裝配整體式框架-現澆剪力墻結構技術經濟分析（建筑）

                       李  峰，  周成功，  鄭振鵬

                 （上海市城市建設設計研究總院，上海200125）

[摘要]  歸納總結裝配整體式框架一現澆剪力墻結構常用的技術經濟指標。以一棟裝配整體式框架一現澆剪力墻結構住宅為例，分析不同預制方案時的結構預制率、混凝土量、含鋼量等，進而對不同預制方案下的材料用量進行  ’比較分析，找出影響材料成本增加的主要因素，并得出材料成本與預制率之間的關系。另外，通過對不同預制方案下結構預制率的分析，給出不同預制率時的推薦預制方案，可為同類型結構設計做參考。

[關鍵詞]  裝配整體式框架一現澆剪力墻結構；技術經濟指標；預制率；含鋼量；材料成本

中圖分類號：TV334  文章編號：1002-848X(2016)10-0107-05

0  引言

    將框架-剪力墻中框架部分的某些構件事先預制，如板、梁、柱等，然后在現場進行裝配，將框架的預制部分與整個結構的剪力墻現場澆筑完成，從而形成共同承擔水平荷載和豎向荷載的整體結構，這種結構形式叫做裝配整體式框架一現澆剪力墻結構。相較于傳統的現澆混凝土結構體系，裝配整體式框架一現澆剪力墻結構具有施工安全性高、質量容易控制，可減少現場出工率、縮短工期、二次作業少、低公害、滿足工業化與綠色建造的概念等優點。然而，裝配整體式框架一現澆剪力墻結構的造價比傳統現澆框架-剪力墻結構的高，在一定程度上限制了裝配整體式框架，現澆剪力墻結構的推廣。

    近年來，關于裝配整體式結構的抗震性能、節點試驗研究及工程應用研究比較多，而對于裝配整體式框架，現澆剪力墻結構經濟性研究比較鮮見。因此，有必要對裝配整體式結構進行技術經濟分析研究。本文以一幢18層裝配整體式框架，現澆剪力墻結構住宅樓為例，分析不同預制方案下結構的預制率、混凝土量、含鋼量等，進而對不同方案下的材料成本進行分析，以期得出材料成本與預制率之間的關系。

1  與裝配整體式結構相關的技術經濟指標

    影響裝配整體式結構一次性投資的因素比較多，如建筑方案、結構方案、預制方案等。對于建筑方案、結構方案已經確定的建筑來講，與結構一次性投資最相關的是預制率、含鋼量。

1.1預制率

    采用裝配整體式混凝土結構體系的裝配式住宅建筑單體的預制率（簡稱預制率），是指建筑±0. 000m以上部分的墻體、梁、柱、樓板、樓梯、陽臺等預制構件體積占±0. 000m以上部分總混凝土體積的比重。預制率的計算公式如下：

式中預制混凝土構件的體積為外圍預制鋼筋混凝土墻體和預制鋼筋混凝土結構受力構件的體積，如預制剪力墻（暗柱現澆部分不計入）、預制夾心剪力墻（不包含保溫部分）、預制疊合剪力墻（僅預制部分）、預制外掛墻板（外圍護墻）、預制梁、預制柱、預制疊合樓板（僅預制部分）、預制樓梯、預制陽臺、預制空調板等鋼筋混凝土構件的體積。

1.2含鋼量

    建筑結構的含鋼量是指建筑主體結構（不包含裝修）總用鋼量除以總建筑面積得到的技術經濟指標，單位為kg/m²。

2  工程概況

    本工程為上海城建集團開發的一棟18層住宅樓，采用兩單元雙拼房型，地下1層，層高3.0m，地上18層，層高均為2. 8m，建筑高度50. 85m。標準層建筑平面圖見圖1。結構形式采用裝配整體式框架-現澆剪力墻結構。設計基準期為50年，結構重要性系數為1.0，風荷載重現期為50年（60m以下），結構安全等級為二級，住宅抗震設防類別為丙類，主要標準層建筑面積為528. 30m²。設計完成時間為2011年。

3  成本分析

    根據表1所列出的方案分別建模進行結構分析，并進行配筋與構件深化設計，統計各材料的實際用量，對比不同預制方案時所采用混凝土、鋼筋等材料的用量，用以分析原材料用量與預制方案之間的關系。

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

進行建模與結構整體計算，裝配整體式框架一現澆剪力墻結構采用等同現澆的原則進行結構分析。結構節點的做法。本實例以一個標準層為統計單位，因此本節中的混凝土用量、預制率及含鋼量均為以一個標準層的統計結果計算所得，單個標準層的建筑面積為528. 30m²。本文在用鋼量統計時，不考慮施工措施及損耗部分鋼筋、預埋件、灌漿套筒、圈梁配筋、過梁配筋、構造柱配筋、砌體拉結筋、混凝土墻梁與砌體間加掛的鋼絲網等。

3.1方案一

    方案一為全現澆，也作為其他方案對比分析的基準方案。此方案跨度較小的板厚度取100mm，其余板厚均為110mm。方案-的材料統計見表2。

    由表2計算得出：標準層的總混凝土用量為182. 14m³，總用鋼量為27 968.07kg，含鋼量為52. 94kg/m²。

3.2方案二

    方案二主體結構與方案-相同，僅將外墻板修改為預制外掛墻板。外圍護墻采用預制外掛墻板，可以減少施工階段的外腳手架的搭設，使施工階段結構的外立面整潔，因此采用預制外掛墻板的方案也是裝配整體式結構中最常用的方案之一。本方案預制外掛墻板平面布置見圖2，圖中斜線陰影區表示預制外掛墻板，厚度為150mm。外框梁線荷載計算值為2. 8m×0.15m×25kN/m³= 10.5kN/m。方案一中外圍護墻采用小型空心砌塊，Mb5混合砂漿，200mm厚，外框梁上線荷載的計算值為(2.8-0.5)×3.8=8.74kN，考慮到外掛墻板的厚度可以優化到120mm，此時梁上無折減線荷載的計算值為2.8×0.12×25=8.4kN/m。此方案在進行結構分析時外框梁的計算荷載與全現澆方案取值相同，即外框架梁上線荷載值取8.74kN/m。方案二的材料統計見表3。

    由表3計算得出：當采用外掛墻板時，標準層的混凝土總量為218. 12m³，其中預制混凝土總量為35.98 m³，預制率為16. 50%；鋼筋總量為32500.21kg，考慮外掛墻板的含鋼量為61. 52kg/m³，不考慮外掛墻板時的鋼筋總量為27968.07kg，不考慮外掛墻板時的含鋼量為52.94kg/m³。由于外掛墻板的含鋼量較大，采用預制外掛墻板導致結構標準層的含鋼量大大提高。

3.3方案三

    方案三在方案二的基礎上，增加預制樓梯，并采用疊合陽臺板與疊合空調板。樓梯是復雜的三維構件，現場支模、綁扎鋼筋都比較困難。另外，現澆樓梯需要養護，無法作為施工通道。將樓梯預制，既減少了現場大量復雜的施工作業，也可以讓施工人員直接通過樓梯進入施工層。而陽臺與空調板通常為懸挑構件，如果進行現澆施工時，需要搭設外腳手架與支撐。采用疊合陽臺板與疊合空調板時可以減少施工過程中外圍腳手架的搭設。因此，本方案是實際工程中最常用的預制方案之一。本方案疊合空調板的總厚度為160mm，其中預制部分厚度為75mm，疊合層厚度為85mm。方案三的材料統計見表4。

    由表4計算得出：當采用預制外掛墻板、預制樓梯、疊合陽臺板、疊合空調板時，標準層的混凝土總量為220.37m³，其中預制混凝土為42.07 m³，預制率為19.09%；標準層考慮外掛墻板時的總鋼筋用量為32612. 93kg，含鋼量為61.73kg/m³，不考慮外掛墻板時的總鋼筋用量為28 080.79kg，含鋼量僅為53.15kg/m³。

3.4方案四

    方案四在方案三的基礎上增加了框架疊合梁。由于采用等同現澆的原則進行結構分析，標準層樓板厚度與樓面荷載未發生變化，梁高與現澆結構相同，可以采用與方案-相同的計算結構對疊合梁進行深化設計。方案四的材料統計見表5。

    由表5計算得出：當框架梁采用疊合梁之后，標準層混凝土的總量為220. 37m³，其中預制混凝土為68. 03 m³，標準層預制率提高到30. 87 010；標準層考慮外掛墻板時的總鋼筋用量為33 317. 79kg，含鋼量為63. 07kg/m²，不考慮外掛墻板時的總鋼筋用量為28 785. 65kg，含鋼量為54. 49kg/m³。

3.5方案五

    方案五在方案六的基礎上將樓板修改為疊合板。所謂疊合板，即板的一部分在工廠預制，其余部分在工地現場吊裝完成后，鋪設板面頂層鋼筋并澆注現澆層混凝土，最終形成整體的樓板。因為要在樓板的現澆層布置設備管線等，需要確?，F澆層具有足夠的厚度。另外，為了避免板預制部分在預制脫模及吊裝過程中開裂，除了采取設置桁架鋼筋等措施外還需保證預制部分具有一定的厚度。本方案預制部分樓板厚度為75 mm，現澆層厚度取85mm，樓板的總厚度為160mm。方案五的材料統計見表6。

    由表6計算得出：標準層混凝土總量為241. 57m³，其中預制混凝土為94. 73 m³，預制率為39. 21%；考慮外掛墻板時的總鋼筋用量為44925. 35kg，含鋼量為85. 04kg/m²，不考慮外掛墻板時的總鋼筋用量為40393. 21kg，含鋼量為76. 46kg/m³。由于采用了疊合板，板厚加大，方案五標準層樓板混凝土相對于方案一的用量增加了19. 77m³，混凝土總量增加了53. 4%；由于板厚的增加，板面的恒載變大，使得梁、柱等構件的配筋增大，從而使標準層的含鋼量相對于前幾種方案大大增加。

3.6方案六

    方案六在方案五的基礎上將框架柱預制?？蚣苤�采用預制柱時不會影響梁、板等水平構件的配筋。方案六的材料統計見表7。

    由表7'計算得：標準層混凝土總量為241. 57m³，其中預制混凝土為115. 57m³，預制率為47. 84%；考慮外掛墻板時的總鋼筋用量為44925. 35kg，含鋼量為85. 04kg/m²，不考慮外掛墻板時的總鋼筋用量為40393.21kg，含鋼量為76. 46kg/m³。采用預制框架柱后，方案六相對于方案五增加了20.84m³的預制混凝土，同時方案六比方案五減少了20.84m³的現澆混凝土，兩種方案混凝土總量不變，但標準層的預制率有了提高。當框架柱采用預制柱時，并不會影響其他構件的配筋，只是增加了預制混凝土的量，可以提高結構的預制率。

4  方案對比分析

    將方案一作為基準方案，其余各方案與方案一的結果對比見表8。

    由表8可知，與裝配式整體式框架一現澆剪力墻結構方案相比，方案一用料相對節省，混凝土用量最少，含鋼量最低；方案二僅在框架-剪力墻結構中采用預制外掛墻板，標準層的預制率為16. 48%，相對于方案一，結構的混凝土量與含鋼量都會增加；方案三的預制率為19. 09%，這一方案在施工時無需搭設外腳手架，比較適合對預制率要求較低的情況；方

案四在方案三的基礎上增加框架疊合梁，相對于方案三，方案四混凝土總量未增加，含鋼量只有少量增加，但總預制率提高到了30.87%；方案五在方案四的基礎上增加了疊合板，標準層預制率提升到39.21%，相對于方案一，疊合樓板的厚度有較大提高，混凝土總量增加59.43m3，樓面的恒載增加，使得相應結構構件的配筋增加，從而使得結構的含鋼量由大幅增加；方案六在方案四的基礎上將框架柱預制，相對于方案四，方案五的混凝土總量并未增

加，但增加了預制混凝土的量使得標準層的預制率達到47.84%。

    對框架一剪力墻結構住宅，采用全現澆方案時，所消耗的混凝土與鋼筋最省，含鋼量最低；隨著預制率的增加，所消耗的混凝土與鋼筋的量也隨之增加，含鋼量也隨之增加；在裝配整體式框架一現澆剪力墻結構中，影響混凝土與鋼筋用量增加的主要因素是預制外掛墻板與疊合樓板；裝配整體式框架一現澆剪力墻結構的預制率最高只能達到50%左右。

5  結論

    本文以一幢18層裝配整體式框架，現澆剪力墻結構住宅樓為例，分析不同預制方案時結構的預制率、混凝土量、含鋼量等，進而對不同方案的材料成本進行分析，可得出如下結論：

    (1)采用傳統的現澆方案時，框架一剪力墻結構住宅結構標準層的含鋼量可以控制在55kg/m²以下。

    (2)隨著預制率的增加，裝配整體式-框架剪力墻結構住宅所消耗的混凝土與鋼筋的量也在增加，含鋼量也隨之增加。

    (3)在做裝配整體式框架．現澆剪力墻結構中，預制外掛墻板與疊合樓板是影響混凝土與用鋼量增加的主要因素。

    (4)裝配整體式框架?，F澆剪力墻結構采用預制外掛墻板+預制樓梯梯板+疊合陽臺板+疊合空調板的方案時，施工時可減少或避免外圍腳手架的搭設，預制樓梯施工簡單且能作為施工通道，預制率可以達到19%，是低預制率要求下的最適合的預制方案。

    (5)在上述方案的基礎上逐漸增加預制構件時，裝配整體式框架一現澆剪力墻結構的預制率逐漸增加，但最高只能達到50%左右。