基于标准化设计的中学教学楼装配式结构技术体系经济性分析.pdf

37城市与建筑City&Architecture2023NO.06收稿日期：2022-06-13作者简介：孔德坤（1983），男，安徽亳州人，硕士研究生，高级工程师，一级注册结构工程师，主要从事结构设计工作；李浔（1990），男，四川蓬溪人，本科，工程师，主要从事结构设计工作；胡成（1991），男，重庆梁平人，本科，工程师，主要从事结构设计工作。EconomicAnalysisofPrefabricatedStructureTechnologySystemofMiddleSchoolBuildingsBasedonStandardizedDesignKongDekun,LiXun,HuChengAbstract:Amiddleschoolteachingbuildingadoptstheprefabricatedstandardizeddesign.Inthispaper,threedifferentcombinationsofprefabricatedstructuresonlycompositefloorslabs(withprefabricatedstaircases,thesamebelow),acombinationofcompositefloorslabsandprefabricatedcompositebeams,andacombinationofcompositefloorslabs,prefabricatedcompositebeamsandprefabricatedcolumnsarecomprehensivelycomparedincivilengineeringcostandconstructionperiod.Theprecastrateofcompositefloorslabsis90.07%,andthatofprefabricatedcompositebeamandcolumnis76.94%and83.33%,respectively.Intheactualengineeringprojectdesign,theresultsofthecomparativeanalysiscanbeusedasareferencefordesignerstochoosedifferentcombinationschemessoastocontrolthecostfromthedesignlevel.Keywords:prefabricatedstandardizeddesign;prefabricatedcombination;prefabricatedconstruction;economiccontrast;constructionsimulation0 引言近年来我国高度重视装配式建筑的发展，并积极探索发展装配式建筑1。2016年2月印发的中共中央国务院关于进一步加强城市规划建设管理工作的若干意见中提出，要大力推广装配式建筑，同时加快建设国家级装配式建筑生产基地，力争到 2026 年使装配式建筑达到新建建筑比例的 30%。对于中学教学楼而言，其重复性较高的空间如普通教室、办公室、卫生间、楼梯间等以及布局的模数化、规则性等特点，均适合采用标准化设计方法。以教学楼功能单元为基本模块，对平面模块开展标准化设计，建立标准化的功能模块集，实现功能模块的系列化和多样化。伴随着装配式建筑及标准化设计应用的逐步推广，装配式建筑成为许多学校首选的建造方式。此外学校的新建或改扩建建筑大都考虑在学生寒暑假的时候进行大规模施工，这就要求施工周期尽可能短，而且装配式建筑的生产工厂化、施工装配化特征能提高施工质量并增加结构安全性，也具备低能耗、低排放的绿色建筑特性，这也是装配式建筑受到青睐的几大因素。同时从经济可行的角度出发，还需要装配式构件的组合尽量经济，本文针对三种不同的装配式结构组合进行了经济性对比和施工模拟分析，该对比分析的结果可供设计人员在选用不同的装配式结构组合方案时进行参考。1 中学教学楼设计1.1建筑标准化布置中学教学楼采用外廊式设计，整体采用一字型布置，楼梯间布置在单体两端，中间为 3 间普通教室及 1 间办公室，建筑单体长 57.2m，宽12.0m，地上五层，层高均为 3.9m，建筑高度 19.5m，无地下室。建筑布置考虑了结构构件布置及可实施性等要求，采用大开间大进深，采用标准化房间布置2（图 1）。图 1 教学楼标准层平面布置doi：10.3969/j.issn.1671-9107.2023.06.37引文检索：孔德坤，李浔，胡成.基于标准化设计的中学教学楼装配式结构技术体系经济性分析 J.重庆建筑，2023（6）：37-41.基于标准化设计的中学教学楼装配式结构技术体系经济性分析孔德坤，李浔，胡成（中机中联工程有限公司，重庆400039）摘 要：某中学教学楼采用装配式标准化进行设计，对三种不同的装配式结构组合仅叠合楼板（含预制楼梯，下同），叠合楼板和预制叠合梁组合，叠合楼板、预制叠合梁和预制柱组合，进行土建成本和施工工期的综合对比，其中叠合楼板预制率 90.07%，预制叠合梁预制率 76.94%，预制柱预制率 83.33%。在实际工程项目设计时，该对比分析的结果可供设计人员在选用不同的装配式结构组合方案时进行参考，从设计层面上对成本进行把控。关键词：装配式标准化设计；装配式组合；预制构造；经济性对比；施工模拟中图分类号：TU973 文献标识码：A 文章编号：1671-9107（2023）06-0037-05Chongqing Architecture38第 22 卷 总第 236 期该建筑应用了模数化、标准化、少规格、多组合的装配式建筑设计理论，尺寸基本以 3m 为模数，层高 3.9m，柱距主要为8.1m9.1m，标准化房间模块（图 2、图 3）可自由组合，可满足不同场地需求。1.2装配式结构设计1.2.1结构主要设计信息结构形式采用装配整体式框架结构，抗震设防类别为乙类，抗震设防烈度 7 度（0.1g），设计地震分组为第一组，建筑场地类别为类，特征周期 Tg 为 0.35s，抗震等级为三级。结构主要使用材料，柱：C30C35，梁板（预制和现浇层）：C30，钢筋：HRB400。1.2.2结构平面布置原则遵循模数协调及少规格、多组合的原则，实现预制构件生产、运输、安装的提质增效。装配式混凝土框架的预制构件类型主要有预制柱、叠合梁、叠合楼板（或全预制板）、预制楼梯，考虑各构件特点、生产安装效率，可按照以下原则进行构件布置：（1）框架柱与梁按轴线居中布置，边梁不宜布置为与柱外皮平齐，宜退进，可为预制构件的标准化提供基础，同时构件的钢筋排布简单，较易实现钢筋避让。如若存在与隔墙错开的情况则考虑对梁进行加宽处理。边梁位置如果与柱面平齐，梁纵筋需要为柱角筋考虑避让弯折，所以均统一布置逻辑，框架梁与框架柱按轴线居中布置。（2）次梁的布置需从经济性的角度考虑布置方向，通常布置次梁以减小楼板跨度，进而减小楼板厚度，减轻预制构件重量的同时也降低了成本。（3）标准化的构件尺寸需结合生产、运输、安装条件确定，同时尽可能统一，减少构件种类3。标准化的构件布置带来了预制构件及连接节点的标准化，对设计、生产及安装均有重要意义。同时，构件尺寸与生产、运输、安装条件相适应也是值得注意的问题。表 1 预制构件种类构件柱梁叠合板截面（mm）600600300700，30080060(预制层)+70(叠合层)构件规格数175预制构件个数20195784预制率（%）83.3390.0779.941.2.3预制构件主要构造节点4-5（1）板支座及接缝连接双向板及单向板端支座为受力支座，均采用预制板内的纵向受力钢筋从板端伸出并锚入支承梁或墙的后浇混凝土的方式。单向叠合板板侧支座为非受力支座，采用板底分布筋不伸入支座方式，板侧接缝采用密拼接缝方式，在紧邻预制板板顶面的后浇混凝土层中设置附加钢筋，板底钢筋不伸出板边，方便预制构件的制作、运输及安装。双向叠合板板侧接缝采用后浇带形式，后浇带宽度400mm，后浇带两侧板底纵向受力钢筋可在后浇带中焊接、搭接连接、弯折锚固。注：YB 为预制叠合板图 4 结构叠合楼板标准化平面布置注：YL 为预制叠合梁，YZ 为预制柱图 5 结构叠合梁及预制柱标准化平面布置 图 2 教室标准模块单元 图 3 办公室标准模块单元39城市与建筑City&Architecture2023NO.06（2）梁柱主要连接节点及方式预制梁、柱构件之间通过现浇节点连接在一起，有效保证了建筑物的整体性、抗震性，以达到等同现浇的设计理念。梁内纵筋在后浇梁柱节点区搭接或锚固，施工时，先定位安装预制梁和叠合楼板，在梁上部、楼板表面和梁柱节点区布置钢筋，然后浇筑混凝土。待后浇混凝土达到设计强度后，安装上柱，将上、下柱纵筋通过套筒灌浆连接在一起。但由于梁的纵向受力钢筋在现浇节点区锚固或者连接，因此会造成节点区钢筋排布密集及混凝土浇筑困难等问题。为了解决这个难题，我 国装 配 式 混凝土结构技术规程JG112014 建议可在此类结构的预制梁柱内使用大间距、大直径高强纵筋、通过相关构造措施（如采用机械连接或焊接的方式直接连接，采用锚固板锚固等措施），在保证构件和节点受力性能与普通配筋形式构件等同的基础上，可以简化节点构造、方便施工、保图 9 主次梁连接做法图 6 叠合楼板支座连接做法 图 7 叠合楼板接缝做法图 8 梁柱节点连接做法Chongqing Architecture40第 22 卷 总第 236 期证浇筑质量。（3）主次梁连接节点及方式次梁与主梁宜采用铰接连接。主梁与次梁采用后浇段连接时，在主梁上预留后浇段，混凝土断开而钢筋连续，以便穿过和锚固次梁钢筋。采用牛担板企口连接或钢企口连接形式时，主梁预制混凝土可不完全断开，采用预留凹槽的形式与次梁连接，同时次梁端做成挑耳搭搁置于主梁的凹槽上。（4）其他构造做法梁柱布置时梁不宜与柱外皮平齐，梁纵筋需要为柱角筋考虑避让弯折，宜设置为柱外皮退进至少 50mm，为保证建筑的功能使用、美观性以及墙体的砌筑和安装，需将梁进行加宽处理。2 经济性对比分析2.1费用的组合各装配式方案的造价是由：分部分项工程费、措施项目费、其他项目费、规费、税金等组合而成。其中分部分项工程费由工程量套取定额获得；措施项目费中的则是通过记取综合脚手架以及垂直运输费而获得；此次各个项目不涉及索赔签证暂估价等等信息，因而没有其他项目费用；而规费和税金不能作为竞争性费用，因此必须按照相应费率记取所得。2.2分部分项工程费各装配式方案的分部分项工程费，是主要影响造价高低的关键费用。其算法都是先统计了工程量，然后套用定额而获取。其中的主要材料价格（例如：不同直径的钢筋、混凝土、叠合板、预制梁、预制柱等等）均是通过市场询价得出。分部分项工程费又包含了人工费、材料费、机械费、企业管理费、利润、风险费以及未计价材料费6。其中人材机费用的高低直接决定了分部分项费用的高低，而人材机费用的获得也就是上文所说的通过算量后套用定额来获取的。2.3不同装配式组合下的成本对比表 2 不同装配式组合下成本统计表装配式组合方案人工费（万元）材料费（万元）机械费（万元）措施项目费（万元）规费+税金+企业管理费+利润+风险费（万元）单位造价（元/m）工程总价（万元）YB29.35137.561.5830.3838.04695.12236.91YB+YL25.93185.730.9931.6240.47835.48284.74YB+YL+YZ22.22195.550.673138.82845.81288.26经过不同装配式组合测算对比，逐渐增加装配式构件的体量，成本会呈现出不断上升的趋势。为了更详细地了解影响装配式土建成本变化的因素，本次研究对单预制构件的人材机的综合成本进行了统计。表 3 单预制构件人材机与综合合价统计表预制构件人工费（万元）材料费（万元）机械费（万元）企业管理费+利润+风险费+价差综合单价（万元/m）综合合价（万元）叠合板3.2334.760.071.272.8639.33叠合梁5.5176.71-2.122.9184.34预制柱1.2326.740.00210.482.4928.452.4影响装配式成本变化的因素（1）由于预制体量的不断提高，总的人工费逐渐下降，材料费逐渐增加。这是因为装配率的提高，减少了人工的后期参与，增加了预制构件的数量。由此可见预制率与总成本呈正比关系。（2）再往下进行细分，分别提取出了叠合板、预制梁、预制柱等等单构件的费用，可以看出，叠合梁的费用最高，其次是叠合板，然后预制柱。由此可见，在一个项目中，预制梁越多，费用也就越高。3 施工模拟3.1主要基本功效在确定了预制构件基本施工工艺及工序的情况下，进行施工模拟需要对相关工序的工效进行确定，以保证施工进度安排的合理性。工效数据较难收集，经全网数据搜索，从“住建部绿色校园示范工程南京一中”项目案例中获取工效数据，该项目为学校项目，且竣工日期为 2020 年，因此数据可信度较高。表 4 主要工序相关功效工序功效工序功效预制柱12min/根钢筋绑扎（水平）50kg/h/人叠合梁10min/根钢筋绑扎（柱）1h/根叠合板7min/块木工支模6m2/h/人灌浆/封堵10min/根混凝土浇筑（装配式后浇）20m/h支撑搭设12m2/h/人混凝土浇筑（现浇）30m/h经测算，塔吊一般起升/回转/小车运行速度约 2040m/min，该项目塔吊置于中部，构件平均吊运距离约 4060m，考虑现场各种因素影响，确定构件平均吊运时间 2min/根。预制构件吊装准备时间为 2min，通过网络查阅装配式构件安装视频，预制柱安装时间约 7min/根，叠合梁安装时间约 5min/根，叠合板安装时间约 2min/块，因此以上工效可信，可作为本课题计算施工进度的工效数据。3.2施工工期模拟对比通过以上确定的相关工序的功效，本研究对三种不同的装配式组合进行了施工工期的模拟。41城市与建筑City&Architecture2023NO.06表 5 不同装配式组合下施工工期模拟装配式组合方案叠合板叠合板+叠合梁叠合板+叠合梁+预制柱施工模拟工期35d30d27.5d根据施工工期模拟的结果可以发现，叠合板+叠合梁+预制柱组合施工用时最短，其直接影响因素是预制装配率的增加，预制构件工厂标准化生产及现场机械化安装能节省施工工期，由此可见，增加预制装配率的增加可以有效减小施工工期。4 结语（1）装配式建筑标准化的设计应用，可促使构配件生产工厂化、装配化和施工机械化，提高生产效率。同时，装配式结构的设计要求平面的规则性，可推动学校类建筑平面标准化、模块化的发展，标准化设计能够节约建设材料，降低工程造价，从而提高经济效益，有利于装配式建筑走进校园，促进装配式建筑的发展。（2）通过对不同的装配式结构组合的成本测算对比可以看出，随着预制率的增加，成本不断上升，其中预制梁的体量和成本占比较大，在设计中可以尽量减少次梁的布置。导致其成本增加的直接因素在于，当前我国装配式技术还处于初级阶段，受整体市场环境的影响，生产技术不成熟，预制构件生产成本较高，与相对成熟的发达国家相比，我国的装配式工业体系还有待完善和健全。（3）通过对施工工期的模拟对比发现，随着预制率的增加，施工工期会有不同程度的缩短，这是因为预制构件工厂标准化生产及现场机械化安装能有效地节省施工工期。同时，将现浇构件集中布置，减少施工现场不同工种的交叉作业，减少吊车占用时间，便于施工管理、缩短工期，从工期方面节省项目的投资成本7。（4）当前我国装配式技术还处于初级阶段，装配式建筑的发展受到多方面因素的制约。但装配式结构建筑因预制构件工厂标准化生产及现场机械化安装，能节省人工成本及施工工期，此外，装配式建筑施工现场作业量减少，能有效降低粉尘、噪音等带来的污染。因此装配式建筑较传统建筑相比有利于节约资源能源、减少施工污染、提升劳动生产效率和质量安全水平，有利于促进建筑业与信息化工业化深度融合、培育新产业新动能、推动化解过剩产能等优势，是国家推行供给侧结构性改革和新型城镇化发展的重要举措。参考文献：1中华人民共和国住房和城乡建设部.JGJ12014 装配式混凝土结构技术规程 S.北京：中国建筑工业出版社，2014.2中华人民共和国住房和城乡建设部，中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.GB/T512312016装配式混凝土建筑技术标准 S.北京：中国建筑工业出版社，2017.3中华人民共和国住房和城乡建设部，中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.GB/T511292017 装配式建筑评价标准 S.北京：中国建筑工业出版社，2018.4中国建筑标准设计研究院.15G310-1-2 装配式混凝土结构连接节点构造 S.北京：中国计划出版社，2015.5中国建筑标准设计研究院.20G310-3 装配式混凝土结构连接节点构造（框架）S.北京：中国计划出版社，2021.6冯清洁，李检保，王勇.基于分析统计的装配式与现浇式成本比较研究 J.建筑经济，2018（2）：49-53.7李宁，汪杰，吴敦军，等.基于成本控制的高层预制装配整体式框架-剪力墙结构设计 J.建筑结构，2017（5）：14-16+13.责任编辑：刘艳萍6 月 9 日，重庆市 2023 年建筑施工“安全生产月”启动仪式暨建筑施工安全管理观摩会在重庆两江新区龙盛新城智能网联新能源汽车产业园基础设施配套项目举行，多项安全管理创新亮点做法在观摩会上亮相推广。据悉，本次活动由重庆市住房和城乡建设委员会、两江新区管委会主办，重庆市建设工程安全管理协会等单位承办。活动以“人人讲安全，个个会应急”为主题，旨在提升行业安全管理水平，增强建设人员安全避险意识与应急自救能力，有效防范化解重大安全风险，是持续提升重庆房屋市政工程“两工地”安全文明施工管理水平的重要举措。活动现场，重庆市建设工程施工安全管理总站对重庆建筑施工“安全生产月”活动方案进行了详细解读，数十名企业人员就带头履行安全生产职责进行了庄严宣誓，所有参会人员共同观看了全国“安全生产月”主题宣传片。（摘自重庆日报）资讯重庆市 2023 年建筑施工“安全生产月”活动启动