新型多層木結構經濟性分析

1 背景及意義

現代木結構建筑回歸中國建筑市場雖然只有不到20年的時間，但隨著技術和市場的不斷發展，除了傳統3層及3層以下的建筑應用，工程研究和實踐開始越來越多的關注和探索木結構在多層甚至高層建筑中的應用[1][2]。我國《多高層木結構建筑技術標準》（GB/T51226—2017）也即將于2017年10月1日起實施。新標準的落地將更加積極有力地推動多層木結構技術的發展。

多層木結構可以將不同的材料組合在一起，利用和發揮各自的優勢和特點。木結構技術用于多層建筑中，很好地順應了當下建筑行業發展的方向，木結構建筑層數的增加可以提高土地使用率，增加建筑使用面積，同時進一步降低建筑整體碳排放，提高建筑的裝配率和預制率。

提倡多層建筑使用木結構，可以促進全球合法林產品的貿易流通，同時為木材加工企業帶來市場和機遇，還可以為木結構在今后的大力發展做好充分的技術儲備，是一種多贏的選擇。

本文從研究和探索的角度，以一棟擬建6層辦公樓為研究對象，設計為混合木結構方案，以此展開對多層木結構的經濟性分析，并對比多層木結構方案與鋼筋混凝土結構以及鋼結構方案主體結構經濟指標的區別。

2 研究對象

以上海市某擬建6層辦公樓為研究對象，對主體結構進行經濟性分析研究。該辦公樓建筑面積約5 900m2，建筑高度24m，含1層地下室，平面和立面示意圖見圖1。

本文共提出3種不同的結構方案，分別為混合木結構方案，鋼筋混凝土結構方案和鋼結構方案，其中后兩者為對比研究方案，主要目的是分析多層木結構方案和傳統結構方案之間的區別。

木結構方案主體結構采用膠合木框架結構，鋼筋混凝土剪力墻（電梯井、樓梯井）以及正交膠合木（CLT）樓板。鋼筋混凝土結構和鋼結構方案，均采用框架剪力墻結構。項目擬建于上海，基礎均為樁基礎。

3 不同結構方案經濟性分析

本文僅對不同結構方案主體結構建安成本進行比較分析，包含基礎、地下室和上部結構，不包含外圍護結構、裝飾裝修等部分的成本。具體的費用測算內容包含以下各部分。

（1）對基礎、地下室、剪力墻及上部結構的費用進行測算。

（2）僅考慮結構部分的費用，地下工程涉及的基坑圍護的費用不含在內。

（3）木材及相應的連接件費用按采購國產和進口兩種情況考慮。

（4）按照《滬建市管(2016)42號關于實施建筑業營業稅改增值稅調整本市建設工程計價依據的通知》，采用增值稅計價模式。

（5）鋼筋混凝土費用參照《上海市建筑和裝飾工程概算定額（2010）》。

（6）工料機單價采用上海市2016年10月發布的信息價。

（7）企業管理費和利潤、安全文明施工措施費、規費等費用的費率采用增值稅計價費率。

（8）綜合單價包含人工、材料、機械、管理費、利潤、安全文明施工費、措施費、規費和稅金等在內。

3.1 木結構方案

木結構方案上部結構框架采用花旗松膠合木梁柱構件，柱共有4種規格，截面尺寸分別 為 320mm×320mm、360mm×360mm、400mm×400mm以 及 450mm×450mm； 梁 共有5種規格，截面尺寸分別為200mm×400mm、200mm×500mm、240mm×500mm、240mm×550mm以及300mm×720mm。樓板采用190mm厚云杉-松-冷杉正交膠合木板。所有木結構構件之間采用金屬連接件（含釘、螺栓等）進行連接。平面圖上兩處樓梯井設計為250mm厚鋼筋混凝土剪力墻。結構方案詳見圖2（1），其中，木結構材料及其相應的金屬連接件分為國產和進口兩種。經濟性分析中分別對國產木材（國產連接件）和進口木材（進口連接件）進行成本計算。

基礎采用鉆孔灌注樁，樁身混凝土為水下C30，單根樁長45m，共56根。承臺共設置2只，采用C35混凝土。

圖1 平面和立面示意圖

地下室結構混凝土強度等級為C35，其中地下室地板和外墻的構件混凝土抗滲等級為P6。

3.2 鋼筋混凝土結構方案

鋼筋混凝土結構方案上部結構采用250mm厚剪力墻，按照規范設計框架梁柱以及樓板，結構方案詳見圖2（2）。

基礎采用鉆孔灌注樁，樁身混凝土為水下C30，單根樁長45m，共68根。承臺共設置21只，采用C35混凝土。

地下室結構混凝土強度等級為C35，其中地下室地板和外墻的構件混凝土抗滲等級為P6。

3.3 鋼結構方案

鋼結構方案采用Q345鋼材，主要有工字型鋼材和箱形鋼材，按照規范設計鋼結構框架梁柱以及樓板。

基礎部分、地下室部分以及全樓內部鋼筋混凝土剪力墻結構的布置與鋼筋混凝土結構方案一致。該方案主要結構布置見圖2（3）。

上述3種結構方案的主體結構成本計算結果見表1。

4 不同方案分析對比

當采用國產木結構材料時，其主體結構單方造價為2 714元/m2，比鋼筋混凝土結構的單方造價高出452元/m2，即增加20%的成本；與鋼結構比較，單方造價節約145元，即降低成本5%。

當采用進口木結構材料時，其主體結構單方造價為3 415元/m2，比鋼筋混凝土結構的單方造價高出1 153元/m2，即增加51%的成本；與鋼結構比較，單方造價高出556元，即增加19%的成本。

無論采用國產木結構材料還是進口木結構材料，其上部結構自重都比鋼筋混凝土結構和鋼結構要小很多，對于基礎和地下室的成本也有一定的影響。其中，與鋼筋混凝土結構相比，基礎和地下室節約成本124.87萬元，約合16%；與鋼結構相比，基礎和地下室節約成本114.46萬元，約合15%。

圖2 各方案主要結構布置示意圖

表1 3種結構方案主體結構建安成本計算結果

主體結構建安成本一般占工程項目總成本的比例為30%～40%，其中，部分主體結構材料變更引起的單方建造成本的變化，對于總的成本影響是比較小的。采用木結構方案后，還可以為整體項目帶來許多其他的優勢，例如木結構可實現高度預制化，施工速度快，縮短工期以及貸款周期，是積極響應國家號召的裝配式建筑技術；部分木結構構件可直接暴露在室內，節省大量裝飾裝修的成本和工期，有效降低建筑碳排放和施工污染；所有的木質構件在建筑全壽命周期結束以后都可以進行回收利用，既減少了建筑垃圾堆填對環境的影響，也可以成為一部分隱形利益的回收。

另外，自從中共中央國務院《關于進一步加強城市規劃建設管理工作的若干意見》提出之后，全國明確了力爭用10 年左右時間，使裝配式建筑占新建建筑的比例達到30%的目標。根據《建筑產業現代化發展綱要》的要求，到2020 年，裝配式建筑占新建建筑的比例20% 以上，到2025 年，裝配式建筑占新建建筑的比例50% 以上[3]。木結構作為裝配式建筑結構的一種，在很多省份都有相應的優惠政策和補貼獎勵，政策的引導也是影響經濟性的一個重要因素。

綜上所述，木結構建筑的一次性投資比傳統鋼筋混凝土結構和鋼結構略高，但木結構節能環保，全壽命周期的使用成本較低[4]，綜合經濟效益非常可觀的。

5 結語

本文以一棟擬建于上海的6層辦公樓為研究對象，分別測算分析了不同結構方案的主體建安成本，通過對比研究發現，多層木結構體系一般具有以下的特點：①當采用國產木結構材料和國產連接件時，主體結構的單方造價與鋼筋混凝土結構相近，比鋼結構單方造價更便宜，在經濟性上具有一定的競爭力；②木結構自重輕，抗震性能好，可節約基礎和地下室造價；③木結構高度預制化，施工速度快，縮短工期以及貸款周期；④木結構構件可直接暴露在室內，節省大量裝飾裝修的成本和工期；⑤所有的木質構件在建筑全壽命周期結束以后都可以進行回收利用，回收一部分隱形利益。

木結構建筑在中國建筑市場中被越來越多的人所認識并認可。在今后建筑節能減排以及進一步實現裝配預制化的產業革新和升級中將成為一種有效結構形式。

參考文獻：

[1]何敏娟,陶鐸,李征.多高層木及混合結構研究進展[J].建筑結構學報,2016.37(10):1-9.

[2]闕澤利,李哲瑞,王菲彬,侯同宇,等.中高層木結構用正交膠合木（CLT）在歐洲的研究與發展現狀[J].建筑結構,2017,47(2):75-80.

[3]孟楠.各省發展裝配式建筑最新政策匯總[J].建筑,2016(20):20-21.

[4]龔蓂杰,陳東哲,張敏飛.現代木結構住宅能耗及經濟性分析[J].建筑技術開發,2016,43(2):103-105.