裝配整體式剪力墻結(jié)構(gòu)預(yù)制率對成本的影響

陳杰穎, 黃喜兵

(西南交通大學(xué)土木工程學(xué)院, 四川成都 610031)

隨著我國經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展以及節(jié)能低碳環(huán)保理念深入人心，粗放式的高耗能的建造方式已不再適應(yīng)市場發(fā)展要求，集約化、專業(yè)化、產(chǎn)業(yè)化、低碳化是必然的發(fā)展方向。

近年來，伴隨我國城鎮(zhèn)化和城市現(xiàn)代化進(jìn)程的快速發(fā)展，能源與環(huán)境問題日益突出，大力推廣裝配式建筑成為建筑業(yè)轉(zhuǎn)型升級的重要抓手[4]。住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部發(fā)布的《“十三五”裝配式建筑行動方案》中指出:“到2020年，全國裝配式建筑占新建建筑的比例達(dá)到15 %以上，其中重點(diǎn)推進(jìn)地區(qū)達(dá)到20 %以上，積極推進(jìn)地區(qū)達(dá)到15 %以上，鼓勵推進(jìn)地區(qū)達(dá)到10 %以上”。建立健全裝配式建筑的標(biāo)準(zhǔn)體系，對于全面提升裝配式建筑質(zhì)量、效益和品質(zhì)，實(shí)現(xiàn)裝配式建筑全面發(fā)展具有重要意義。政策的提出在國家層面上明確了裝配式建筑的發(fā)展目標(biāo)，同時，各級地方政府也積極引導(dǎo)，根據(jù)各地區(qū)的發(fā)展現(xiàn)狀因地制宜的探索裝配式建筑的發(fā)展政策，并以示范城市和項(xiàng)目為引導(dǎo)，各地區(qū)的裝配式建筑呈現(xiàn)規(guī)?；陌l(fā)展態(tài)勢[1]。但目前裝配式建筑的發(fā)展始終無法逾越“成本”的因素。本文將以一家地產(chǎn)公司的標(biāo)準(zhǔn)樓型產(chǎn)品為對象，結(jié)合不同的裝配方案，基于加權(quán)平均法對不同方案的建造成本進(jìn)行對比與分析，旨在揭示不同預(yù)制率與成本的關(guān)系，再對預(yù)制方案按照不同的豎向預(yù)制構(gòu)件進(jìn)行分類，從而對裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)預(yù)制率對成本的影響進(jìn)行研究。

1 案例分析

1.1 工程概況

本文的研究對象1#棟為某地產(chǎn)公司高層住宅標(biāo)準(zhǔn)戶型產(chǎn)品(圖1)，建筑總面積為28 884.86 m2，地上建筑面積26 659.83 m2，地下建筑面積為2 225.03 m2，設(shè)計(jì)標(biāo)高±0.000相當(dāng)于72.100。地上31層，地下2層，建筑屋面標(biāo)高93.900 m，地下二層3.900 m和地下一層為5.200 m，一層高3.900 m標(biāo)準(zhǔn)層為3.000 m,項(xiàng)目位于6度抗震設(shè)防區(qū)，設(shè)計(jì)基本地震加速度0.05g，結(jié)構(gòu)采用裝配整體式剪力墻結(jié)構(gòu)體系，剪力墻抗震等級為三級。

1.2 預(yù)制率的計(jì)算方法

裝配式建筑的評價標(biāo)準(zhǔn)作為標(biāo)準(zhǔn)體系的重要組成部分，是裝配式建筑健康推動、質(zhì)量把控的重要保障之一，其中預(yù)制率是評價裝配式建筑的重要指標(biāo)，也是政府制定裝配式建筑扶持政策的主要依據(jù)[2]。上海市在2016年7月發(fā)布了《關(guān)于本市裝配式建筑單體預(yù)制率和裝配率計(jì)算細(xì)則(試行)的通知》，規(guī)范了上海市裝配式建筑單體預(yù)制率和裝配率的計(jì)算方法[8]。其中單體預(yù)制率是 指混凝土結(jié)構(gòu)、鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)、木結(jié)構(gòu)等結(jié)構(gòu)類型的裝配式建筑±0.000以上主體結(jié)構(gòu)和圍護(hù)結(jié)構(gòu)中預(yù)制構(gòu)件部分的材料用量占對應(yīng)構(gòu)件材料總用量的比率。

上海計(jì)算細(xì)則中給出2個計(jì)算單體預(yù)制率的方法，其中混凝土結(jié)構(gòu)可按照方法1或方法2進(jìn)行計(jì)算，鋼結(jié)構(gòu)、鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)、竹木結(jié)構(gòu)可按方法2進(jìn)行計(jì)算。

方法 1 的計(jì)算公式為:

建筑單體預(yù)制率=

方法 2 的計(jì)算公式為：

建筑單體預(yù)制率 = ∑(構(gòu)件權(quán)重 × 修正系數(shù)×預(yù)制構(gòu)件比例)× 100%

本文案例為混凝土結(jié)構(gòu)，將通過方法1進(jìn)行預(yù)制率的計(jì)算。預(yù)制率計(jì)算結(jié)果見表1。

可知預(yù)制率貢獻(xiàn)度預(yù)制剪力墻外墻>預(yù)制剪力墻內(nèi)墻>預(yù)制疊合板>預(yù)制非承重墻>預(yù)制疊合梁>預(yù)制樓梯。

1.3 成本的計(jì)算方法

針對不同類型、各個型號的預(yù)制構(gòu)件的成本核算問題，本文使用加權(quán)平均法求得不同構(gòu)件的平均價格。

構(gòu)件的成本計(jì)量包含：“直接費(fèi)”(包含：材料費(fèi)、人工及機(jī)械、措施費(fèi))、“綜合管理費(fèi)”、“利潤”和“營業(yè)稅”四大部分[3]。數(shù)據(jù)來源于本項(xiàng)目的實(shí)際清單，其中：

圖1 標(biāo)準(zhǔn)層平面

表1 各構(gòu)件預(yù)制率

直接費(fèi)=材料費(fèi)+人工及機(jī)械+措施費(fèi)

綜合管理費(fèi)=直接費(fèi)×14%

利潤=(直接費(fèi)+綜合管理費(fèi))×6%

營業(yè)稅=(直接費(fèi)+綜合管理費(fèi)+利潤)×13%

按照此種計(jì)算公式，一塊同型號的同種構(gòu)件最終價格為：

構(gòu)件價格=直接費(fèi)+綜合管理費(fèi)+利潤+營業(yè)稅

根據(jù)構(gòu)件設(shè)計(jì)的材料，和單塊用量的理論消耗量，以及材料的單價，進(jìn)行材料費(fèi)的計(jì)算。然后對其“人工及機(jī)械費(fèi)”和“措施費(fèi)”進(jìn)行測算。并將得出的構(gòu)件價格于現(xiàn)澆構(gòu)架單價進(jìn)行對比，得到相對于傳統(tǒng)施工的單平方米建造成本差異。計(jì)算結(jié)果見表2。

表2 各構(gòu)件與現(xiàn)澆構(gòu)件的成本差異

1.4 不同方案預(yù)制率對成本的影響

本項(xiàng)目將分為5個方案：

方案A完全按照傳統(tǒng)現(xiàn)澆建造方式：使用主體結(jié)構(gòu)現(xiàn)澆、砌體填充墻。

方案B主要考慮水平構(gòu)件預(yù)制，預(yù)制的構(gòu)件類型包含預(yù)制疊合板、樓梯、疊合梁。

方案C在方案B水平構(gòu)件預(yù)制的基礎(chǔ)上，預(yù)制構(gòu)件增加預(yù)制非承重墻。

方案D在方案C的基礎(chǔ)上，預(yù)制構(gòu)件增加預(yù)制剪力墻內(nèi)墻。

方案E在方案D的基礎(chǔ)上，增大剪力墻預(yù)制的程度，預(yù)制構(gòu)件增加預(yù)制剪力墻外墻。

根據(jù)不同拆分方案計(jì)算生產(chǎn)全成本，不同方案較之傳統(tǒng)方案(方案A)的單位建筑面積成本增量如表3所示、折線圖如圖2所示。

表3 不同預(yù)制方案的單方成本差值

圖2 各預(yù)制方案單方成本差值折線

出于經(jīng)濟(jì)性考慮，假設(shè)僅需滿足所在地區(qū)預(yù)制率10 %～20 %的要求，應(yīng)盡可能預(yù)制水平構(gòu)件，含疊合板、樓梯、疊合梁；如預(yù)制率需達(dá)20 %以上，還應(yīng)預(yù)制剪力墻。

折線顯示的變化趨勢是：預(yù)制率升高，成本增高，但增加的幅度在不同區(qū)間內(nèi)是有差異的[6]。

方案A至方案B斜率最小，顯示出該區(qū)間由成本增量提升的預(yù)制率最高(獲得預(yù)制率的顯著提升)，說明不要求預(yù)制豎向構(gòu)件的情況下，僅預(yù)制水平構(gòu)件得到的性價比是最高的；方案B至方案C的斜率相對于A至B斜率有所上升，但是由于增加了非承重墻，預(yù)制率得到較大提升；急劇的成本增加發(fā)生在方案C和E之間,預(yù)制剪力墻的在獲得高預(yù)制率的同時，成本也快速增加。

1.5 裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)預(yù)制率對成本的影響

選用裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行預(yù)制構(gòu)件的方案組合，將只含有預(yù)制剪力墻外墻作為豎向構(gòu)件的預(yù)制方式為方案A；只含有預(yù)制剪力墻內(nèi)墻作為豎向構(gòu)件的預(yù)制方式為方案B；同時含有剪力墻外墻與內(nèi)墻作為豎向構(gòu)件的預(yù)制方式為方案C(表4)。

表4 裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)預(yù)制方案

從表4可知裝配率剪力墻結(jié)構(gòu)的預(yù)制率均大于15 %，預(yù)制方案中加入預(yù)制剪力墻可大大提高預(yù)制率。當(dāng)只選用預(yù)制剪力墻外墻做承重構(gòu)件時，預(yù)制率都能達(dá)到20 %；當(dāng)只選用預(yù)制剪力墻內(nèi)墻時，部分預(yù)制方案達(dá)不到20 %；當(dāng)兩種剪力墻都選用時，預(yù)制率都可達(dá)28 %。將表格繪制成散點(diǎn)圖(圖3)。

圖3 裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)方案散點(diǎn)

方案ABC其差別在于預(yù)制豎向構(gòu)件的不同，可以看出方案A和方案B預(yù)制率整體較低，方案A預(yù)制率略高于方案B，這是由于預(yù)制剪力墻外墻的預(yù)制率高于預(yù)制剪力墻內(nèi)墻所致，方案C的預(yù)制率最高，但是方案整體的預(yù)制率越高，成本相對也越高；同一個預(yù)制方案內(nèi)，以方案B為例，隨著預(yù)制率的不斷增加，相對于傳統(tǒng)施工的預(yù)制率增加，相對于傳統(tǒng)施工的單方成本增量呈波浪形高低變化，也就是說成本與預(yù)制率的關(guān)系并不是呈正比，由于預(yù)制樓梯的產(chǎn)業(yè)化成本相對于傳統(tǒng)施工有所降低，所以凡是使用了預(yù)制樓梯的方案，其經(jīng)濟(jì)性較好，同時又提高了建筑整體的預(yù)制率；通過對散點(diǎn)圖的仔細(xì)對比，還有一個明顯的規(guī)律：在預(yù)制方案A、B、C內(nèi)，都存在一個預(yù)制率相對較高(同預(yù)制方案內(nèi)排名第三)，而單方成本相對較低(同預(yù)制方案內(nèi)單方成本倒數(shù)第五低)的點(diǎn)：方案 B中預(yù)制率為25.94 %時、方案A中預(yù)制率為34.48 %時、方案C中預(yù)制率為43.44 %時[5]。他們的構(gòu)件組成中都含有3、5、6，即預(yù)制疊合板、預(yù)制樓梯、預(yù)制非承重墻，這說明當(dāng)預(yù)制疊合樓板、預(yù)制樓梯和預(yù)制非承重墻一起組合應(yīng)用時，其預(yù)制率的貢獻(xiàn)程度不僅相對較高，而且他們的成本相對控制得較好，換言之，僅考慮成本目標(biāo)的時候，這三種構(gòu)件同時使用性價比最高。

圖4是各方案單方成本差值與預(yù)制率的比值，反映的是一個百分點(diǎn)預(yù)制率所產(chǎn)生的單方成本差值。方案A折線圖處于圖中的最下方，說明方案A每增加一個百分點(diǎn)預(yù)制率所付出的成本是最少的，可知在預(yù)制裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)中只預(yù)制剪力墻外墻是最經(jīng)濟(jì)的方式；方案B和方案C折線圖出現(xiàn)相互交替相交情況，但是方案C相較于方案B更趨于穩(wěn)定，與方案B相比選用方案C可避免方案成本出現(xiàn)跳躍性變化，且方案A、B、C在第二點(diǎn)都出現(xiàn)在各自方案中的最大值，即構(gòu)件1+4、2+4、1+2+4(預(yù)制剪力墻外墻+預(yù)制疊合梁、預(yù)制剪力墻內(nèi)墻+預(yù)制疊合梁、預(yù)制剪力墻外墻+預(yù)制剪力墻內(nèi)墻+預(yù)制疊合梁)方案，此方案是最不經(jīng)濟(jì)的方案。

圖4 各方案單方成本差值與預(yù)制率的比值折線

2 結(jié)論

我國建筑業(yè)已經(jīng)進(jìn)入轉(zhuǎn)型升級的重要階段，裝配式建筑是建筑業(yè)發(fā)展的必然趨勢[7]。本文首先通過一棟以裝配式剪力墻為結(jié)構(gòu)的高層住宅樓的預(yù)制率與成本的測算，對不同方案的建造全成本進(jìn)行對比與分析。

2.1 預(yù)制率的控制

(1)預(yù)制率貢獻(xiàn)度預(yù)制剪力墻外墻>預(yù)制剪力墻內(nèi)墻>預(yù)制疊合板>預(yù)制非承重墻>預(yù)制疊合梁>預(yù)制樓梯；

(2)處于經(jīng)濟(jì)考慮可盡量預(yù)制水平構(gòu)件；

(3)增加剪力墻的預(yù)制可大幅度增大預(yù)制率。然后制定以預(yù)制剪力墻為豎向構(gòu)件預(yù)制方案。

2.2 成本的控制

探究裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)預(yù)制率對成本的影響。

(1)預(yù)制剪力墻外墻比內(nèi)墻得到的收益更高；

(2)在裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)中增加疊合板、樓梯、非承重墻的預(yù)制，即保證了預(yù)制率，也不會使成本大幅度提高。