新技術新材料在框架剪力墻結(jié)構(gòu)中的應用探討

鐘鳴

（重慶建工集團股份有限公司，重慶 400014）

0 引言

框架剪力墻結(jié)構(gòu)也稱框剪結(jié)構(gòu)，其突出特征是在框架結(jié)構(gòu)中布置一定數(shù)量的剪力墻，構(gòu)成靈活自由的使用空間，以滿足不同建筑功能需求[1-3]。同時，因為框架剪力墻結(jié)構(gòu)具有較好的側(cè)向剛度，所以也具有良好的抗水平荷載和抗震效能。目前，從土地有效利用率和投資效益角度出發(fā)，較為成功和典型的框架剪力墻結(jié)構(gòu)為集車庫、商業(yè)、住宅等多功能的一體化設計。

框架剪力墻結(jié)構(gòu)工程量大、工序工藝多且繁雜，施工周期較長，但投資方為使項目盡早產(chǎn)生經(jīng)濟效益，一般會將工期進行最大程度壓縮并作為重點考核指標。以某常規(guī)一體化設計和施工項目為例，該項目裙樓為車庫和集中商業(yè)，按負三層考慮，每層建筑面積6000㎡，三層共計18000㎡；裙樓以上設計4棟框架剪力墻高層建筑，按不超100m高度限制設計，標準層高3m，共33層，每層建筑面積700㎡，單棟總建筑面積為23100㎡，4棟高層合計建筑面積為92400㎡；裙樓以下及以上共計建筑面積110400㎡。合同工期一般為540d，扣除基礎和室外環(huán)境合理工期各90d，則框架剪力墻結(jié)構(gòu)、裝飾及安裝工程在不考慮國家法定節(jié)假日、農(nóng)忙時節(jié)、天氣以及不可抗力等因素下的理想施工工期為360d，則每個月最低完成的產(chǎn)值為110400㎡÷12個月×2300元/㎡（扣除基礎、室外環(huán)境后的市場平均單方造價）=2116萬元。但是，在施工過程中，因施工技術參差不齊，目前采用常規(guī)施工技術完成框架剪力墻的經(jīng)濟效益和社會效益并不理想。

歸根結(jié)底，解決施工與合同工期間矛盾沖突問題的關鍵在于施工技術，從先進的施工工藝、新型的建筑材料、科學的管理辦法等方面著手，在保證工期目標、實現(xiàn)經(jīng)濟效益、節(jié)能減排降耗的同時，跟上可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的步伐。本文介紹鋁合金模板及其支撐體系、附著式整體爬升腳手架、綠色高性能混凝土、BIM技術在框架剪力墻結(jié)構(gòu)中的應用價值，可為同類施工提供參考。

1 鋁合金模板及支撐體系在框架剪力墻結(jié)構(gòu)中的應用價值

鋁合金模板及支撐體系是一種新型模板及支撐體系技術，自重輕、剛度大、周轉(zhuǎn)利用率高，能較好地控制混凝土外觀成型質(zhì)量，且有利于把握工程進度，在發(fā)達國家被廣泛應用并不斷發(fā)展。

近年來，我國一線城市已開始使用該技術。和我國傳統(tǒng)木模板、普通鋼管式支撐體系相比，該技術存在六大優(yōu)勢：（1）使用鋁合金模板及支撐系統(tǒng)澆筑的混凝土質(zhì)量高、外觀質(zhì)量較好；（2）鋁合金模板平均使用成本低，回收價值高，木模板周轉(zhuǎn)使用次數(shù)一般為4～5次，無回收價值，而鋁合金模板周轉(zhuǎn)使用次數(shù)高達200～300次，且在完全使用后，回收價為采購價的25%～30%；（3）鋁合金模板的施工周期短，有利于施工工期把控。鋁合金模板及支撐體系的實質(zhì)是采用“快拆體系”，組裝和拆除極為方便，相比傳統(tǒng)木模體系，效率提高25%～30%；（4）鋁合金模板剛度大、承載力高，不易爆模；（5）相比傳統(tǒng)木模板技術，鋁合金模板及支撐體系技術更節(jié)能環(huán)保；（6）除對拼縫位置進行局部打磨外，其余部位能達到清水模板標準，可以不抹灰或薄抹灰，在節(jié)約施工成本的同時，相對減少了對自然資源的依賴，符合國家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。

2 附著式整體爬升腳手架在框架剪力墻結(jié)構(gòu)中的應用價值

附著式整體爬升腳手架是一種新型的腳手架系統(tǒng)，俗稱“爬架”，適用于高層框架剪力墻和超高層筒體結(jié)構(gòu)。該系統(tǒng)只需搭設4～5層高度，后隨主體結(jié)構(gòu)施工同步上升，也可在裝飾階段同步下降。

目前，該新型腳手架系統(tǒng)已廣泛應用于各大城市建筑施工中。與傳統(tǒng)型鋼鋼管腳手架相比，存在三大優(yōu)勢：（1）只需搭設4～5層高度，四周全封閉，并在立面內(nèi)配有鋼絲網(wǎng)，架體配有防墜落、防傾覆裝置等多重保護，安全可靠性較高。傳統(tǒng)型鋼鋼管腳手架在搭設、拆除過程中存在較大安全隱患，外立面防護采用安全網(wǎng)，在主體施工和裝修過程中易引發(fā)火災，安全系數(shù)較低；（2）升降速度快，平均每天提升一層，爬升過程中對施工安全影響極小，不影響施工工序，不占用起重式塔吊等機械設備，有助于加快施工進度。傳統(tǒng)型鋼鋼管腳手架則需要占用大量的起重式塔吊臺班，搭設進度較慢，同時，在搭設工程中，禁止樓層其余作業(yè)面作業(yè)，待架體搭設完成后方可作業(yè)，嚴重影響施工工期；（3）材料及人工方面，只需要定型定量的鋼管、扣件、鐵絲網(wǎng)等搭設材料，升降時操作環(huán)境良好，工人勞動強度小，材料和人工消耗量較低，經(jīng)濟效益高。而傳統(tǒng)型鋼鋼管腳手架使用型鋼、鋼管、扣件、腳手板、水平兜網(wǎng)、安全網(wǎng)、木模板、木枋、鐵釘?shù)却钤O材料，且材料消耗量較大，搭設、拆除時需要大量人工，經(jīng)濟效益低。

3 綠色高性能混凝土在框架剪力墻結(jié)構(gòu)中的應用價值

綠色高性能混凝土作為一種新型的混凝土材料，是綜合考慮高性能混凝土、環(huán)境保護、生態(tài)保護和可持續(xù)發(fā)展的產(chǎn)物。

提高混凝土的耐久性和強度、降低能耗、節(jié)約資源和能源、減少環(huán)境污染是現(xiàn)代混凝土研究和發(fā)展的方向。綠色高性能混凝土已在發(fā)達國家廣泛使用。區(qū)別于普通混凝土，綠色高性能混凝土的優(yōu)勢在于：（1）具有高耐久性，在相同的環(huán)境下能使用100年以上，同時滿足抗侵蝕、抗凍融等特殊要求；（2）具有高施工性能，在同樣的施工條件下，其密實性、均勻性、和易性更優(yōu)越，在提高施工進度的同時，混凝土成型質(zhì)量更有保障；（3）具有更高的抗壓強度和抗拉強度，且后期強度增長能力較好；（4）具有高體積穩(wěn)定性，混凝土終凝前不分層、不離析，硬化后體積變化小，具有較好的抗裂能力，更好地解決了建筑工程滲水的問題；（5）經(jīng)濟效益和社會效益較好，采用綠色高性能混凝土設計能夠有效減小混凝土承重，可降低混凝土和鋼材用量，節(jié)約資源。國外研究表明，相比普通混凝土，采用綠色高性能混凝土能有效提高經(jīng)濟效益達15%；（6）綠色環(huán)保。大量利用工業(yè)廢棄資源，實現(xiàn)非再生性資源的可循環(huán)使用和有害物資的低排放，減少環(huán)境污染，更好地滿足了環(huán)境保護和可持續(xù)發(fā)展的要求。目前，國內(nèi)不同城市和地區(qū)受產(chǎn)業(yè)配套影響，嚴重制約了綠色高性能混凝土的應用和發(fā)展。

4 BIM技術在框架剪力墻結(jié)構(gòu)中的應用價值

BIM（Building Information Modeling），即“建筑信息模型”，是一種應用于工程設計、建造、管理的數(shù)據(jù)化工具，是用來形容以三維圖形為主、物件導向、建筑學有關的電腦輔助設計[4]。

“管理出效益”是一條建筑業(yè)必須走出的管理模式合理、產(chǎn)業(yè)不斷升級的發(fā)展之路。為在管理中實現(xiàn)價值，解決設計、施工中多專業(yè)多工種的配合和協(xié)調(diào)問題，引入BIM技術勢在必行。BIM技術在建筑施工中的主要應用價值：（1）深化設計。在框架剪力墻大型建筑工程項目中，由于其空間布局的復雜性、系統(tǒng)的繁瑣性，需要在設計階段對主體結(jié)構(gòu)、安裝工程、裝飾工程等進行總體規(guī)劃、提前布局，避免發(fā)生碰撞，造成施工困難或返工，影響施工進度，故通過三維模型技術進行演示、對比、復核，對碰撞部位及時進行設計調(diào)整和避讓，以保證布局合理，施工順暢；（2）多專業(yè)、多工種無縫銜接，避免和最大限度壓縮真空期。在施工過程中，多專業(yè)、多工種的無縫銜接是工程順利推進的關鍵，是提高施工進度的保障。在以往的施工過程中，土建工程、安裝工程、裝飾工程中各專業(yè)各工種受施工現(xiàn)場、專業(yè)協(xié)調(diào)、技術差異等因素的影響，缺乏必要的協(xié)調(diào)配合，造成各專業(yè)不同程度返工，增加了施工成本。通過BIM技術的可視性、參數(shù)化、智能化特性進行事先預警、及時協(xié)調(diào)，減少因技術錯誤或溝通錯誤造成的施工成本增加；（3）進度優(yōu)化是進度控制的關鍵，基于BIM技術可實現(xiàn)進度計劃與工程構(gòu)件的動態(tài)鏈接，通過甘特圖、網(wǎng)絡圖及三維動畫等多種形式直觀表達進度計劃和施工過程，將多種施工及工藝方案的可實施性進行對比，最終選擇可行方案。同時，通過實時跟蹤、對比計劃和實際進度，及時糾偏，保證項目工期目標；（4）工程質(zhì)量的高效管理。BIM技術實質(zhì)上充當了“樣板工程”的作用，通過BIM模型將質(zhì)量要求、施工工藝、操作要點等質(zhì)量信息輸入模型，通過模型瀏覽實現(xiàn)高效流轉(zhuǎn)。也可將現(xiàn)階段現(xiàn)場出現(xiàn)的質(zhì)量問題輸入模型，打破常規(guī)的文字記錄方式，通過更直觀、形象的方式進行糾偏，提高質(zhì)量意識；（5）安全文明施工管理。傳統(tǒng)的安全管理、危險源的判斷和防護設置要依靠管理人員的經(jīng)驗和責任心，而BIM技術在安全管理方面能發(fā)揮事半功倍的作用，從場容場貌、腳手架及支撐體系、機械設備等多方面建立安全文明施工管理三維模型圖，從而更精確地指導現(xiàn)場安全文明施工；（6）資源計劃及成本管理。資源及成本計劃是項目核心，通過BIM模型計算、模擬和優(yōu)化項目各階段的勞務、材料、設備等需求量，建立可行、有效合理的勞動力計劃、資源需求計劃、機械設備使用計劃等，從而精確指導施工，達到精細化管理。在階段性施工過程中，及時將分包結(jié)算、資源消耗、機械設備計算定期進行支出統(tǒng)計，將實際成本及時統(tǒng)計和歸集，與預算成本、合同收入進行三算對比分析，及時掌握項目超支和盈虧情況，對虧損項目及時分析，并制訂糾偏措施，有效實現(xiàn)成本動態(tài)管理，最終實現(xiàn)經(jīng)濟效益最大化。

5 結(jié)語

“萬丈高樓平地起”是對我國建筑業(yè)30年來迅猛發(fā)展的準確概括，在建筑數(shù)量和高度不斷刷新的同時，平面形狀和空間體型日趨復雜化，與之匹配的結(jié)構(gòu)型式亦呈多樣化發(fā)展?？蚣芗袅Y(jié)構(gòu)合理利用土地資源，綜合了單純框架結(jié)構(gòu)和剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢，得到了快速發(fā)展。但框架剪力墻結(jié)構(gòu)工程量大、工序工藝多且繁雜，施工周期較長，若采用常規(guī)技術進行施工，社會效益和經(jīng)濟效益均較低。結(jié)合多年施工經(jīng)驗，對鋁合金模板及其支撐體系、附著式整體爬升腳手架、綠色高性能混凝土、BIM技術等新材料、新技術應用在框架剪力墻結(jié)構(gòu)中的價值進行探討，結(jié)果表明，新技術、新材料應用于框架剪力墻結(jié)構(gòu)中，不僅可以保證工期節(jié)點，還可以提高安全、質(zhì)量管理水平，社會效益和經(jīng)濟效益顯著，可供同類工程參考。