平面外圈較為復雜多變，不存在相同輪廓的樓層。

2 裝配式方案比選

2.1 評價標準解讀

《裝配式建筑評價標準》（GB／T51129-2017，簡稱《標準》）出臺后，海南省以其為基礎，依據地方特色發(fā)布了關于印發(fā)《海南省裝配式建筑裝配率計算規(guī)則》瓊建科〔2018〕70號的通知（簡稱《計算規(guī)則》）。根據《計算規(guī)則》，裝配率計算公式為P=（Q1+Q2+Q3+Qt）/（100-Q4）×100%。其中裝配率P不低于50%且需同時滿足相應規(guī)定項的最低得分才可認定為裝配式建筑。本項目屬于辦公建筑，建筑功能無廚房一項，根據評價標準的要求，可以在裝配率計算的分母中扣除“集成廚房”的6分，即Q4。按50%的裝配率計算，47分即可滿足裝配式建筑的最低要求。

由《標準》可知，一棟建筑的裝配率主要由主體結構、圍護墻和內隔墻、裝修和設備管線及其他項組成。其中主體結構最低要求20分，圍護墻和內隔墻最低要求10分，全裝修為必選項，其他項可以根據項目特點采用。主體結構得分在體系上可選擇預制混凝土結構、鋼結構、鋼混組合結構等結構體系。不同體系中也可選擇水平構件、豎向構件等預制構件。不同結構方案對工程造價、施工難度、施工工期、施工方案等都存在不同程度的影響。根據本項目特點和難點分析，影響最大的選項是主體結構，所以本文對不同裝配式方案的主體結構進行適當的比較分析，推導出優(yōu)選的裝配式方案。

3 T4 七層平面圖

2.2 主體結構裝配式方案

主體結構分為豎向構件和水平構件，其中豎向構件（如柱、支撐、承重墻、延性墻板等）的預制應用比例需大于或等于35%，才可得20分；水平構件（如梁、樓板、樓梯、陽臺、空調板等）的預制應用比例需大于或等于80%，才可以得20分。

由于塔樓的平面輪廓線并不規(guī)則，沒有統(tǒng)一的標準層平面，立面設計豐富多變，且塔樓單層平面存在核心筒偏置、開間尺寸未標準化等情況，根據本項目建筑特點提出了三個可行的裝配式結構方案（均為20分），如表1所示。通過對經濟、施工難度和施工周期的對比分析可得到以下結論。

（1）方案一采用了目前應用最廣泛、技術相對成熟的疊合板。由于結構布置規(guī)則，為減少疊合板的數量及種類，豎向構件全部采用鋁模施工，可得8分；水平構件采用鋁模施工時，可最多折算10%的水平面積。因此疊合板面積需要大于水平面積的62%（每層面積約為950m2），才能滿足主體結構最低20分的要求（圖4）。

（2）方案二采用了鋼外框-混凝土核心筒的組合結構，符合海南大型公共建筑優(yōu)先采用鋼結構的相關政策。非核心筒區(qū)域水平構件為組合樓板及鋼梁，其面積大于水平面積的80%，可得20分。如圖5所示，鋼管混凝土柱總面積為10.1m2，豎向構件總面積為36.8m2，鋼管混凝土柱的面積約占豎向構件總面積的27.4%，無法滿足豎向構件最低35%的要求。由于豎向鋼結構對裝配率沒有貢獻，水平構件采用組合樓板，土建成本較普通混凝土結構造價增加。

表1 主體結構裝配方案得分對比

4 疊合板平面布置圖

5 鋼管混凝土柱平面布置圖

（3）方案三充分利用了鋼管混凝土柱的豎向構件體積量，不足部分在核心筒局部受力較大的位置用多腔鋼管混凝土邊緣構件補齊。既滿足了豎向構件的體積要求，也充分利用了高烈度區(qū)多腔鋼管混凝土邊緣構件的強度，有效減少了剪力墻的鋼筋數量，降低了施工難度。

2.3 方案的經濟性分析

經過詳細的模型計算與統(tǒng)計，以上三個結構方案的設計材料用量如表2所示。按現行的《2020年1月海南省建設工程主要材料市場信息價》文件套價后（約?。?，各方案的主體結構造價詳見表3。

方案二的全混凝土結構重量較方案一、三稍輕，基礎造價相對經濟，相對混凝土結構的基礎有10%的降低，僅從主體造價考慮，方案三更具優(yōu)勢。

方案二采用了鋼外框配合核心筒爬模施工技術，其施工速度相對于疊合板7天左右一層，每層可節(jié)約4天時間。項目一共20層，工期上較方案一可節(jié)約80天左右。若按貸款5億5%年利率計算，日資金利息成本約6.7萬元，建設周期內共可節(jié)省500萬元以上。

方案一標準層鋼筋混凝土柱子截面約為1 000mm×1 000mm，方案二、三標準層柱子為直徑800mm的鋼管混凝土柱，方案二、三全樓使用面積較方案一可節(jié)約150m2。按20 000元/m2的售價，可產生300萬元的經濟效益。

表2 裝配式方案材料用量統(tǒng)計表

表3 各裝配式方案主體結構造價對比

綜合功能空間、立面造型、土建成本及間接產生的經濟效益等要求，建設方最終采用方案三。

3 結論

目前我國的裝配式建筑還出于起步階段，而且由于我國地緣遼闊、氣候條件差別大、土地供給不平衡，也使得我國的建筑造型千差萬別，這與裝配式建筑要求的標準化設計相矛盾。如何選取合適的裝配式方案至關重要。本文通過對一個實際項目裝配式方案的比選分析，得出以下結論。

（1）針對不同類型、不同地區(qū)的建筑物，應因地制宜地選用合適的裝配式方案。

（2）對于地震、臺風頻遇且地震力較大的地區(qū)，應充分發(fā)揮鋼材抗拉、混凝土抗壓的優(yōu)勢，采用組合結構是較優(yōu)的裝配式方案。

（3）多腔鋼管混凝土邊緣構件新技術可以解決目前預制豎向構件灌漿套筒存在的問題，屬于土建成本和綜合經濟效益最優(yōu)的方案。它能為未來裝配式項目提供較好的參考，并有效推動我國預制豎向構件技術的發(fā)展。