裝配整體式剪力墻結構預制率對成本的影響

陳杰穎, 黃喜兵

(西南交通大學土木工程學院, 四川成都 610031)

隨著我國經濟社會的發展以及節能低碳環保理念深入人心，粗放式的高耗能的建造方式已不再適應市場發展要求，集約化、專業化、產業化、低碳化是必然的發展方向。

近年來，伴隨我國城鎮化和城市現代化進程的快速發展，能源與環境問題日益突出，大力推廣裝配式建筑成為建筑業轉型升級的重要抓手[4]。住房和城鄉建設部發布的《“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到15 %以上，其中重點推進地區達到20 %以上，積極推進地區達到15 %以上，鼓勵推進地區達到10 %以上”。建立健全裝配式建筑的標準體系，對于全面提升裝配式建筑質量、效益和品質，實現裝配式建筑全面發展具有重要意義。政策的提出在國家層面上明確了裝配式建筑的發展目標，同時，各級地方政府也積極引導，根據各地區的發展現狀因地制宜的探索裝配式建筑的發展政策，并以示范城市和項目為引導，各地區的裝配式建筑呈現規模化的發展態勢[1]。但目前裝配式建筑的發展始終無法逾越“成本”的因素。本文將以一家地產公司的標準樓型產品為對象，結合不同的裝配方案，基于加權平均法對不同方案的建造成本進行對比與分析，旨在揭示不同預制率與成本的關系，再對預制方案按照不同的豎向預制構件進行分類，從而對裝配式剪力墻結構預制率對成本的影響進行研究。

1 案例分析

1.1 工程概況

本文的研究對象1#棟為某地產公司高層住宅標準戶型產品(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，設計標高±0.000相當于72.100。地上31層，地下2層，建筑屋面標高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標準層為3.000 m,項目位于6度抗震設防區，設計基本地震加速度0.05g，結構采用裝配整體式剪力墻結構體系，剪力墻抗震等級為三級。

1.2 預制率的計算方法

裝配式建筑的評價標準作為標準體系的重要組成部分，是裝配式建筑健康推動、質量把控的重要保障之一，其中預制率是評價裝配式建筑的重要指標，也是政府制定裝配式建筑扶持政策的主要依據[2]。上海市在2016年7月發布了《關于本市裝配式建筑單體預制率和裝配率計算細則(試行)的通知》，規范了上海市裝配式建筑單體預制率和裝配率的計算方法[8]。其中單體預制率是 指混凝土結構、鋼-混凝土組合結構、木結構等結構類型的裝配式建筑±0.000以上主體結構和圍護結構中預制構件部分的材料用量占對應構件材料總用量的比率。

上海計算細則中給出2個計算單體預制率的方法，其中混凝土結構可按照方法1或方法2進行計算，鋼結構、鋼-混凝土組合結構、竹木結構可按方法2進行計算。

方法 1 的計算公式為:

建筑單體預制率=

方法 2 的計算公式為：

建筑單體預制率 = ∑(構件權重 × 修正系數×預制構件比例)× 100%

本文案例為混凝土結構，將通過方法1進行預制率的計算。預制率計算結果見表1。

可知預制率貢獻度預制剪力墻外墻>預制剪力墻內墻>預制疊合板>預制非承重墻>預制疊合梁>預制樓梯。

1.3 成本的計算方法

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

構件的成本計量包含：“直接費”(包含：材料費、人工及機械、措施費)、“綜合管理費”、“利潤”和“營業稅”四大部分[3]。數據來源于本項目的實際清單，其中：

圖1 標準層平面

表1 各構件預制率

直接費=材料費+人工及機械+措施費

綜合管理費=直接費×14%

利潤=(直接費+綜合管理費)×6%

營業稅=(直接費+綜合管理費+利潤)×13%

按照此種計算公式，一塊同型號的同種構件最終價格為：

構件價格=直接費+綜合管理費+利潤+營業稅

根據構件設計的材料，和單塊用量的理論消耗量，以及材料的單價，進行材料費的計算。然后對其“人工及機械費”和“措施費”進行測算。并將得出的構件價格于現澆構架單價進行對比，得到相對于傳統施工的單平方米建造成本差異。計算結果見表2。

表2 各構件與現澆構件的成本差異

1.4 不同方案預制率對成本的影響

本項目將分為5個方案：

方案A完全按照傳統現澆建造方式：使用主體結構現澆、砌體填充墻。

方案B主要考慮水平構件預制，預制的構件類型包含預制疊合板、樓梯、疊合梁。

方案C在方案B水平構件預制的基礎上，預制構件增加預制非承重墻。

方案D在方案C的基礎上，預制構件增加預制剪力墻內墻。

方案E在方案D的基礎上，增大剪力墻預制的程度，預制構件增加預制剪力墻外墻。

根據不同拆分方案計算生產全成本，不同方案較之傳統方案(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 不同預制方案的單方成本差值

圖2 各預制方案單方成本差值折線

出于經濟性考慮，假設僅需滿足所在地區預制率10 %～20 %的要求，應盡可能預制水平構件，含疊合板、樓梯、疊合梁；如預制率需達20 %以上，還應預制剪力墻。

折線顯示的變化趨勢是：預制率升高，成本增高，但增加的幅度在不同區間內是有差異的[6]。

方案A至方案B斜率最小，顯示出該區間由成本增量提升的預制率最高(獲得預制率的顯著提升)，說明不要求預制豎向構件的情況下，僅預制水平構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，預制率得到較大提升；急劇的成本增加發生在方案C和E之間,預制剪力墻的在獲得高預制率的同時，成本也快速增加。

1.5 裝配式剪力墻結構預制率對成本的影響

選用裝配式剪力墻結構進行預制構件的方案組合，將只含有預制剪力墻外墻作為豎向構件的預制方式為方案A；只含有預制剪力墻內墻作為豎向構件的預制方式為方案B；同時含有剪力墻外墻與內墻作為豎向構件的預制方式為方案C(表4)。

表4 裝配式剪力墻結構預制方案

從表4可知裝配率剪力墻結構的預制率均大于15 %，預制方案中加入預制剪力墻可大大提高預制率。當只選用預制剪力墻外墻做承重構件時，預制率都能達到20 %；當只選用預制剪力墻內墻時，部分預制方案達不到20 %；當兩種剪力墻都選用時，預制率都可達28 %。將表格繪制成散點圖(圖3)。

圖3 裝配式剪力墻結構方案散點

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

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

圖4 各方案單方成本差值與預制率的比值折線

2 結論

我國建筑業已經進入轉型升級的重要階段，裝配式建筑是建筑業發展的必然趨勢[7]。本文首先通過一棟以裝配式剪力墻為結構的高層住宅樓的預制率與成本的測算，對不同方案的建造全成本進行對比與分析。

2.1 預制率的控制

(1)預制率貢獻度預制剪力墻外墻>預制剪力墻內墻>預制疊合板>預制非承重墻>預制疊合梁>預制樓梯；

(2)處于經濟考慮可盡量預制水平構件；

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

2.2 成本的控制

探究裝配式剪力墻結構預制率對成本的影響。

(1)預制剪力墻外墻比內墻得到的收益更高；

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