装配整体式框架-现浇剪力墙结构技术经济分析（建筑）

 装配整体式框架-现浇剪力墙结构技术经济分析（建筑）

                       李  峰，  周成功，  郑振鹏

                 （上海市城市建设设计研究总院，上海200125）

[摘要]  归纳总结装配整体式框架一现浇剪力墙结构常用的技术经济指标。以一栋装配整体式框架一现浇剪力墙结构住宅为例，分析不同预制方案时的结构预制率、混凝土量、含钢量等，进而对不同预制方案下的材料用量进行  ’比较分析，找出影响材料成本增加的主要因素，并得出材料成本与预制率之间的关系。另外，通过对不同预制方案下结构预制率的分析，给出不同预制率时的推荐预制方案，可为同类型结构设计做参考。

[关键词]  装配整体式框架一现浇剪力墙结构；技术经济指标；预制率；含钢量；材料成本

中图分类号：TV334  文章编号：1002-848X(2016)10-0107-05

0  引言

    将框架-剪力墙中框架部分的某些构件事先预制，如板、梁、柱等，然后在现场进行装配，将框架的预制部分与整个结构的剪力墙现场浇筑完成，从而形成共同承担水平荷载和竖向荷载的整体结构，这种结构形式叫做装配整体式框架一现浇剪力墙结构。相较于传统的现浇混凝土结构体系，装配整体式框架一现浇剪力墙结构具有施工安全性高、质量容易控制，可减少现场出工率、缩短工期、二次作业少、低公害、满足工业化与绿色建造的概念等优点。然而，装配整体式框架一现浇剪力墙结构的造价比传统现浇框架-剪力墙结构的高，在一定程度上限制了装配整体式框架，现浇剪力墙结构的推广。

    近年来，关于装配整体式结构的抗震性能、节点试验研究及工程应用研究比较多，而对于装配整体式框架，现浇剪力墙结构经济性研究比较鲜见。因此，有必要对装配整体式结构进行技术经济分析研究。本文以一幢18层装配整体式框架，现浇剪力墙结构住宅楼为例，分析不同预制方案下结构的预制率、混凝土量、含钢量等，进而对不同方案下的材料成本进行分析，以期得出材料成本与预制率之间的关系。

1  与装配整体式结构相关的技术经济指标

    影响装配整体式结构一次性投资的因素比较多，如建筑方案、结构方案、预制方案等。对于建筑方案、结构方案已经确定的建筑来讲，与结构一次性投资最相关的是预制率、含钢量。

1.1预制率

    采用装配整体式混凝土结构体系的装配式住宅建筑单体的预制率（简称预制率），是指建筑±0. 000m以上部分的墙体、梁、柱、楼板、楼梯、阳台等预制构件体积占±0. 000m以上部分总混凝土体积的比重。预制率的计算公式如下：

 

式中预制混凝土构件的体积为外围预制钢筋混凝土墙体和预制钢筋混凝土结构受力构件的体积，如预制剪力墙（暗柱现浇部分不计入）、预制夹心剪力墙（不包含保温部分）、预制叠合剪力墙（仅预制部分）、预制外挂墙板（外围护墙）、预制梁、预制柱、预制叠合楼板（仅预制部分）、预制楼梯、预制阳台、预制空调板等钢筋混凝土构件的体积。

1.2含钢量

    建筑结构的含钢量是指建筑主体结构（不包含装修）总用钢量除以总建筑面积得到的技术经济指标，单位为kg/m²。

2  工程概况

    本工程为上海城建集团开发的一栋18层住宅楼，采用两单元双拼房型，地下1层，层高3.0m，地上18层，层高均为2. 8m，建筑高度50. 85m。标准层建筑平面图见图1。结构形式采用装配整体式框架-现浇剪力墙结构。设计基准期为50年，结构重要性系数为1.0，风荷载重现期为50年（60m以下），结构安全等级为二级，住宅抗震设防类别为丙类，主要标准层建筑面积为528. 30m²。设计完成时间为2011年。

 

3  成本分析

    根据表1所列出的方案分别建模进行结构分析，并进行配筋与构件深化设计，统计各材料的实际用量，对比不同预制方案时所采用混凝土、钢筋等材料的用量，用以分析原材料用量与预制方案之间的关系。

 

    各方案中拉筋采用HPB300、箍筋采用HRB335、构造筋及主筋采用HRB400。采用PKPM

进行建模与结构整体计算，装配整体式框架一现浇剪力墙结构采用等同现浇的原则进行结构分析。结构节点的做法。本实例以一个标准层为统计单位，因此本节中的混凝土用量、预制率及含钢量均为以一个标准层的统计结果计算所得，单个标准层的建筑面积为528. 30m²。本文在用钢量统计时，不考虑施工措施及损耗部分钢筋、预埋件、灌浆套筒、圈梁配筋、过梁配筋、构造柱配筋、砌体拉结筋、混凝土墙梁与砌体间加挂的钢丝网等。

3.1方案一

    方案一为全现浇，也作为其他方案对比分析的基准方案。此方案跨度较小的板厚度取100mm，其余板厚均为110mm。方案-的材料统计见表2。

 

    由表2计算得出：标准层的总混凝土用量为182. 14m³，总用钢量为27 968.07kg，含钢量为52. 94kg/m²。

3.2方案二

    方案二主体结构与方案-相同，仅将外墙板修改为预制外挂墙板。外围护墙采用预制外挂墙板，可以减少施工阶段的外脚手架的搭设，使施工阶段结构的外立面整洁，因此采用预制外挂墙板的方案也是装配整体式结构中最常用的方案之一。本方案预制外挂墙板平面布置见图2，图中斜线阴影区表示预制外挂墙板，厚度为150mm。外框梁线荷载计算值为2. 8m×0.15m×25kN/m³= 10.5kN/m。方案一中外围护墙采用小型空心砌块，Mb5混合砂浆，200mm厚，外框梁上线荷载的计算值为(2.8-0.5)×3.8=8.74kN，考虑到外挂墙板的厚度可以优化到120mm，此时梁上无折减线荷载的计算值为2.8×0.12×25=8.4kN/m。此方案在进行结构分析时外框梁的计算荷载与全现浇方案取值相同，即外框架梁上线荷载值取8.74kN/m。方案二的材料统计见表3。

 

    由表3计算得出：当采用外挂墙板时，标准层的混凝土总量为218. 12m³，其中预制混凝土总量为35.98 m³，预制率为16. 50%；钢筋总量为32500.21kg，考虑外挂墙板的含钢量为61. 52kg/m³，不考虑外挂墙板时的钢筋总量为27968.07kg，不考虑外挂墙板时的含钢量为52.94kg/m³。由于外挂墙板的含钢量较大，采用预制外挂墙板导致结构标准层的含钢量大大提高。

3.3方案三

    方案三在方案二的基础上，增加预制楼梯，并采用叠合阳台板与叠合空调板。楼梯是复杂的三维构件，现场支模、绑扎钢筋都比较困难。另外，现浇楼梯需要养护，无法作为施工通道。将楼梯预制，既减少了现场大量复杂的施工作业，也可以让施工人员直接通过楼梯进入施工层。而阳台与空调板通常为悬挑构件，如果进行现浇施工时，需要搭设外脚手架与支撑。采用叠合阳台板与叠合空调板时可以减少施工过程中外围脚手架的搭设。因此，本方案是实际工程中最常用的预制方案之一。本方案叠合空调板的总厚度为160mm，其中预制部分厚度为75mm，叠合层厚度为85mm。方案三的材料统计见表4。

 

    由表4计算得出：当采用预制外挂墙板、预制楼梯、叠合阳台板、叠合空调板时，标准层的混凝土总量为220.37m³，其中预制混凝土为42.07 m³，预制率为19.09%；标准层考虑外挂墙板时的总钢筋用量为32612. 93kg，含钢量为61.73kg/m³，不考虑外挂墙板时的总钢筋用量为28 080.79kg，含钢量仅为53.15kg/m³。

3.4方案四

    方案四在方案三的基础上增加了框架叠合梁。由于采用等同现浇的原则进行结构分析，标准层楼板厚度与楼面荷载未发生变化，梁高与现浇结构相同，可以采用与方案-相同的计算结构对叠合梁进行深化设计。方案四的材料统计见表5。

 

    由表5计算得出：当框架梁采用叠合梁之后，标准层混凝土的总量为220. 37m³，其中预制混凝土为68. 03 m³，标准层预制率提高到30. 87 010；标准层考虑外挂墙板时的总钢筋用量为33 317. 79kg，含钢量为63. 07kg/m²，不考虑外挂墙板时的总钢筋用量为28 785. 65kg，含钢量为54. 49kg/m³。

3.5方案五

    方案五在方案六的基础上将楼板修改为叠合板。所谓叠合板，即板的一部分在工厂预制，其余部分在工地现场吊装完成后，铺设板面顶层钢筋并浇注现浇层混凝土，最终形成整体的楼板。因为要在楼板的现浇层布置设备管线等，需要确保现浇层具有足够的厚度。另外，为了避免板预制部分在预制脱模及吊装过程中开裂，除了采取设置桁架钢筋等措施外还需保证预制部分具有一定的厚度。本方案预制部分楼板厚度为75 mm，现浇层厚度取85mm，楼板的总厚度为160mm。方案五的材料统计见表6。

 

    由表6计算得出：标准层混凝土总量为241. 57m³，其中预制混凝土为94. 73 m³，预制率为39. 21%；考虑外挂墙板时的总钢筋用量为44925. 35kg，含钢量为85. 04kg/m²，不考虑外挂墙板时的总钢筋用量为40393. 21kg，含钢量为76. 46kg/m³。由于采用了叠合板，板厚加大，方案五标准层楼板混凝土相对于方案一的用量增加了19. 77m³，混凝土总量增加了53. 4%；由于板厚的增加，板面的恒载变大，使得梁、柱等构件的配筋增大，从而使标准层的含钢量相对于前几种方案大大增加。

3.6方案六

    方案六在方案五的基础上将框架柱预制。框架柱采用预制柱时不会影响梁、板等水平构件的配筋。方案六的材料统计见表7。

 

    由表7'计算得：标准层混凝土总量为241. 57m³，其中预制混凝土为115. 57m³，预制率为47. 84%；考虑外挂墙板时的总钢筋用量为44925. 35kg，含钢量为85. 04kg/m²，不考虑外挂墙板时的总钢筋用量为40393.21kg，含钢量为76. 46kg/m³。采用预制框架柱后，方案六相对于方案五增加了20.84m³的预制混凝土，同时方案六比方案五减少了20.84m³的现浇混凝土，两种方案混凝土总量不变，但标准层的预制率有了提高。当框架柱采用预制柱时，并不会影响其他构件的配筋，只是增加了预制混凝土的量，可以提高结构的预制率。

4  方案对比分析

    将方案一作为基准方案，其余各方案与方案一的结果对比见表8。

 

    由表8可知，与装配式整体式框架一现浇剪力墙结构方案相比，方案一用料相对节省，混凝土用量最少，含钢量最低；方案二仅在框架-剪力墙结构中采用预制外挂墙板，标准层的预制率为16. 48%，相对于方案一，结构的混凝土量与含钢量都会增加；方案三的预制率为19. 09%，这一方案在施工时无需搭设外脚手架，比较适合对预制率要求较低的情况；方

案四在方案三的基础上增加框架叠合梁，相对于方案三，方案四混凝土总量未增加，含钢量只有少量增加，但总预制率提高到了30.87%；方案五在方案四的基础上增加了叠合板，标准层预制率提升到39.21%，相对于方案一，叠合楼板的厚度有较大提高，混凝土总量增加59.43m3，楼面的恒载增加，使得相应结构构件的配筋增加，从而使得结构的含钢量由大幅增加；方案六在方案四的基础上将框架柱预制，相对于方案四，方案五的混凝土总量并未增

加，但增加了预制混凝土的量使得标准层的预制率达到47.84%。

    对框架一剪力墙结构住宅，采用全现浇方案时，所消耗的混凝土与钢筋最省，含钢量最低；随着预制率的增加，所消耗的混凝土与钢筋的量也随之增加，含钢量也随之增加；在装配整体式框架一现浇剪力墙结构中，影响混凝土与钢筋用量增加的主要因素是预制外挂墙板与叠合楼板；装配整体式框架一现浇剪力墙结构的预制率最高只能达到50%左右。

5  结论

    本文以一幢18层装配整体式框架，现浇剪力墙结构住宅楼为例，分析不同预制方案时结构的预制率、混凝土量、含钢量等，进而对不同方案的材料成本进行分析，可得出如下结论：

    (1)采用传统的现浇方案时，框架一剪力墙结构住宅结构标准层的含钢量可以控制在55kg/m²以下。

    (2)随着预制率的增加，装配整体式-框架剪力墙结构住宅所消耗的混凝土与钢筋的量也在增加，含钢量也随之增加。

    (3)在做装配整体式框架．现浇剪力墙结构中，预制外挂墙板与叠合楼板是影响混凝土与用钢量增加的主要因素。

    (4)装配整体式框架。现浇剪力墙结构采用预制外挂墙板+预制楼梯梯板+叠合阳台板+叠合空调板的方案时，施工时可减少或避免外围脚手架的搭设，预制楼梯施工简单且能作为施工通道，预制率可以达到19%，是低预制率要求下的最适合的预制方案。

    (5)在上述方案的基础上逐渐增加预制构件时，装配整体式框架一现浇剪力墙结构的预制率逐渐增加，但最高只能达到50%左右。