陳亮

摘 要：現(xiàn)代化的建筑工程中為了提升工程項目的質量，降低施工過程中的人工成本以及簡化施工流程，在施工過程中使用預制好的鋼結構作為建筑物的柱體、梁體以及主要的框架結構，然后在此基礎上安裝相應的墻板、樓板以及其他必要的建筑結構。這種組裝式的施工技術可以大幅度提升工程效率，減少施工過程中的濕作業(yè)量以及降低人工成本。通過工程量以及工程造價來分析預制鋼結構建筑相對于傳統(tǒng)現(xiàn)澆混凝土建筑所具有的經濟性特點。

關鍵詞：預制裝配式鋼結構;經濟性;建造成本

中圖分類號：F426.9? ? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? 文章編號：1673-291X（2021）28-0143-05

傳統(tǒng)的現(xiàn)澆混凝土施工技術在實踐過程中逐漸表現(xiàn)出施工效率較低、人工成本高以及施工程序復雜等問題。預制鋼結構施工技術可以讓施工企業(yè)將預制好的鋼梁、鋼柱、墻板以及其他結構通過裝配的方式來完成施工，進而可以在很大程度上提升建筑施工的效率、簡化施工程序以及降低人工成本。但現(xiàn)階段，預制鋼結構建筑的整體施工成本還是比傳統(tǒng)的混凝土施工方法更高一些。

一、相關概念和發(fā)展現(xiàn)狀

（一）預制裝配式鋼結構概述

傳統(tǒng)的鋼筋混凝土建筑施工模式在實踐中逐漸表現(xiàn)出工序復雜、安全風險高以及環(huán)保效應差等缺點，預制裝配式施工利用在工廠中事先制造好的混凝土結構和鋼結構等作為主要的施工材料，將這些預制好的材料運輸到施工現(xiàn)場并通過焊接或者螺栓緊固等方式來進行組裝和固定，這種施工方法呈現(xiàn)出裝配式的特點。預制裝配式鋼結構建筑物主要采用預制好的鋼梁、鋼柱等作為主要的框架承重材料。鋼結構相對于傳統(tǒng)的鋼筋混凝土結構具有重量輕、抗震性能好以及結構跨度大等優(yōu)點。在生產廠房、高層住宅以及辦公樓等建筑物的施工中可以大量采用鋼結構作為施工材料，工程效率以及施工過程中的環(huán)保效應在這種施工技術支撐下可以得到大幅度提高[1]。主要原因在于這種施工技術可以大量采用吊裝機械設備對已經預制完成的各種大型梁體、墻體或者其他構筑物進行吊裝就位，施工人員只需要在各種結構基本就位的情況下對其進行有效的固定或者連接即可。

（二）發(fā)展現(xiàn)狀

裝配式建筑的相關概念在20世紀70年代在我國出現(xiàn)并逐步發(fā)展至今，空心樓板、預制屋面梁以及預制屋面板等預制結構是國內最早使用的預制裝配式結構，不過當時非常有限的施工技術并不能保障施工質量和效果。現(xiàn)澆混凝土施工技術從20世紀90年代起在國內的建筑施工中得到了廣泛的應用并在很大程度上延緩了裝配式施工的發(fā)展。但是在最近十年，現(xiàn)澆混凝土施工技術逐漸暴露出人工成本高、工序復雜、質量缺陷多等一系列問題，最大的制約在于傳統(tǒng)的現(xiàn)澆混凝土施工技術需要消耗大量的人力資源且整體成本在不斷上漲。裝配式鋼結構施工技術可以大幅度簡化施工流程以及降低施工現(xiàn)場的人工作業(yè)量，在現(xiàn)階段人工成本大幅上漲的情況下可以借助裝配式鋼結構施工技術來降低人工成本[2]。

二、鋼結構建筑的結構體系及主要構件

建筑工程的剪力墻、主體框架結構以及內筒結構等都屬于常見的鋼結構施工應用范圍，在高層、多層以及超高層建筑施工中都可以應用這些常見的鋼結構施工體系。

（一）框架體系

1.鋼結構框架。建筑施工中需要通過一定的框架結構為樓層間的面板以及墻板等提供良好的支承和固定體系，在鋼結構建筑中一般需要通過垂直布置的柱體以及水平布置的梁體來搭建出特定結構的框架。鋼梁和鋼柱的受彎承載能力對其側抗剛度的大小具有決定性的作用。通常情況下，當鋼結構建筑物的高度達到一定程度之后，就需要增大梁體和柱體的截面積，這樣可以提高框架結構的強度。然而這種情況必然會導致鋼結構框架的重量、成本等出現(xiàn)大幅度上漲并制約其使用范圍，因而這種框架式結構在高層及超高層建筑中的使用相對比較少見。

2.框架剪力墻結構。在鋼結構建筑施工中需要在框架結構的基礎上按照一定的方向和位置來布置剪力墻結構，建筑物側向位移的控制以及側向剛度的提升都與鋼結構—剪力墻體系的設置具有密切的聯(lián)系。這種剪力墻結構在防火及耐火性能方面也具有非常顯著的優(yōu)勢，但是這種結構體系在強烈地震作用的影響下會產生非常顯著的應力集中并對局部的墻體結構產生一定的破壞[3]。

3.鋼結構框架支撐體系。為了強化框架結構中部分柱體的側抗力還需要在柱體之間設置一些橫向的支撐，其主要原因在于鋼結構柱體在承受上層結構的壓力作用時可能會產生側向的形變并造成結構失穩(wěn)，在側向設置一些橫向的支撐能夠大幅度提升其承載能力并確保鋼結構系統(tǒng)的穩(wěn)定性。這種結構模式可以在確保鋼結構強度的基礎上減少鋼材的使用量以及節(jié)約建造成本。

4.鋼結構內筒體系。在建筑結構的中心部位通過鋼框架—內筒結構的體系來形成封閉的核心筒結構，建筑物在水平方向上的載荷全部都由這些筒體來承擔。在高層以及超高層建筑中設置這種內筒結構可以有效地提升建筑物對地震的承受能力，其應對不良地質條件的能力也會全面提升[4]。

（二）樓面板體系

1.現(xiàn)澆的混凝土樓板。鋼結構建筑中通常會采用已經發(fā)展非常成熟的現(xiàn)澆混凝土結構來作為樓板施工的材料，這種施工技術操作相對比較簡便且澆筑完成的樓板結構具有良好的強度，同時鋼筋混凝土材料可以有效地控制住樓板施工的經濟成本。這些混凝土材料凝固之后可以與鋼梁之間形成良好的固結效果，并產生協(xié)同工作的效應。其缺點是當建筑物的跨度比較大時樓板的安全性就難以滿足工程需要，在這種情況下需要通過預應力技術來提升樓板的承載力并確保建筑物的安全性?；炷敛牧舷拇?、樓板重量大、混凝土結構易開裂以及施工周期比較長也是這種樓板施工技術的主要缺陷，整體而言，施工單位比較習慣于采用這種樓板施工技術[5]。

2.混凝土—壓型鋼板組合樓板。這種施工技術需要先在鋼梁上設置一些薄鋼板作為襯底，而且這些鋼板之間呈現(xiàn)出凹凸相間的結構造型，完成這一步之后再在這些薄鋼板上澆筑適當厚度的混凝土材料并使其形成良好的整體性，鋼梁上的栓釘可以在很大程度上強化這種樓板結構的整體性和強度。這種施工方式在澆筑混凝土的過程中不用事先設置模板系統(tǒng)并節(jié)省相關的成本。為了加快施工速度，還可以采用多層同時施工的方案。這種施工技術可以在很大程度上提升大跨度樓板的整體性和剛度，且具有較強的施工便利性。但是這種施工方法因為使用了壓型鋼板而增加施工材料的費用，提升了建筑防腐和建筑裝飾的要求[6]。壓型鋼板—混凝土組合樓板的最大跨度通常不能超過4米且一般控制在2—3米的范圍內。

3.鋼筋桁架混凝土樓板。這種樓板施工技術的特點是在預制廠中將鋼筋材料制備成鋼筋桁架并將其與鋼板焊接在一起，相對于傳統(tǒng)的施工方案，這種施工技術可以大幅度減少施工現(xiàn)場綁扎鋼筋的工作量并有效地提升作業(yè)效率[7]。這種樓板材料在施工時需要先通過吊車等設備放置在相應的位置上，然后在其他條件滿足要求的情況下進行混凝土二次澆筑作業(yè)，最終實現(xiàn)與現(xiàn)澆混凝土施工同等的效果。

（三）墻板體系

1.輕型砌筑墻體。鑒于鋼結構框架所具備的良好承重性能，此處所說的輕型砌筑墻體主要指的是建筑結構中不承擔承重作用的輕質強體結構，此類墻體在建筑材料方面主要采用石膏切塊、蒸汽加壓混凝土塊或者空心磚等砌體材料。傳統(tǒng)的黏土磚在燒制的過程中需要消耗較多的化石燃料、產生較多的碳排放以及污染氣體，而且有不少黏土磚是由一些生產工藝簡單、安全條件較差的小型磚窯生產而成的，其環(huán)保效應和安全效應都比較差。新型的砌體材料在回收利用各種礦物生產廢料的同時，還可以提升砌體結構在防火、防水以及保溫等多個方面的性能。但是這些砌體材料在施工過程中不可避免地需要使用水泥砂漿作為粘接的材料并可能對鋼材產生一定的腐蝕性。因此，在鋼結構建筑物的建造過程中并不適宜大量采用這種容易對鋼結構產生腐蝕作用的材料來開展施工[8]。

2.輕質板材墻體。利用混凝土材料制備而成的輕質板材或者在板材中加入保溫隔熱材料制備而成的夾芯板材也是常用的墻體板材?，F(xiàn)階段這種板材結構可以通過工廠的預制化生產進行大規(guī)模的制造并形成統(tǒng)一的質量標準，再運輸到建筑施工現(xiàn)場并通過專業(yè)的起重機械設備來進行吊裝就位以及安裝固定。常用板材如下：一是輕質加壓蒸汽混凝土板。這種板材是通過在蒸汽加壓混凝土材料中加入一定數量的鋼筋網片之后加工制備而成的，這種板材內部形成了很多密閉的氣孔并有著非常顯著的保溫性能、隔熱性能以及防噪聲性能。這種新型墻板材料技術發(fā)展已經非常成熟且在住宅項目的建設中被列為推薦使用的施工材料。二是鋼筋混凝土絕熱材料復合板。這種板材在中間的夾層內設置了巖棉或者聚苯板而最外面的兩層為薄壁鋼筋混凝土。中間的夾層材料具有非常良好的隔熱保溫效果。這種施工板材在現(xiàn)場安裝過程中主要采用裝配式的施工方法且具有較高的安裝效率。三是金屬復合板材。這種墻體施工材料的兩個面層常常使用不銹鋼板或者鍍鋅鋼板而內部的夾層使用聚苯板等保溫材料，這種墻體施工材料的主要優(yōu)點在于強度高、安裝速度快以及拆裝效率高等[9]。

三、經濟性分析

在進行經濟性分析的過程中需要通過一定的數據對比來確定施工方案是否具有良好的成本控制效果，此處根據某預制裝配式鋼結構工程的實際造價情況來分析這種施工方案的經濟性。本文主要通過對比鋼結構建筑和傳統(tǒng)的現(xiàn)澆混凝土建筑之間的建造成本來分析前者的經濟性。

（一）成本因素

工程項目成本的主要造成因素可劃分為直接費用、利潤、稅金以及間接費用等。建筑工程項目的主要成本費用通常都集中在其直接費用上且這一費用的變化將決定其整體的營收效益[10]。在分析鋼結構建筑和傳統(tǒng)現(xiàn)澆混凝土建筑的成分造價時需要格外重視影響其直接費用的主要因素。這兩種建筑模式在直接費用的構成方面主要存在以下幾個方面的差異：一是預制鋼結構建筑需要花費較大的費用來完成預制構件的生產、運輸和安裝;二是鋼結構材料的防火費用和防腐費用較低;三是傳統(tǒng)的現(xiàn)澆混凝土施工方案需要花費較多的模板費用和腳手架搭建費用，而裝配式施工可以大幅減少這兩方面的費用支出;四是這兩種施工模式在保溫費用、維護費用以及抹灰費用等方面也存在較多的差異性。

（二）成本對比

根據本次研究中所參照的某實際項目情況制作出兩種施工方式的主體工程量對比，項目總建筑面積大約在3 800平方米且不同部分的工程量見表1。分析結果如下：傳統(tǒng)的現(xiàn)澆混凝土施工方案需要開展大量的濕作業(yè)且混泥土澆筑時還需要搭建模板和腳手架。采用預制裝配式鋼結構施工方案之后可以大幅度降低混凝土的使用量并減少現(xiàn)場濕作業(yè)的工作量，模板和腳手架的搭建也因此而出現(xiàn)了大幅度的減少。從表1中的數據可知，混凝土材料的使用量減少了大約56%。而該項目預制鋼結構建筑施工消耗的鋼材量大約為傳統(tǒng)現(xiàn)澆混凝土施工模式的1.466倍。

（三）工程造價對比

在工程造價對比方面主要根據本次研究項目所在省份（四川省）的建筑工程定額信息以及工程造價信息（成都市）來獲取材料價格信息，進而計算出兩種建造模式下的工程總造價，具體見下頁表2。

采用現(xiàn)澆混凝土技術來完成以上工程作業(yè)內容時產生的工程量以及相關的造價如表3所示。

通過對表2和表3的內容進行對比可以分析出以下結論。

1.預制鋼結構建筑物的單方造價達到了981.71元/平方米，而傳統(tǒng)的現(xiàn)澆混凝土建筑單方造價為626.87元/平方米，也就是說前者每平方米的造價比后者高出了354.84元，造價高出了不少。

2.預制裝配式鋼結構建筑的梁體單方造價達到了257.66元/平方米，現(xiàn)澆混凝土建筑的梁體單方造價達到了125元/平方米，這兩種建造方式的柱體單方造價分別達到了179.90元平方米/和103.11元/平方米。僅僅從這兩種承重結構的造價來分析，預制裝配式鋼結構建筑物明顯要高于現(xiàn)澆混凝土建筑的造價。

3.以上兩種建造方式的墻體結構單方造價則分別達到了303.25元/平方米和191.09元/平方米，預制鋼結構建筑中的墻體單方造價明顯更高。

4.通過測算得出預制裝配式鋼結構建筑的人工費用成本占傳統(tǒng)現(xiàn)澆混凝土建筑成本的62%，而且前者的施工總項目數量占后者的60%。也就是說，預制裝配式建筑施工方法在人工費用以及施工程序上較之傳統(tǒng)的現(xiàn)澆混凝土施工模式具有更加顯著的優(yōu)勢，但總體上前者的造價更高。

結語

預制裝配式鋼結構建筑在施工過程中表現(xiàn)出程序更加簡單、人工成本相對更低以及施工效率更高等優(yōu)點，而且鋼結構在組裝過程中可以大量使用機械方式來進行裝配，人工作業(yè)量、濕作業(yè)量以及高風險的作用量也都因此而大幅度減少。傳統(tǒng)的現(xiàn)澆混凝土施工技術使用得非常成熟，但總體上存在工序比較復雜、質量控制難度較大以及人工作業(yè)量比較大等特點，而且施工工程中的安全風險和環(huán)境污染情況也比裝配式施工更高。在選擇施工方案時需要綜合考慮質量、安全、造價控制以及環(huán)境保護等多方面的因素，此次對這兩種施工方法的成本進行分析和對比，得出的結論是預制鋼結構施工技術的整體成本相對于傳統(tǒng)的現(xiàn)澆混凝土施工方案更高。

參考文獻：

[1]? 劉永霞.預制裝配式鋼結構建筑設計要點及經濟性研究[J].中國新技術新產品，2016，（21）：167-168.

[2]? 羅慶.芻議預制裝配式鋼結構建筑經濟性[J].建筑工程技術與設計，2018，（2）.

[3]? 呂廣杰.預制裝配式鋼結構建筑經濟性分析[J].名城繪，2019，（6）：1.

[4]? 崔靜濤.預制裝配式鋼結構建筑經濟性淺析[J].城市建筑，2016，（21）：50-50.

[5]? 楊珺.預制裝配式鋼結構建筑設計方法及經濟性探析[J].建筑技術開發(fā)，2017，（7）.

[6]? 秦國鋒，包朋華.鋼，木，混凝土結構裝配建筑經濟性比較分析[J].風景名勝，2019，（4）：149-150.

[7]? 沈毅峰.鋼結構裝配式建筑施工狀況及其經濟性分析[J].居業(yè)，2018，（9）：73-75.

[8]? 侯和濤，呂忠瓏，周健.預制裝配式鋼框架結構體系的設計及經濟性分析[J].鋼結構，2014，（1）：20-24.

[9]? 韓建.裝配式鋼結構建筑體系經濟性分析[J].裝飾裝修天地，2019，（7）：46.

[10]? 譚新城.預制裝配式建筑的經濟性分析及發(fā)展前景[J].建材與裝飾，2018，（41）：175-176.

[責任編輯 文 遠]