不同預(yù)制構(gòu)件對裝配式建筑造價影響研究*

戴世瑋， 朱杰江

(上海大學(xué) 土木工程系，上海 200072)

2017年末，住建部發(fā)布的《裝配式建筑評價標(biāo)準(zhǔn)》意味著裝配式建筑有了量化科學(xué)的考核標(biāo)準(zhǔn).裝配式建筑的建設(shè)成本比傳統(tǒng)現(xiàn)澆建筑的建設(shè)成本[1]高很多 ，探究如何降低裝配式造價的問題成了關(guān)鍵.研究表明，PC構(gòu)件項目是導(dǎo)致裝配式建筑造價偏高的主因[2]，不同種類的預(yù)制構(gòu)件會對整體造價產(chǎn)生不同的影響[3].因此，研究PC構(gòu)件與現(xiàn)澆構(gòu)件的成本造價差異，對降低裝配式建筑造價有重要意義.本文通過建立預(yù)制構(gòu)件模型，對比裝配式建筑與現(xiàn)澆式建筑中柱、梁、板、墻四大承重構(gòu)件的成本增量[4]、預(yù)制構(gòu)件性價比、工日比等經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，研究不同預(yù)制構(gòu)件組合對成本造價的影響，為選擇合理的組合方案提供參考.

1 結(jié)構(gòu)設(shè)計與建模

首先利用PKPM軟件對柱、梁、板、墻四種構(gòu)件的現(xiàn)澆與裝配式模型進(jìn)行建模及內(nèi)力和配筋計算，根據(jù)計算結(jié)果設(shè)計預(yù)制構(gòu)件施工方案.分類情況見表1.

表1 模型分類表

模型設(shè)計方案如下：樓板采用3.6 m×4.8 m的小跨度板和6.6 m×6.9 m的大跨度板，現(xiàn)澆板板厚為110 mm和170 mm.疊合板選取底板型號為DBS1-67-3624-22的板拼接，底板厚度為60 mm，后澆板厚度70 mm.小跨度鋼筋桁架樓層板現(xiàn)澆部分的板厚為110 mm.大跨度疊合板與板之間留有300 mm 的縫,底板厚80 mm，現(xiàn)澆部分厚90 mm.梁按長度分為大跨度梁與小跨度梁兩類.大跨度梁200 mm×550 mm，長度為6.6 m.其中后澆梁部分170 mm.小跨度梁200 mm×400 mm，長度4.8 m，后澆梁部分130 mm.柱模型采用三層框架結(jié)構(gòu)，如圖1所示.層高3 m，取二層中柱分析.現(xiàn)澆框架梁尺寸200 mm×400 mm，柱尺寸400 mm×400 mm.樓板現(xiàn)澆，板厚為110 mm.混凝土剪力墻墻身總長3.8 m，如圖2所示.層高3.0 m，墻厚200 mm，不考慮保溫層.預(yù)制墻中2 300 mm為預(yù)制，余下部分現(xiàn)澆.混凝土材料等級強(qiáng)度為C30，所有鋼筋、箍筋均采用HRB400.以上模型結(jié)構(gòu)圖均依據(jù)pkpm計算后配筋得到，滿足相應(yīng)受力性能.

2 裝配式建筑預(yù)制構(gòu)件的造價分析

裝配式建筑整體造價高于傳統(tǒng)現(xiàn)澆式建筑造價，主要來源于土建工程中預(yù)制構(gòu)件部分，因此需要對預(yù)制構(gòu)件的成本造價與裝配率的關(guān)系做進(jìn)一步分析，合理的選擇預(yù)制構(gòu)件能夠有效降低裝配式建筑造價.

2.1 裝配率的計算方法

柱、承重墻等主體結(jié)構(gòu)豎向構(gòu)件中預(yù)制部品部件的應(yīng)用比例q1a=V1a/V,式中：q1a為柱、承重墻等主體結(jié)構(gòu)豎向構(gòu)件中預(yù)制部件的應(yīng)用比例；V1a為柱、承重墻等主體結(jié)構(gòu)豎向構(gòu)件預(yù)制混凝土體積之和，單位m3；V為柱、承重墻等主體結(jié)構(gòu)豎向構(gòu)件混凝土體積之和，單位m3.梁、板等構(gòu)件中預(yù)制部品部件的應(yīng)用比例q1b=A1b/A,式中：q1b為梁、板等構(gòu)件中預(yù)制部品部件的應(yīng)用比例；A1b為各樓層中預(yù)制裝配梁、板等構(gòu)件的水平投影面積之和，單位m2；A為各樓層建筑平面總面積，單位m2.

由表2可知，裝配率的衡量標(biāo)準(zhǔn)中主體結(jié)構(gòu)指標(biāo)與圍護(hù)墻和內(nèi)墻指標(biāo)滿分總和高達(dá)70分，其中柱、支撐、承重墻、延性墻板等豎向構(gòu)件在評分中所占的分值最高達(dá)30分，是裝配式建筑評分標(biāo)準(zhǔn)中較重要的影響因素.通過評價要求可以看出，預(yù)制部品部件的應(yīng)用比例(以下簡稱“預(yù)制比例”)越大，則裝配式建筑的得分越高.

表2 裝配式建筑評分表

2.2 預(yù)制構(gòu)件與現(xiàn)澆構(gòu)件造價的對比分析

依據(jù)《2013建設(shè)工程工程量清單計價規(guī)范》和 《裝配式建筑工程消耗量定額20161019》，市場綜合單價，求得成本造價表(表3)及成本增量圖(圖3)，然后分析了預(yù)制構(gòu)件的成本增量ΔP(元/m2)及工日變化的現(xiàn)象及原因.ΔP為預(yù)制構(gòu)件與現(xiàn)澆構(gòu)件成本造價的差值.

表3 成本造價表

由表3及圖3可知，不同建筑部位采用預(yù)制構(gòu)件引發(fā)的成本增量ΔP差異很大.預(yù)制墻的ΔP值最大，ΔP=261.39元/m2，其次是大跨度疊合板，ΔP=250.39元/m2.成本增量最小的情況為雙葉疊合墻，ΔP=74.48元/m2.從構(gòu)件類別角度分析，除了小跨桁架板的情況以外，其他種類疊合板的成本增量均增大很多.而當(dāng)墻構(gòu)件采用裝配式形式時，預(yù)制墻與雙葉疊合墻兩種預(yù)制形式在成本增量上有很大不同，其中前者的成本增量為后者的近4倍.而在柱、梁構(gòu)件采用裝配式形式時，ΔP增長幅度較為平穩(wěn).

在衡量預(yù)制構(gòu)件對裝配式建筑造價影響時，并不能僅從成本增量來分析.裝配式結(jié)構(gòu)靈活性更高[5]且大大節(jié)省了工期.因此需要進(jìn)一步分析預(yù)制構(gòu)件較現(xiàn)澆構(gòu)件的各項經(jīng)濟(jì)指標(biāo)比值及預(yù)制構(gòu)件比例性價比，如表4和圖4所示.其中，預(yù)制構(gòu)件性價比是指每一預(yù)制部品部件比例百分點所對應(yīng)的單位造價成本.

如圖4和表4所示，雙葉疊合墻的成本造價比與單方造價比均最低，分別為1.17和1.11.其次是小跨度疊合梁、大跨度疊合梁與預(yù)制柱，分別為1.54、1.58和1.2.成本造價比最高的是大跨度疊合樓板，為2.17.同時，在采用雙葉疊合墻構(gòu)件與疊合板構(gòu)件時，工日節(jié)省了近一半.從預(yù)制構(gòu)件性價比分析可知，雙葉疊合墻、預(yù)制柱和小跨度鋼筋桁架板三種構(gòu)件的性價比最好，分別為4.28、3.01和2.5.大跨度疊合板的性價比最差，僅為0.79.

表4 預(yù)制構(gòu)件較現(xiàn)澆構(gòu)件的各項經(jīng)濟(jì)指標(biāo)表

造成上述現(xiàn)象主要是由于預(yù)制樓板雖然工期提前36%～46%，但因板體積較大，從生產(chǎn)工廠運到施工現(xiàn)場時的費用增高，同時傳統(tǒng)塔吊等機(jī)械無法滿足疊合板的組裝，大型機(jī)械的個性化需求使機(jī)械費用有所增加.在組裝過程中，樓板接縫的處理費用會更大，而疊合梁、預(yù)制柱在預(yù)制工廠內(nèi)生產(chǎn)，其規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)[6]較為統(tǒng)一，現(xiàn)場吊裝精準(zhǔn)度[7]提升，帶來的工期效益[8]約為12元/m2，造價效果較明顯.綜合考慮成本增量、預(yù)制構(gòu)件性價比、工日比等經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，得出以下結(jié)論：(1) 相比現(xiàn)澆構(gòu)件，疊合板造價增加最多，增長幅度接近 2 倍；其次為預(yù)制墻，增長幅度接近1.5倍，應(yīng)當(dāng)避免.(2) 墻體構(gòu)件中，雙葉疊合墻造價增量較小，預(yù)制構(gòu)件性價比優(yōu)秀，使用它作為預(yù)制構(gòu)件時可以在滿足裝配率的情況下使成本造價較低，具有很高的效益.(3) 構(gòu)件梁、柱在采用預(yù)制形式時，成本增量相對優(yōu)秀且預(yù)制構(gòu)件性價比較低，在滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計的情況下可以適當(dāng)選用.

3 工程實例驗證

本部分以沈陽市洪匯園公租房項目7號樓為例[9]，樓房共17層，1～3層為現(xiàn)澆式設(shè)計，4～17層為裝配整體式設(shè)計(建筑面積為6 483.2 m2).依據(jù)投標(biāo)文件及圖紙，針對裝配式施工[8]和現(xiàn)澆式施工兩種施工工藝分別進(jìn)行4～17層的成本核算及優(yōu)化，得到表5.其中每一種施工方式的造價計算均只討論土建工程部分中現(xiàn)澆鋼筋混凝土和PC構(gòu)件安裝項目.

按照此工程項目實際情況分別討論了裝配率為20%、40%、60%情況下不同預(yù)制構(gòu)件組合時的造價.在裝配率為20%左右時，提高疊合梁預(yù)制構(gòu)件用量后的成本造價由583.96元/m2降低至543.14元/m2.在裝配率為40%時，分別給出了三種優(yōu)化方案.其中采用雙葉疊合墻與預(yù)制柱構(gòu)件組合時，效果最佳，成本造價由717.08元/m2降至534.4元/m2，下降幅度約25%.其他兩種優(yōu)化方案與優(yōu)化前相比，成本造價均降低.當(dāng)裝配率為60%時，采用雙葉疊合墻與預(yù)制柱構(gòu)件的組合使造價成本由842.37元/m2下降至569.61元/m2.雙葉疊合墻、預(yù)制柱、疊合樓板與疊合梁混合構(gòu)件組合時造價成本為641.03元/m2,且裝配率有所提高，所以此種組合方案也可以采納.通過上述對比分析，計算出來的優(yōu)化情況與所得結(jié)論一致.

表5 沈陽市洪匯園公租房項目7號樓4～17層成本分析

4 結(jié) 論

(1) 與現(xiàn)澆構(gòu)件相比，疊合板造價增加最多，增長幅度接近2倍；其次為預(yù)制墻，增長幅度接近1.5倍，應(yīng)當(dāng)避免.雙葉疊合墻的成本造價最低，預(yù)制柱、疊合梁的經(jīng)濟(jì)效果相對優(yōu)秀.因此在同等裝配率情況下，應(yīng)當(dāng)盡量減少疊合板、預(yù)制柱的使用，增加雙葉疊合墻的應(yīng)用.(2) 在采取組合式預(yù)制構(gòu)件的情況下，由于雙葉疊合墻造價增量較小，預(yù)制構(gòu)件性價比優(yōu)秀，因此盡量地多采用疊合墻與預(yù)制梁或預(yù)制柱相結(jié)合的組合方式，可以有效降低裝配式建筑的成本，與現(xiàn)澆式相比成本造價僅增加20%左右.(3) 為了增加評價分值，提高裝配率的標(biāo)準(zhǔn)，可在梁、板等構(gòu)件滿足規(guī)范中裝配式建筑評分表里最低評分標(biāo)準(zhǔn)的情況下，優(yōu)先增大豎向預(yù)制柱及疊合墻構(gòu)件的預(yù)制部品部件比例，使得造價較優(yōu)且裝配式建筑評分也較高.

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