某大學生活動中心整體裝配式鋼筋混凝土框架與鋼框架選型比較

秦中慧

（中船第九設計研究院工程有限公司，上海 200090）

1 項目概況

上海某高校內新增建筑大學生活動中心，規劃基地面積12799.9m2，總建筑面積22338m2，其中地上建筑面積18050m2，地下建筑面積4288m2，地上5層，地下1層。建成后能夠為大學生事務管理、學生會活動、健身、室內運動等提供場地，并為學生工作的順利開展提供后勤保障，同時也有利于學校文藝工作的開展。大學生活動中心效果圖見圖1。

圖1 大學生活動中心效果圖

建筑物屋面標高為22.2m，柱網尺寸為7.8～8.4m，平面尺寸為147m×43m，首層和二層層高為4.8m，以上各層層高為4.2m，平面存在扭轉不規則、二層開大洞2項不規則項，豎向存在體型收進、錯層2項不規則項，同時建筑也為超長結構。總的來說，大學生活動中心是一個特別不規則的建筑，同時該建筑還存在多處18～22m的大跨度。

2 結構選型比較背景

對于高校大學生活動中心這樣一種常見建筑，按照通常的做法以及業主常規的訴求，多采用常見的現澆鋼筋混凝土框架結構形式。但是隨著我國經濟的發展，人力成本的增加和對環境保護要求的嚴格化，國家自2015年以來密集出臺了裝配式建筑規劃。2015年年底住建部發布了《工業化建筑評價標準》（GB/T 51129—2015），決定2016年全國全面推廣裝配式建筑，并取得突破性進展；2015年年底，住建部出臺了《建筑產業現代化發展綱要》，計劃到2020年裝配式建筑占新建建筑的比例達20%以上，到2025年裝配式建筑占新建筑的比例達50%以上。

在裝配式住宅推行過程中，上海市要求相對較嚴、較高。2016年，上海市住房與城鄉建設管理委員會發布了《上海市裝配式建筑單體預制率和裝配率計算細則》（滬建建材〔2016〕601號），文件規定自2016年起，除配套構筑物、建筑面積5000m2以下的建筑、總建筑面積2000m2以下的新建工業廠房配套辦公或研發等項目、技術條件特殊不適宜實施裝配式的建筑外，建設項目符合條件的新建民用、工業建筑應全部按照裝配式建筑要求實施，建筑單體預制率不應低于40%或單體裝配率不低于60%。經過3年裝配式建筑的試點、摸索與經驗總結，2019年年初，上海市住房與城鄉建設管理委員會又發了《關于進一步明確裝配式建筑實施范圍和相關工作要求的通知》（滬建建材〔2019〕97號）（以下簡稱“97號文”），文件規定除配套構筑物、建筑面積10000m2以下建筑、總建筑面積10000m2以下的新建工業廠房配套辦公或研發等項目外，新建民用建筑、工業建筑應全部按裝配式建筑要求實施，建筑單體預制率或單體裝配率不變。技術條件特殊的建設項目，可申請調整預制率或裝配率指標。同時，文件還制定了建筑預制率和裝配率的詳細計算細則。根據“97號文”要求，大學生活動中心應該采用裝配式，傳統的現澆鋼筋混凝土框架結構形式已經不能采用，下文將從結構構件尺寸、預制率、施工情況、造價四個方面分析比較。

3 整體裝配式鋼筋混凝土框架結構與鋼框架結構比較

3.1 結構構件比較

大學生活動中心位于上海，抗震設防烈度為7度，Ⅳ類場地土，設計地震分組為第二組，設計基本地震加速度值為0.10g，設計特征周期為0.9s（多遇地震）。如果采用整體裝配式鋼筋混凝土框架結構，抗震等級為三級，豎向不規則處與大跨度處抗震等級提高為二級，采用鋼框架結構時，抗震等級為四級，豎向不規則處及大跨度處抗震等級提高為三級。采用三維結構設計分析軟件盈建科及PKPM建模計算，得出建筑物結構構件尺寸見表1。

計算結果顯示，由于在鋼結構中，次梁兩端均為鉸接連接，其高度比混凝土結構要高，除次梁外，采用裝配式鋼框架梁柱截面均比采用裝配式鋼筋混凝土框架結構所用構件截面尺寸小，尤其是大跨度處，效果更為明顯，從而為建筑提供了更多的使用空間，使地下車庫有了更多的車位。從構件截面尺寸來講，裝配式鋼框架更輕巧，更具優勢。

表1 構件截面比較 單位：mm

3.2 預制率比較

根據上海市“97號文”規定的計算方法，對大學生活動中心兩種結構形式計算了預制率，均采用計算細則中算法二進行計算，預制部件的選擇滿足《建筑抗震設計規范》（GB 50011—2010）和《裝配式混凝土結構技術規程》（JGJ 1—2014）的要求，同時還要兼顧建筑使用需求。當采用整體裝配式鋼筋混凝土框架結構時，底層是嵌固層，框柱采用現澆，樓梯間為重要逃生通道，其框架梁柱采用現澆，大跨度及不規則處本身需要加強部位也采用現澆，衛生間容易滲水且有很多管井采用現澆。對于鋼框架結構，所有的梁板柱均算預制構件。該項目是校園內新建建筑，為了與原有經典學院式風格的建筑保持一致，設計遵循校區總體規劃，傳承文化底蘊，體現校區風貌。若外墻采用預制裝配式做法，將存在一定的外墻滲漏隱患和風險，故兩種結構形式的預制部件均先不考慮外圍護墻體。兩種結構形式的預制率計算結果見表2。

表2 地上結構預制率比較

從預制率計算比較表格可以看出，采用整體裝配式鋼筋混凝土框架結構時，如果不考慮預制外圍護墻體的貢獻，預制率只能達到35.5%，根本不能滿足要求，要滿足40%預制率的要求，必須讓外圍護墻體貢獻4.5%以上的預制率，同時要犧牲掉一些建筑功能。而采用裝配式鋼結構的預制率能達到55%，不需要外圍護墻采用預制，就可以輕松滿足預制率不小于40%的要求。

3.3 施工情況比較

采用整體裝配式鋼筋混凝土框架結構時，梁柱節點區域由于抗剪要求，梁柱縱向鋼筋數量較多，連接接頭也比較多，鋼筋間距比較密，鋼筋連接需要大量采用套筒灌漿，鋼筋的接頭質量非常重要，套筒接頭灌漿施工完成以后，其灌漿的密實度看不見、摸不著、測不出，接頭檢測的難度也很大，施工中存在一定的質量和安全隱患。總之，裝配式鋼筋混凝土結構的施工安全和質量取決于專業能力和現場管控，科學而周密的施工組織設計、嚴格的現場監管是前提，目前業內缺乏具備相應專業能力的施工及監理人員，行業尚未完全發育成熟，存在施工安全隱患的不在少數。而裝配式鋼結構施工經過多年的經驗積累，目前已經是一項非常成熟的施工技術，鋼結構在全國各地市面上使用率很高，從目前的施工質量來看，裝配式鋼結構施工更占優勢。由于目前裝配式構件廠家數量和質量都還不足，構件在廠家預制需要長時間排隊，從工期上來講，鋼框架施工工期也更短。

3.4 造價比較

造價往往是結構選型的決定性因素。按照整體裝配式鋼筋混凝土框架結構和鋼框架結構兩種結構形式分別計算其主要工程量，并套用定額進行計價，兩種結構形式的投資詳見表3。

表3 土建造價比較

鋼框架結構自重較輕，導致樁、樁接頭數量減少，樁基造價比裝配式混凝土結構少75.05萬元，減少約9%。由于地下工程結構地上一層型鋼柱要插入地下室，因此鋼框架的造價要增加201.95萬元，增加約10.6%。當采用整體裝配式鋼筋混凝土框架結構時，如果不考慮外圍護墻的預制，預制率達不到40%的要求，為了達到預制率，外圍護墻體得補足4.5%的預制率，這部分預制將導致地上部分建筑造價增加196.76萬元，比鋼框架增加約10.4%。地上結構工程采用鋼框架則比采用裝配式鋼筋混凝土框架節省258.62萬元，節約7.4%左右。兩種結構型式總造價相差不大，鋼框架節省53.19萬元，節省了0.23%，基本持平。

3.5 結論比較

通過比較分析大學生活動中心兩種結構選型在構件截面、預制率、施工情況、造價等方面的情況可以發現，采用裝配式鋼框架結構比采用裝配式鋼筋混凝土結構更具有優勢。裝配式鋼框架構件截面更小、更輕巧，預制率能輕松滿足40%的要求，不需要立面造型復雜的外圍護墻提供預制率，避免了可能出現的滲水嚴重的問題，使施工質量和工期都能得到保證，投資造價也沒有增多，甚至更省。

4 結論

通過對上海某大學生活動中心的設計分析比較可知，對于需要采用裝配式建筑而平面豎向不規則的多層框架結構，外立面復雜，預制外圍護墻體不經濟，質量難以保證時，建議選擇裝配式鋼框架結構，它比整體裝配式鋼筋混凝土框架結構更安全、更適用、更經濟。