高烈度區(qū)高層辦公樓裝配式方案優(yōu)選

鄒展宇 劉翔

深圳市華陽(yáng)國(guó)際工程設(shè)計(jì)股份有限公司廣州分公司

面對(duì)傳統(tǒng)建筑業(yè)存在的低技術(shù)、多能耗、高污染、占用人工等問(wèn)題，國(guó)家提出了新型建筑工業(yè)化[1]，并于2016年發(fā)布了《國(guó)務(wù)院辦公廳關(guān)于大力發(fā)展裝配式建筑的指導(dǎo)意見》（國(guó)發(fā)辦〔2016〕71號(hào)）。

作為城市名片的高層辦公樓由于功能空間復(fù)雜多變，加之追求別具一格的造型，很難采用對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化要求較高的裝配式混凝土結(jié)構(gòu)（其更適用于平面簡(jiǎn)單、標(biāo)準(zhǔn)化程度高的住宅建筑[2]）。而鋼結(jié)構(gòu)（組合結(jié)構(gòu)）相比混凝土結(jié)構(gòu)，具有自重較輕、抗震性能好等優(yōu)點(diǎn)。特別是在海南這個(gè)位處地震烈度高的區(qū)域，鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)更加明顯。所以海南省政府在2017年發(fā)布了《關(guān)于大力發(fā)展裝配式建筑的實(shí)施意見》（瓊府〔2017〕100號(hào)），提出在單體建筑面積超過(guò)2萬(wàn)m2的大型公共建筑的建造中，優(yōu)先采用裝配式鋼結(jié)構(gòu)。但從土建成本來(lái)說(shuō)，鋼結(jié)構(gòu)比現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)造價(jià)更高，同時(shí)海南位處臺(tái)風(fēng)頻遇地區(qū)，鋼結(jié)構(gòu)需要付出更大的經(jīng)濟(jì)代價(jià)才可滿足房屋舒適度的要求。

本文以海南生態(tài)智慧新城高層辦公樓為例，根據(jù)其地域及造型特點(diǎn)，創(chuàng)新性地提出了一種新型裝配式組合結(jié)構(gòu)體系，實(shí)現(xiàn)裝配式建筑對(duì)于結(jié)構(gòu)部分得分不低于20分的要求。該結(jié)構(gòu)體系受力可靠、施工方便，與傳統(tǒng)現(xiàn)澆相比，土建工期接近，造價(jià)增加較少，可廣泛應(yīng)用于地震、臺(tái)風(fēng)頻發(fā)及地震力較大的區(qū)域，能有效推動(dòng)裝配式尤其是預(yù)制豎向構(gòu)件的發(fā)展，同時(shí)為高層裝配式辦公建筑提供良好的示范案例。

1 項(xiàng)目概況

海南生態(tài)智慧新城C-01-02地塊產(chǎn)業(yè)項(xiàng)目位于海南省五指山市，屬于地震、臺(tái)風(fēng)頻發(fā)及地震力較大的區(qū)域。地塊用地面積約5萬(wàn)m2，總建筑面積20萬(wàn)m2。項(xiàng)目由五棟高層辦公樓和附屬建筑及地下空間組成，其中三棟塔樓約100m高，兩棟約80m高（圖1，2），土地出讓條件要求五棟高層辦公樓均采用裝配式建造方式。

1 海南生態(tài)智慧新城方案總平面圖

2 海南生態(tài)智慧新城模型效果圖

1.1 整體設(shè)計(jì)理念

本項(xiàng)目作為海南生態(tài)智慧新城的核心，為橫跨五座塔樓的科技和金融產(chǎn)業(yè)提供了甲級(jí)辦公空間、商業(yè)空間和餐飲空間。形象設(shè)計(jì)是生態(tài)智慧新城的心臟，類似“海南之心”五指山的五棟塔樓代表了“生態(tài)”的概念。同山一樣，塔樓在空中花園和屋頂都種有綠植?！爸腔邸钡母拍铙w現(xiàn)在數(shù)字技術(shù)，它被表示為構(gòu)成塔樓、零售和景觀設(shè)計(jì)的數(shù)碼化像素。在塔樓二與塔樓三之間是一座連接橋，成為通往生態(tài)智慧城市和博物館公園的門戶。

1.2 功能布局原則

五棟塔樓被分為三個(gè)類別，以提供不同的銷售與租賃策略。塔樓一和塔樓三為甲級(jí)寫字樓，可以單間出租或多間出租，偏心筒提供了更多面向博物館公園的空間。塔樓二為地標(biāo)性寫字樓，是最高的塔樓，在西側(cè)擁有多層通高的空中花園。塔樓四和塔樓五為次甲級(jí)寫字樓，可以作為多租戶寫字樓出租。如圖3所示，塔樓四的標(biāo)準(zhǔn)層存在核心筒偏置，同時(shí)因?yàn)橥饬⒚嬖煨偷囊?，平面外圈較為復(fù)雜多變，不存在相同輪廓的樓層。

2 裝配式方案比選

2.1 評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)解讀

《裝配式建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》（GB／T51129-2017，簡(jiǎn)稱《標(biāo)準(zhǔn)》）出臺(tái)后，海南省以其為基礎(chǔ)，依據(jù)地方特色發(fā)布了關(guān)于印發(fā)《海南省裝配式建筑裝配率計(jì)算規(guī)則》瓊建科〔2018〕70號(hào)的通知（簡(jiǎn)稱《計(jì)算規(guī)則》）。根據(jù)《計(jì)算規(guī)則》，裝配率計(jì)算公式為P=（Q1+Q2+Q3+Qt）/（100-Q4）×100%。其中裝配率P不低于50%且需同時(shí)滿足相應(yīng)規(guī)定項(xiàng)的最低得分才可認(rèn)定為裝配式建筑。本項(xiàng)目屬于辦公建筑，建筑功能無(wú)廚房一項(xiàng)，根據(jù)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的要求，可以在裝配率計(jì)算的分母中扣除“集成廚房”的6分，即Q4。按50%的裝配率計(jì)算，47分即可滿足裝配式建筑的最低要求。

由《標(biāo)準(zhǔn)》可知，一棟建筑的裝配率主要由主體結(jié)構(gòu)、圍護(hù)墻和內(nèi)隔墻、裝修和設(shè)備管線及其他項(xiàng)組成。其中主體結(jié)構(gòu)最低要求20分，圍護(hù)墻和內(nèi)隔墻最低要求10分，全裝修為必選項(xiàng)，其他項(xiàng)可以根據(jù)項(xiàng)目特點(diǎn)采用。主體結(jié)構(gòu)得分在體系上可選擇預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)、鋼混組合結(jié)構(gòu)等結(jié)構(gòu)體系。不同體系中也可選擇水平構(gòu)件、豎向構(gòu)件等預(yù)制構(gòu)件。不同結(jié)構(gòu)方案對(duì)工程造價(jià)、施工難度、施工工期、施工方案等都存在不同程度的影響。根據(jù)本項(xiàng)目特點(diǎn)和難點(diǎn)分析，影響最大的選項(xiàng)是主體結(jié)構(gòu)，所以本文對(duì)不同裝配式方案的主體結(jié)構(gòu)進(jìn)行適當(dāng)?shù)谋容^分析，推導(dǎo)出優(yōu)選的裝配式方案。

3 T4 七層平面圖

2.2 主體結(jié)構(gòu)裝配式方案

主體結(jié)構(gòu)分為豎向構(gòu)件和水平構(gòu)件，其中豎向構(gòu)件（如柱、支撐、承重墻、延性墻板等）的預(yù)制應(yīng)用比例需大于或等于35%，才可得20分；水平構(gòu)件（如梁、樓板、樓梯、陽(yáng)臺(tái)、空調(diào)板等）的預(yù)制應(yīng)用比例需大于或等于80%，才可以得20分。

由于塔樓的平面輪廓線并不規(guī)則，沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)層平面，立面設(shè)計(jì)豐富多變，且塔樓單層平面存在核心筒偏置、開間尺寸未標(biāo)準(zhǔn)化等情況，根據(jù)本項(xiàng)目建筑特點(diǎn)提出了三個(gè)可行的裝配式結(jié)構(gòu)方案（均為20分），如表1所示。通過(guò)對(duì)經(jīng)濟(jì)、施工難度和施工周期的對(duì)比分析可得到以下結(jié)論。

（1）方案一采用了目前應(yīng)用最廣泛、技術(shù)相對(duì)成熟的疊合板。由于結(jié)構(gòu)布置規(guī)則，為減少疊合板的數(shù)量及種類，豎向構(gòu)件全部采用鋁模施工，可得8分；水平構(gòu)件采用鋁模施工時(shí)，可最多折算10%的水平面積。因此疊合板面積需要大于水平面積的62%（每層面積約為950m2），才能滿足主體結(jié)構(gòu)最低20分的要求（圖4）。

（2）方案二采用了鋼外框-混凝土核心筒的組合結(jié)構(gòu)，符合海南大型公共建筑優(yōu)先采用鋼結(jié)構(gòu)的相關(guān)政策。非核心筒區(qū)域水平構(gòu)件為組合樓板及鋼梁，其面積大于水平面積的80%，可得20分。如圖5所示，鋼管混凝土柱總面積為10.1m2，豎向構(gòu)件總面積為36.8m2，鋼管混凝土柱的面積約占豎向構(gòu)件總面積的27.4%，無(wú)法滿足豎向構(gòu)件最低35%的要求。由于豎向鋼結(jié)構(gòu)對(duì)裝配率沒(méi)有貢獻(xiàn)，水平構(gòu)件采用組合樓板，土建成本較普通混凝土結(jié)構(gòu)造價(jià)增加。

表1 主體結(jié)構(gòu)裝配方案得分對(duì)比

4 疊合板平面布置圖

5 鋼管混凝土柱平面布置圖

（3）方案三充分利用了鋼管混凝土柱的豎向構(gòu)件體積量，不足部分在核心筒局部受力較大的位置用多腔鋼管混凝土邊緣構(gòu)件補(bǔ)齊。既滿足了豎向構(gòu)件的體積要求，也充分利用了高烈度區(qū)多腔鋼管混凝土邊緣構(gòu)件的強(qiáng)度，有效減少了剪力墻的鋼筋數(shù)量，降低了施工難度。

2.3 方案的經(jīng)濟(jì)性分析

經(jīng)過(guò)詳細(xì)的模型計(jì)算與統(tǒng)計(jì)，以上三個(gè)結(jié)構(gòu)方案的設(shè)計(jì)材料用量如表2所示。按現(xiàn)行的《2020年1月海南省建設(shè)工程主要材料市場(chǎng)信息價(jià)》文件套價(jià)后（約?。?，各方案的主體結(jié)構(gòu)造價(jià)詳見表3。

方案二的全混凝土結(jié)構(gòu)重量較方案一、三稍輕，基礎(chǔ)造價(jià)相對(duì)經(jīng)濟(jì)，相對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)有10%的降低，僅從主體造價(jià)考慮，方案三更具優(yōu)勢(shì)。

方案二采用了鋼外框配合核心筒爬模施工技術(shù)，其施工速度相對(duì)于疊合板7天左右一層，每層可節(jié)約4天時(shí)間。項(xiàng)目一共20層，工期上較方案一可節(jié)約80天左右。若按貸款5億5%年利率計(jì)算，日資金利息成本約6.7萬(wàn)元，建設(shè)周期內(nèi)共可節(jié)省500萬(wàn)元以上。

方案一標(biāo)準(zhǔn)層鋼筋混凝土柱子截面約為1 000mm×1 000mm，方案二、三標(biāo)準(zhǔn)層柱子為直徑800mm的鋼管混凝土柱，方案二、三全樓使用面積較方案一可節(jié)約150m2。按20 000元/m2的售價(jià)，可產(chǎn)生300萬(wàn)元的經(jīng)濟(jì)效益。

表2 裝配式方案材料用量統(tǒng)計(jì)表

表3 各裝配式方案主體結(jié)構(gòu)造價(jià)對(duì)比

綜合功能空間、立面造型、土建成本及間接產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益等要求，建設(shè)方最終采用方案三。

3 結(jié)論

目前我國(guó)的裝配式建筑還出于起步階段，而且由于我國(guó)地緣遼闊、氣候條件差別大、土地供給不平衡，也使得我國(guó)的建筑造型千差萬(wàn)別，這與裝配式建筑要求的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)相矛盾。如何選取合適的裝配式方案至關(guān)重要。本文通過(guò)對(duì)一個(gè)實(shí)際項(xiàng)目裝配式方案的比選分析，得出以下結(jié)論。

（1）針對(duì)不同類型、不同地區(qū)的建筑物，應(yīng)因地制宜地選用合適的裝配式方案。

（2）對(duì)于地震、臺(tái)風(fēng)頻遇且地震力較大的地區(qū)，應(yīng)充分發(fā)揮鋼材抗拉、混凝土抗壓的優(yōu)勢(shì)，采用組合結(jié)構(gòu)是較優(yōu)的裝配式方案。

（3）多腔鋼管混凝土邊緣構(gòu)件新技術(shù)可以解決目前預(yù)制豎向構(gòu)件灌漿套筒存在的問(wèn)題，屬于土建成本和綜合經(jīng)濟(jì)效益最優(yōu)的方案。它能為未來(lái)裝配式項(xiàng)目提供較好的參考，并有效推動(dòng)我國(guó)預(yù)制豎向構(gòu)件技術(shù)的發(fā)展。