随着烧结粘土砖在我国的全面禁用,新型砌体材料如雨后春笋般快速发展,混凝土小型空心砌块是新出现的替代材料之一。混凝土小型空心砌块是由胶凝材料、水、骨料按一定比例经机械成型、养护而成,是融砌体与混凝土材料优点于一体的新型墙体材料。配筋砌块砌体是将混凝土空心砌块用砂浆砌筑成墙体,同时配置水平钢筋和竖向钢筋与构造柱和圈梁进行锚固连接,最后以砌块为模板,采用灌芯混凝土将空心砌块竖向孔洞全部灌实形成配筋芯柱,使砌块、钢筋和灌孔混凝土形成整体。

配筋砌块砌体结构的研究和应用起步于国外且发展迅速,美国在1952年建成了26栋6层～13层的退伍军人医院,瑞士在1957年建成了20层的高层住宅。尽管我国配筋砌块砌体结构应用较晚,但也取得了良好的开端。上海、株洲分别在1998年、2007年建成了18层、19层的住宅楼,内蒙古集宁市在2009年也建成了12层的住宅楼,哈尔滨市在2013年建成了我国首栋百米级配筋砌块砌体建筑——科盛科技大厦,标志着我国配筋砌块砌体结构的发展与应用进入了新阶段。由于混凝土空心砌块相对于普通粘土砖而言,生产1m³的砌块耗能仅为生产1m³粘土砖的15%,而且强度较高,耐久性也超过普通砖混建筑,但材料费用等相对会有所变化,所以比较分析配筋砌块砌体结构、砖混结构、框架结构、框剪结构各部分费用,找出影响其工程费用的主要因素,为有针对性地进行工程费用控制提供参考。

工程费用由建筑安装工程费和设备及工器具购置费组成。其中建筑安装工程费包括人工费、材料费、施工机具使用费、企业管理费、利润、规费和税金,而企业管理费、利润、规费和税金皆以人工费、材料费、施工机具使用费不同组合为基数取费率组成。因此,本文将从工程费用角度对四种结构类型工程的人工、材料、施工机具使用费进行计算分析。

本文通过工程实例分析,配筋砌块砌体结构与其他三种结构类型工程的工程费用相比,其单位建筑面积工程费用低于框架、框剪结构,高于砖混结构;对工程费用有较大影响的单位面积人工工日消耗、构成承重结构的砌体、混凝土及钢筋等主要材料消耗及施工机具使用费均低于框架、框剪结构。

位于呼和浩特市新城区的配筋砌块砌体结构、砖混结构、框架结构、框剪结构教学楼,设计使用年限均为50年,抗震设防烈度为8度,具体工程概况如下:

配筋砌块砌体结构工程A,地上五层,建筑面积6850.18m²,房屋总高度为17.95m,首层为下部加强部位,层高3.55m,墙体配筋、锚固及边缘构件做相应加强措施,满足《建筑抗震设计规范》GB50011-2010(2010)的要求,其余层层高均为3.6m。基础形式为毛石基础,外墙采用夹芯复合墙体,即墙体内叶采用承重配筋砌块砌体,采用Cb30的灌芯混凝土将空心砌块竖向孔洞全部灌实,外叶砌筑带劈裂面的空心砌块兼做外立面,内外叶墙体采用拉结钢筋网片进行拉结,中间放置10cm厚的挤塑板保温,兼有较好的储热能力和保温隔热性能。内、外墙均为双面清水墙,仅有部分内墙因使用要求做抹灰刮腻子处理。

本工程采用内蒙古地区生产的经过测试和现场试验确定的混凝土小型空心砌块。承重砌块和劈裂砌块主要规格均为390mm×190mm×190mm、290mm×190mm×190mm、190mm×190mm×190mm及90系列,砌块模数为2M₀,其中连梁块留有两道竖向切割缝,在放置水平钢筋时,需将连梁块的肋人工打掉,形成通长凹槽(见图1及1-1剖面图),采用专用砂浆掺合料及芯柱混凝土掺合料提高砌筑质量。砌筑砌块时应满足分皮(一皮标准砌块,一皮连梁块)错缝搭接,搭接砌筑长度不小于90mm。

多层常规砖混结构工程B:地上五层,建筑面积6850.18m²,房屋总高度17.95m,首层层高3.55m,其余层层高均为3.6m,基础形式为毛石基础,采用M7.5混合砂浆砌筑Mu10P1型烧结多孔粘土砖(容重≤15.9kN/m³);简单装修,外墙挂保温板喷涂料,内墙抹灰刮腻子。

多层常规框架结构工程C:地上五层,局部四层,建筑面积22254.7m²,房屋的总高度为21.6m,第一层层高5.4m,第二～四层层高为3.9m,五层层高4.5m,填充墙体材料为加气混凝土砌块,现浇混凝土独立基础;简单装修,外墙抹灰挂保温板喷涂料,内墙抹灰刮腻子。

多层常规框架-剪力墙结构工程D:地上六层,建筑面积11308.36m²,房屋总高度为22.9m,第一层层高4.5m,第二～四层层高为3.8m,五、六层层高3.5m,填充墙体材料为加气混凝土砌块,现浇混凝土条形基础;简单装修,外墙抹灰挂保温板喷涂料,内墙抹灰刮腻子。

采用广联达系列软件对主体工程量进行计算,然后在算出的工程量基础上利用神机妙算软件逐项套价,汇总计算出各种需要的数据进行对比分析。

配筋砌块砌体结构工程A、砖混结构工程B、框架结构工程C和框剪结构工程D土建工程费用指标对比,见表1。

由表1可见,从单位建筑面积工程费用方面分析,配筋砌块砌体结构比砖混结构高8.78%,比框架、框剪结构分别低9.01%、27.04%。由于砖混结构抗震性能差、满足规范要求的房间开间小,目前已不适合应用于有较大空间要求的建筑中。配筋砌块砌体结构不使用烧结砖等高耗能建筑材料,具有环保节能的优势,且弥补了砖混结构抗震能力差、开间小的不足;与框架、框剪结构相比,其抗震性能与承载能力基本相当,且有单位面积工程费用低的优势。

由于配筋砌块墙体为双面清水墙,在砌筑过程中要随时清理孔洞内的舌头灰,灌孔前要打开所有清扫孔,清理砌块内的落地灰,100%灌注芯柱,砌筑配筋墙体工序复杂;又由于墙体内芯柱竖向钢筋要求贯通墙身与圈梁连接,所以每层下部几皮砌块的砌筑需在钢筋安装好后套入,消耗了较多人工工日。

在现有砌块形式下(见图2),水平钢筋的放置,需人工打掉连梁块的肋,人工敲打砌块的过程造成了部分砌块破损严重无法再使用,增加人工工日的同时又加大了材料的损耗。施工单位联合建设单位针对砌筑配筋墙体施工工序,请内蒙古自治区建设工程造价管理总站对此项工序增加的人工工日和材料损耗进行裁定。造价管理总站同意施工单位的建议,即砌筑每立方米砌块墙体消耗的人工工日数为定额人工工日数的2倍,材料损耗为定额损耗量的1.2倍。用神机妙算软件统计出各结构类型的人工工日消耗,见表2。

由表2可知,从单位面积人工消耗方面分析,砖混结构、框架结构分别比配筋砌体结构低0.122工日/m²、0.039工日/m²,框剪结构比配筋砌体结构高0.432工日/m²。

笔者通过查阅资料和借鉴发达地区先进经验,建议在提高施工人员熟练程度的基础上,本地砌块生产厂家能够配合生产出带凹槽的连梁块,尽量减少标准砌块的使用。

如果将砌块形式由图2调整为图3,砌筑承重空心砌块与砌块砌体内灌孔混凝土两项人工、材料消耗定额含量均采取定额标准,统计出的四种结构类型人工消耗指标见表3。

由表3可见,改变空心砌块形式后,从单位建筑面积总工程费用方面分析,砖混结构比配筋砌块砌体结构低52.60元/m²,框架、框剪结构分别比配筋砌块砌体结构高204.39元/m²、460.16元/m²;从单位建筑面积总人工消耗方面分析,砖混、结构、框架结构、框剪结构分别比配筋砌块砌体结构高0.339工日/m²、0.421工日/m²、0.893工日/m²。

用神机妙算软件调整配筋砌块砌体结构中砌筑承重混凝土空心砌块、砌块砌体内灌孔混凝土两个定额子项人工消耗定额含量系数,使之与现行定额人工消耗成倍数关系,其余定额子项均保持不变,统计建筑及装饰装修工程总人工工日消耗量,计算单位面积人工消耗。如图4所示,砖混结构、框架结构与配筋砌块砌体结构的单位面积人工消耗交点分别在1.7～1.8、1.9～2.0之间,框剪结构与配筋砌块砌体结构单位面积人工消耗无交点。

用插值法进行计算:砌筑配筋砌块砌体人工消耗定额含量调整系数等于1.735、1.915时,可与砖混、框架结构的单位面积人工工日消耗相等。所以,将砌筑配筋砌块砌体的人工消耗定额含量系数控制在现行人工消耗定额含量的1.915倍以内,在目前人工费连年上涨、材料费却有下降趋势的市场环境下,突破这一瓶颈,在内蒙古地区大力推广使用配筋砌块砌体结构将会有相对的人工优势。

以构成工程实体的主要承重材料——砌体、混凝土及钢筋为代表分析配筋砌块砌体结构与其他三种结构类型工程的材料费。统计出四种结构类型工程的部分材料费指标,见表4。

由表4可见,从单位建筑面积材料费用方面考虑,配筋砌块砌体结构比砖混结构高34.88%,比框架、框剪结构分别低14.47%、22.75%;从单位建筑面积砌筑工程费用方面考虑,配筋砌块砌体结构最高,比砖混、框架、框剪结构分别高64.18%、84.01%、83.14%;从单位建筑面积混凝土及钢筋工程费用方面考虑,配筋砌块砌体结构最低,比砖混、框架、框剪结构分别低11.04%、168.89%、188.78%。

由于配筋砌块墙体芯柱的使用,代替了大部分构造柱,其主要受力构件为配筋砌块墙体,而墙体的竖向钢筋及水平钢筋工程量计入砌筑工程,因此其单位面积砌体工程费用较高。而框架、框剪结构主要受力构件为框架柱、剪力墙等,均由钢筋和混凝土现场浇筑而成,需支模板,消耗了较多的钢筋和混凝土,所以其单位面积混凝土及钢筋工程均高于配筋砌块砌体结构。

以工程中大量使用的周转性材料——脚手架和模板为代表,分析配筋砌块砌体结构与其他三种结构类型工程的周转性消耗材料。根据计算规则综合脚手架按建筑面积进行计算,与结构类型无关,因此本文仅分析模板工程。四种结构类型工程的模板使用量对比分析,见表5。

由表5可知,从单位面积模板使用量方面考虑,配筋砌块砌体结构最低。由于配筋砌块砌体结构中灌芯芯柱代替部分构造柱,砌体本身做永久模板使用,所以其单位面积模板使用量低,减少了模板等不可再生材料的使用量,符合环保节能的政策要求。

统计四种结构类型工程的全部施工机具使用费(含机上人工)进行对比分析,见表6。

由表6可知,从单位面积施工机具使用费方面考虑,配筋砌块砌体结构最低,框架结构最高。这是由于配筋砌块砌体结构模板使用量小,垂直运输套用现行定额建筑高度在20米内的混合结构子项;而框架、框剪结构模板消耗量相对较高,垂直运输套用现行定额建筑高度在30米内的现浇框架结构子项,经计算所得配筋砌块砌体结构机械消耗相对较少。

受砌块模数的影响,配筋砌体的夹芯外墙总厚度为380mm,内墙为190mm;而砖混结构的外墙总厚度为465mm(其中保温层厚度100mm),内墙为240mm,据建筑面积计算规则统计四种结构类型工程的净使用面积,见表7。

由表7可知,从净使用面积方面分析,配筋砌块砌体结构的净使用面积率最高,比砖混、框架、框剪结构分别高2.21%、4.61%、6.97%。从单位净使用面积总工程费用方面分析,配筋砌块砌体结构比砖混结构高6.45%,比框架、框剪结构分别低15%、37.89%。因此,配筋砌块砌体结构在净使用面积方面优势明显,且结构布局无突出墙面的梁柱,房间内部墙面平整,增加屋内使用空间。

本文结合工程实例从工程费用角度比较分析了四种结构类型工程的土建工程费用,得出以下结论:

(1)经过土建工程费用分析,多层配筋砌块砌体结构单位面积土建工程费用低于多层框架、框剪结构,高于砖混结构。但其弥补了砖混结构抗震能力差、满足规范要求的开间小、应用范围受限制的不足,且不使用烧结砖等高耗能建筑材料,具有环保节能的优势。

(2)与框架结构相比,将砌筑配筋砌块砌体结构的人工消耗定额含量系数控制在现行定额人工消耗定额含量的1.915倍以内,大力推广使用配筋砌块砌体结构能够降低人工成本,为开发商带来较大利润空间,能够进一步推动配筋砌块砌体结构的发展。

(3)配筋砌块砌体结构抗震性能与承载能力与框架、框剪结构基本相当,其构成工程实体的主要承重材料费用、施工机具使用费均低于框架、框剪结构,具有造价低的优势。

(4)配筋砌块砌体结构减少了模板的使用量,加大了建筑的净使用面积,外墙夹芯复合双面清水墙体的应用,减少了现场的湿作业,满足减少资源、能源投入的绿色建筑标准。

(5)由于本研究使用的是内蒙古地区预算定额及市场价格,故结论具有一定的局限性,仅给其他地区提供参考。