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前言
国家发展装配式建筑是为了实现经济效益、社会效益和环境效益。随着装配式结构越来越普及,装配式结构的经济性逐渐受到开发商的重视。参考已实施的工程,结合最新国家规范及地方性政策,对装配式结构的经济性问题进行初步整理分析,供结构设计人员参考。
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宏观影响因素
不同地区以及不同项目,采用装配式混凝土建造方式与传统现浇混凝土建造方式的增量不同,规模大、标准化程度高的项目增量会低一些,反之则高一些。 绝大部分项目成本增量大致 在 150~600元/㎡之间。 随着预制率的提高,成本增量的总体趋势是不断加大的。
基于装配式结构的特殊性,其结构经济性标准目前尚无统一定论。考虑当前部分装配式结构的市场报价,基本是按照平方或立方的单价来考虑,因此传统的含钢量指标肯定是不适用的。本文针对装配式生产造价影响较大的几个因素进行具体阐述分析。
首先应该正确理解装配式政策、合理解读装配式规范。
上游决定下游,前端控制后端。政策决定标准,标准决定设计,设计决定生产和施工,上游不解决问题,下游解决不了问题。对于设计来说,重点是要落实早期协同,在设计一开始就有装配式思维,并和生产、施工单位进行密切协同。要遵循符合装配式特点的设计流程,开展同步设计,调整原有设计流程,以避免“两阶段设计”的错误做法。要落实建筑师引领装配式设计的责权机制,在建筑方案之初和全过程都植入装配式基因,再全过程进行系统性策划和设计。
根据2019年1月12日省政府第29次常务会议通过,自2019年3月1日起施行的《山东省绿色建筑促进办法》中第三十三条“对建设、购买、运营绿色建筑的,实行下列扶持政策:采用装配式外墙技术产品的建筑,其预制外墙建筑面积不超过规划总建筑面积3%的部分,不计入建筑容积率”。根据这条政策,如做预制外墙,整个项目可以奖励3%的容积率,那后面在进行装配式结构方案选择时,就应该由甲方提前做成本测算,来指导后续设计工作。
具体到结构专业,根据“等同现浇”的设计理念,结构的经济合理性应首先遵循现浇结构的原则。建筑体型、高度,建设地点的场地和自然条件等对结构的造价影响,这些和常规现浇结构相同。区别之处在于,装配式结构需在前期方案阶段介入,对结构装配方案进行比选分析。
1、 选择适宜的建筑风格和建筑户型
装配式建筑设计是一个集建筑、设备、精装等的一体化设计,建筑方案的选择是最重要的先决因素。选择适合装配式建筑的建筑风格和立面效果,设计优化,成本才能优化。此外我们优先选择建筑平面规整、对称,建筑立面简单、建筑户型数量少、建筑模数重复率高,结构形式简单的单体,这样更容易实现标准化设计的目标,从而提高生产施工效率,提高模具周转次数,减低成本。
2、 选择合适的结构装配方案
根据《装配式建筑评价标准》GB/T51129-2017以及《装配式建筑评价标准》DB37/T5127-2018,结构需满足装配式建筑评分最低20分的要求。如下图:(以省标为例)
规范要求,装配式建筑的主体结构部分,需满足最低得分20分。因此需要我们首先选择合适的结构构件进行设计来满足规范要求。现阶段来讲,综合成本因素以及开发商的顾虑偏好问题,开发商还是更倾向于仅做水平构件。但是常规的设计方案已经较难实现该目标。当设计需要做预制竖向结构构件时,按照国标及省标规定,山东省内对结构构件的预制率并无强制要求,仅对单体装配率的结构得分做出要求。因此通常情况下,仅做预制内柱或预制内墙即可解决问题,由此可以规避预制外柱尤其是预制外墙的一系列困难。下面具体分析各种结构装配方案的具体优缺点。
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平面布置标准化
及节点标准化
平面布置标准化及节点标准化是装配式建筑评分表的得分内容,但其同时也是影响装配式结构经济性的主要因素之一。
建筑方案的模数化是结构平面布置标准化的天然有利因素,因此结构专业需在方案阶段介入,选择合适的结构单体进行装配式设计。其次,结构专业应与建筑、设备、精装等各专业协调,进行建筑、设备、精装等一体化设计。也就是需要综合考虑建筑平面布置、立面形式,设备洞口,精装点位等各专业要求。
上图为我集团《历城区彩石高中项目7号学生公寓》,建筑方案为模数化的宿舍单元以及对应的走廊单元,同时设备及精装走线均由吊顶解决,因此结构的装配式模数化就很容易实现,为后续结构拆分的模数化提供了有利基础。
1、结构构件拆分的模数化
具体到结构专业本身,平面布置标准化及节点的标准化,核心思路就是结构构件拆分的模数化。拆分的要点就是:少规格、多组合,目的是减少模具种类、多次重复利用,提高经济性。
目前模具的价格约1万/吨,模具数量的减少可以直观显著的降低实际造价。
2、结构布置的合理性
其次,应保证结构受力合理,确定适合的装配方案、选择合理的接缝位置、简化节点构造。应选择受力较小部位作为接缝(如山墙中部、分户墙中部等,以及边缘构件的位置),且连接节点形式简单、受力可靠。
预制墙板连接方案:建议程度★>☆;○为不建议
选择合适的连接节点,建议如下:
竖向连接——套筒灌浆、浆锚搭接等
套筒连接的套筒类型一般有全套筒灌浆或半套筒灌浆两种形式,全套筒灌浆因为接头尺寸较大,不利于安装,易出现灌浆不满、不实等质量问题,不建议使用。建议采用半套筒灌浆,其接头尺寸较小,便于安装;灌浆质量容易保证,但需加强预制端直螺纹的套丝加工质量。
浆锚搭接相对套筒连接成本降低,但浆锚搭接适用范围有限:
浆锚搭接一般用于抗剪连接,连接钢筋仅作为抗剪用,根据水平接缝抗剪承载力验算确定。
浆锚搭接不能用于直接承受动力荷载。
钢筋直径>20mm时,不宜采用浆锚搭接。
房屋高度>12m或超过3层时,不宜采用。
竖向连接的结构构造以实现套筒排布的标准化要求为目标,建议采用大直径梅花形错开布置,方便施工。
水平连接——满足箍筋的搭接长度要求
因预留U型筋的搭接长度最短,使得后浇段范围最小,工程上最为常用,建议采用。
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装配式施工的合理经济性问题
1、取消预制板底出筋问题
预制板底出筋,通俗称为胡子筋,以下均按胡子筋。带胡子筋的预制楼板的安装问题已经是制约预制建筑施工工期的主要因素之一。关于取消胡子筋的问题,《装配式混凝土建筑技术标准》GBT51231-2016规定,当叠合层厚度不小于100mm且不小于预制板厚的1.5倍时,支承端纵向钢筋可采用搭接方式锚入支承梁或墙中。也就是说,《装配式混凝土建筑技术标准》规定,如果不出胡子筋,需要现浇层做到100mm,且不小于1.5倍预制层厚度。按山东地区的常规的60mm厚桁架钢筋混凝土叠合板来说,需要现浇层做到100mm,这样整体板厚度就达到了160mm,自重及钢筋用量大,对层高影响较大,综合考虑代价偏大,因此我们在设计时,依然会保留胡子筋。
而实际上,《装配式混凝土连接节点构造》标准设计图集15G310-1 中,有明确的取消胡子筋的做法要求(详下图)。但因为图集不能作为设计的直接依据,因此设计时对于该图集的使用依然存在较大顾虑。
由华润牵头并委托清华大学及中国建研院参与研究的《支座不出筋的叠合楼板-剪力墙体系抗震性能研究》,对支座附加钢筋进行了系统的实验研究。最终在六月份正式发行的《钢筋桁架叠合板应用技术规程》T/CECS 715-2020给出了具体规定,“叠合层厚度不小于75mm且不小于预制板厚度的1.3倍时,板底纵筋可不伸入支座,可采用支座附加钢筋的形式”。具体节点要求如下:
因此,设计时不出胡子筋也就有了具体的规范依据。根据规定,对常规的60mm厚桁架钢筋混凝土叠合板来说,现浇层厚度为max(75mm;1.3x60=78mm),整体板厚可按140mm取值。相比原来的60+70的板厚仅仅只增加了10mm。成本上仅增加了10mm的现浇混凝土及额外的附加钢筋,楼层净高相应压低了10mm。但对现场工期来说,取消胡子筋厚,每层工期大约节省2天左右,综合成本应该是显著降低的。
2、生产运输安装问题
适宜构件厂生产和运输构件尺寸、形状等满足生产设备和工艺要求,且便于运输。通常生产运输遇到的困难不多,现场起吊问题是直接影响施工工期及成本的更直接的问题。
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写在最后
综上所述,结构专业应正确理解利用政策规范,在方案前期有效介入,同各专业协同,设计时尽可能的提高平面布置标准化及节点标准化程度,并且综合考虑生产施工等因素,如此才能有效提高整个装配式建筑的经济性。
以上分析是对装配式建筑的结构经济性问题的一点总结思考,希望对其他设计同事有所启发。
审核:马彬亚