秦中慧

（中船第九設(shè)計(jì)研究院工程有限公司，上海 200090）

1 項(xiàng)目概況

上海某高校內(nèi)新增建筑大學(xué)生活動(dòng)中心，規(guī)劃基地面積12799.9m2，總建筑面積22338m2，其中地上建筑面積18050m2，地下建筑面積4288m2，地上5層，地下1層。建成后能夠?yàn)榇髮W(xué)生事務(wù)管理、學(xué)生會(huì)活動(dòng)、健身、室內(nèi)運(yùn)動(dòng)等提供場(chǎng)地，并為學(xué)生工作的順利開(kāi)展提供后勤保障，同時(shí)也有利于學(xué)校文藝工作的開(kāi)展。大學(xué)生活動(dòng)中心效果圖見(jiàn)圖1。

圖1 大學(xué)生活動(dòng)中心效果圖

建筑物屋面標(biāo)高為22.2m，柱網(wǎng)尺寸為7.8～8.4m，平面尺寸為147m×43m，首層和二層層高為4.8m，以上各層層高為4.2m，平面存在扭轉(zhuǎn)不規(guī)則、二層開(kāi)大洞2項(xiàng)不規(guī)則項(xiàng)，豎向存在體型收進(jìn)、錯(cuò)層2項(xiàng)不規(guī)則項(xiàng)，同時(shí)建筑也為超長(zhǎng)結(jié)構(gòu)?？偟膩?lái)說(shuō)，大學(xué)生活動(dòng)中心是一個(gè)特別不規(guī)則的建筑，同時(shí)該建筑還存在多處18～22m的大跨度。

2 結(jié)構(gòu)選型比較背景

對(duì)于高校大學(xué)生活動(dòng)中心這樣一種常見(jiàn)建筑，按照通常的做法以及業(yè)主常規(guī)的訴求，多采用常見(jiàn)的現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)形式。但是隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人力成本的增加和對(duì)環(huán)境保護(hù)要求的嚴(yán)格化，國(guó)家自2015年以來(lái)密集出臺(tái)了裝配式建筑規(guī)劃。2015年年底住建部發(fā)布了《工業(yè)化建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 51129—2015），決定2016年全國(guó)全面推廣裝配式建筑，并取得突破性進(jìn)展；2015年年底，住建部出臺(tái)了《建筑產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展綱要》，計(jì)劃到2020年裝配式建筑占新建建筑的比例達(dá)20%以上，到2025年裝配式建筑占新建筑的比例達(dá)50%以上。

在裝配式住宅推行過(guò)程中，上海市要求相對(duì)較嚴(yán)、較高。2016年，上海市住房與城鄉(xiāng)建設(shè)管理委員會(huì)發(fā)布了《上海市裝配式建筑單體預(yù)制率和裝配率計(jì)算細(xì)則》（滬建建材〔2016〕601號(hào)），文件規(guī)定自2016年起，除配套構(gòu)筑物、建筑面積5000m2以下的建筑、總建筑面積2000m2以下的新建工業(yè)廠房配套辦公或研發(fā)等項(xiàng)目、技術(shù)條件特殊不適宜實(shí)施裝配式的建筑外，建設(shè)項(xiàng)目符合條件的新建民用、工業(yè)建筑應(yīng)全部按照裝配式建筑要求實(shí)施，建筑單體預(yù)制率不應(yīng)低于40%或單體裝配率不低于60%。經(jīng)過(guò)3年裝配式建筑的試點(diǎn)、摸索與經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，2019年年初，上海市住房與城鄉(xiāng)建設(shè)管理委員會(huì)又發(fā)了《關(guān)于進(jìn)一步明確裝配式建筑實(shí)施范圍和相關(guān)工作要求的通知》（滬建建材〔2019〕97號(hào)）（以下簡(jiǎn)稱“97號(hào)文”），文件規(guī)定除配套構(gòu)筑物、建筑面積10000m2以下建筑、總建筑面積10000m2以下的新建工業(yè)廠房配套辦公或研發(fā)等項(xiàng)目外，新建民用建筑、工業(yè)建筑應(yīng)全部按裝配式建筑要求實(shí)施，建筑單體預(yù)制率或單體裝配率不變。技術(shù)條件特殊的建設(shè)項(xiàng)目，可申請(qǐng)調(diào)整預(yù)制率或裝配率指標(biāo)。同時(shí)，文件還制定了建筑預(yù)制率和裝配率的詳細(xì)計(jì)算細(xì)則。根據(jù)“97號(hào)文”要求，大學(xué)生活動(dòng)中心應(yīng)該采用裝配式，傳統(tǒng)的現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)形式已經(jīng)不能采用，下文將從結(jié)構(gòu)構(gòu)件尺寸、預(yù)制率、施工情況、造價(jià)四個(gè)方面分析比較。

3 整體裝配式鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)與鋼框架結(jié)構(gòu)比較

3.1 結(jié)構(gòu)構(gòu)件比較

大學(xué)生活動(dòng)中心位于上海，抗震設(shè)防烈度為7度，Ⅳ類(lèi)場(chǎng)地土，設(shè)計(jì)地震分組為第二組，設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.10g，設(shè)計(jì)特征周期為0.9s（多遇地震）。如果采用整體裝配式鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，抗震等級(jí)為三級(jí)，豎向不規(guī)則處與大跨度處抗震等級(jí)提高為二級(jí)，采用鋼框架結(jié)構(gòu)時(shí)，抗震等級(jí)為四級(jí)，豎向不規(guī)則處及大跨度處抗震等級(jí)提高為三級(jí)。采用三維結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析軟件盈建科及PKPM建模計(jì)算，得出建筑物結(jié)構(gòu)構(gòu)件尺寸見(jiàn)表1。

計(jì)算結(jié)果顯示，由于在鋼結(jié)構(gòu)中，次梁兩端均為鉸接連接，其高度比混凝土結(jié)構(gòu)要高，除次梁外，采用裝配式鋼框架梁柱截面均比采用裝配式鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)所用構(gòu)件截面尺寸小，尤其是大跨度處，效果更為明顯，從而為建筑提供了更多的使用空間，使地下車(chē)庫(kù)有了更多的車(chē)位。從構(gòu)件截面尺寸來(lái)講，裝配式鋼框架更輕巧，更具優(yōu)勢(shì)。

表1 構(gòu)件截面比較 單位：mm

3.2 預(yù)制率比較

根據(jù)上海市“97號(hào)文”規(guī)定的計(jì)算方法，對(duì)大學(xué)生活動(dòng)中心兩種結(jié)構(gòu)形式計(jì)算了預(yù)制率，均采用計(jì)算細(xì)則中算法二進(jìn)行計(jì)算，預(yù)制部件的選擇滿足《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50011—2010）和《裝配式混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ 1—2014）的要求，同時(shí)還要兼顧建筑使用需求。當(dāng)采用整體裝配式鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)時(shí)，底層是嵌固層，框柱采用現(xiàn)澆，樓梯間為重要逃生通道，其框架梁柱采用現(xiàn)澆，大跨度及不規(guī)則處本身需要加強(qiáng)部位也采用現(xiàn)澆，衛(wèi)生間容易滲水且有很多管井采用現(xiàn)澆。對(duì)于鋼框架結(jié)構(gòu)，所有的梁板柱均算預(yù)制構(gòu)件。該項(xiàng)目是校園內(nèi)新建建筑，為了與原有經(jīng)典學(xué)院式風(fēng)格的建筑保持一致，設(shè)計(jì)遵循校區(qū)總體規(guī)劃，傳承文化底蘊(yùn)，體現(xiàn)校區(qū)風(fēng)貌。若外墻采用預(yù)制裝配式做法，將存在一定的外墻滲漏隱患和風(fēng)險(xiǎn)，故兩種結(jié)構(gòu)形式的預(yù)制部件均先不考慮外圍護(hù)墻體。兩種結(jié)構(gòu)形式的預(yù)制率計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 地上結(jié)構(gòu)預(yù)制率比較

從預(yù)制率計(jì)算比較表格可以看出，采用整體裝配式鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)時(shí)，如果不考慮預(yù)制外圍護(hù)墻體的貢獻(xiàn)，預(yù)制率只能達(dá)到35.5%，根本不能滿足要求，要滿足40%預(yù)制率的要求，必須讓外圍護(hù)墻體貢獻(xiàn)4.5%以上的預(yù)制率，同時(shí)要犧牲掉一些建筑功能。而采用裝配式鋼結(jié)構(gòu)的預(yù)制率能達(dá)到55%，不需要外圍護(hù)墻采用預(yù)制，就可以輕松滿足預(yù)制率不小于40%的要求。

3.3 施工情況比較

采用整體裝配式鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)時(shí)，梁柱節(jié)點(diǎn)區(qū)域由于抗剪要求，梁柱縱向鋼筋數(shù)量較多，連接接頭也比較多，鋼筋間距比較密，鋼筋連接需要大量采用套筒灌漿，鋼筋的接頭質(zhì)量非常重要，套筒接頭灌漿施工完成以后，其灌漿的密實(shí)度看不見(jiàn)、摸不著、測(cè)不出，接頭檢測(cè)的難度也很大，施工中存在一定的質(zhì)量和安全隱患?？傊b配式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的施工安全和質(zhì)量取決于專(zhuān)業(yè)能力和現(xiàn)場(chǎng)管控，科學(xué)而周密的施工組織設(shè)計(jì)、嚴(yán)格的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)管是前提，目前業(yè)內(nèi)缺乏具備相應(yīng)專(zhuān)業(yè)能力的施工及監(jiān)理人員，行業(yè)尚未完全發(fā)育成熟，存在施工安全隱患的不在少數(shù)。而裝配式鋼結(jié)構(gòu)施工經(jīng)過(guò)多年的經(jīng)驗(yàn)積累，目前已經(jīng)是一項(xiàng)非常成熟的施工技術(shù)，鋼結(jié)構(gòu)在全國(guó)各地市面上使用率很高，從目前的施工質(zhì)量來(lái)看，裝配式鋼結(jié)構(gòu)施工更占優(yōu)勢(shì)。由于目前裝配式構(gòu)件廠家數(shù)量和質(zhì)量都還不足，構(gòu)件在廠家預(yù)制需要長(zhǎng)時(shí)間排隊(duì)，從工期上來(lái)講，鋼框架施工工期也更短。

3.4 造價(jià)比較

造價(jià)往往是結(jié)構(gòu)選型的決定性因素。按照整體裝配式鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)和鋼框架結(jié)構(gòu)兩種結(jié)構(gòu)形式分別計(jì)算其主要工程量，并套用定額進(jìn)行計(jì)價(jià)，兩種結(jié)構(gòu)形式的投資詳見(jiàn)表3。

表3 土建造價(jià)比較

鋼框架結(jié)構(gòu)自重較輕，導(dǎo)致樁、樁接頭數(shù)量減少，樁基造價(jià)比裝配式混凝土結(jié)構(gòu)少75.05萬(wàn)元，減少約9%。由于地下工程結(jié)構(gòu)地上一層型鋼柱要插入地下室，因此鋼框架的造價(jià)要增加201.95萬(wàn)元，增加約10.6%。當(dāng)采用整體裝配式鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)時(shí)，如果不考慮外圍護(hù)墻的預(yù)制，預(yù)制率達(dá)不到40%的要求，為了達(dá)到預(yù)制率，外圍護(hù)墻體得補(bǔ)足4.5%的預(yù)制率，這部分預(yù)制將導(dǎo)致地上部分建筑造價(jià)增加196.76萬(wàn)元，比鋼框架增加約10.4%。地上結(jié)構(gòu)工程采用鋼框架則比采用裝配式鋼筋混凝土框架節(jié)省258.62萬(wàn)元，節(jié)約7.4%左右。兩種結(jié)構(gòu)型式總造價(jià)相差不大，鋼框架節(jié)省53.19萬(wàn)元，節(jié)省了0.23%，基本持平。

3.5 結(jié)論比較

通過(guò)比較分析大學(xué)生活動(dòng)中心兩種結(jié)構(gòu)選型在構(gòu)件截面、預(yù)制率、施工情況、造價(jià)等方面的情況可以發(fā)現(xiàn)，采用裝配式鋼框架結(jié)構(gòu)比采用裝配式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)更具有優(yōu)勢(shì)。裝配式鋼框架構(gòu)件截面更小、更輕巧，預(yù)制率能輕松滿足40%的要求，不需要立面造型復(fù)雜的外圍護(hù)墻提供預(yù)制率，避免了可能出現(xiàn)的滲水嚴(yán)重的問(wèn)題，使施工質(zhì)量和工期都能得到保證，投資造價(jià)也沒(méi)有增多，甚至更省。

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)上海某大學(xué)生活動(dòng)中心的設(shè)計(jì)分析比較可知，對(duì)于需要采用裝配式建筑而平面豎向不規(guī)則的多層框架結(jié)構(gòu)，外立面復(fù)雜，預(yù)制外圍護(hù)墻體不經(jīng)濟(jì)，質(zhì)量難以保證時(shí)，建議選擇裝配式鋼框架結(jié)構(gòu)，它比整體裝配式鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)更安全、更適用、更經(jīng)濟(jì)。