本工程位于湖南省长沙市, 为公共租赁住房项目, 采用装配整体式剪力墙结构体系。项目总建筑面积约11 432.52m², 以26#楼为例, 主体结构地上17层, 地下1层, 建筑高度51.30m。该项目抗震设防类别为丙类, 建筑抗震设防烈度为6度, 设计基本加速度为0.05g, 设计地震分组为第一组, 场地类别为Ⅱ类, 设计特征周期为0.35s, 剪力墙抗震等级为四级, 建筑效果图如图1所示。

　　 本工程依据《装配式混凝土结构技术规程》 (JGJ 1—2014) ^[1]及《预应力混凝土叠合板 (50mm、60mm实心底板) 》 (06SG439-1) ^[2]等规范和图集进行设计。体系采用由预制剪力墙、预制外隔墙、预制内隔墙、单向预应力叠合楼板、预制梁、预制梯板、预制阳台、预制空调板等连接形成的装配整体式剪力墙结构。结构标准层平面布置图如图2所示。本文按照土建工程量计算规则进行混凝土、钢筋等用量的统计, 并依据2017年建材市场价格对本项目的造价进行对比分析。

　　 本工程地貌起伏较小, 场地工程地质条件较为简单, 除局部存在较厚的人工填土外, 均匀分布粉质黏土和强风化砂岩, 持力层埋深较浅。抗浮水位较低, 在基础和底板设计时, 水浮力不起控制作用。地勘资料中土层分布如表1所示。

　　 基础原设计方案为筏板基础, 厚度为1 000mm, 混凝土强度等级为C30, 双层双向通长配筋22@200, 局部附加钢筋。筏板基础整体性能好, 刚度大, 且本工程基底为强风化岩层, 地基承载力高, 变形小, 但地基承载能力富余较多, 未能充分发挥筏板基础的承载力优势。

　　 根据地勘报告描述以及上部结构剪力墙底内力情况, 该工程可采用独立基础, 独立基础高度为1 200~1 500mm, 大部分为构造配筋, 独立基础之间用拉梁连接, 并设置防水板, 厚度为250mm, 由于抗浮力水位不高, 经过计算, 防水板为构造配筋, 配筋为双层双向10@200, 板面筋在独立基础处拉通。

　　 两种不同基础形式下地基与基础的承载力满足设计要求, 独立基础最大沉降量计算值为28mm, 筏板基础最大沉降量计算值为21mm, 其沉降值与沉降差均满足《建筑地基基础设计规范》 (GB 50007—2011) ^[3]表5.3.4的要求。筏板基础通过整块大筏板协调地基变形, 比独立基础的传力途径更长, 其造价一般比独立基础贵。两种基础工程用量材料如表2所示, 由表2可以看出, 独立基础+防水板的混凝土及钢筋用量分别是筏板基础的75%和72%, 本工程采用方案1比方案2更节省。

　　 在本住宅项目中混凝土楼盖约为总造价的25%左右。住宅工程结构体系的合理性, 将对其技术经济效益产生较大的影响, 合理地选择住宅楼结构技术方案不仅对于前期的施工有很大的便利, 而且后期收获的经济效益也会更加明显。本节将对实际应用案例中不同跨度小预应力叠合楼板与混凝土叠合楼板体系进行经济性能对比和分析, 如表3~7所示, 结果表明:当跨度为3~4m时, 单向混凝土叠合楼板比单向预应力叠合楼板经济;但当跨度为5~7m时, 单向预应力叠合楼板要比单向混凝土叠合楼板经济。

　　 原设计单位楼板采用单向混凝土叠合楼板, 厚度为200mm (其中预制部位为70mm) , 根据以上分析可知, 当楼板跨度不小于5.0m时, 采用单向预应力叠合楼板更经济, 由于本工程楼板大部分跨度为6.6m, 经过优化, 决定采用单向预应力叠合楼板, 厚度为160mm (其中预制部位为70mm) ^[4], 对7m跨的两种方案的经济性对比如表7所示, 可知, 每平米单向预应力叠合楼板要比单向混凝土叠合楼板节省造价11%左右。

　　 作为全现浇结构, 楼板大部分为100mm厚, 大客厅部位楼板厚度为110mm, 当采用单向预应力叠合楼板时, 由于不设置或者少设置次梁, 叠合楼板厚度达到160mm (6.6m跨) , 会增加混凝土用量与钢筋用量, 阳台采用叠合阳台, 空调板采用叠合空调板, 其厚度均比传统现浇结构要大, 会增加混凝土用量与钢筋用量;楼板板厚增加, 荷载加大, 也会增加梁、柱构件的配筋量。本节采用了5种方案 (表8) 进行不同预制率下钢筋含量与混凝土含量的研究, 具体数据见表9。结果表明:预制外墙板与叠合楼板是导致混凝土用量及用钢量增加的主要因素;预制率越高, 结构所消耗的钢筋及混凝土用量也增加越多。

　　 传统现浇施工方式中, 经济性是指工程从规划、勘察、设计、施工到整个产品使用寿命周期内的成本, 具体表现为设计成本、施工成本、使用成本三者之和。本节仅考虑施工成本、使用维护成本和工期成本等直接成本三个方面, 探究不同装配率情况下工程的经济效益。

　　 本工程在方案阶段采用了5种方案进行预制率成本的对比, 不同预制率下的装配整体式建筑造价较传统现浇式建筑的增加情况有所不同, 装配整体式建筑造价随预制率变化而变化。采用方案2时, 施工成本比方案1要增加71.3元/m², 但使用维护成本能减少26.4元/m², 工期成本 (工期提前10%左右) 能减少5.7元/m², 因此, 预制率为15.26%的住宅工程的造价将增加39.2元/m²左右;采用方案3时, 施工成本比方案1要增加200.1元/m², 但使用维护成本 (避免重做保温系统30元/m², 其他维护成本18元/m²) 能减少47.8元/m², 工期成本 (工期提前25%左右) 能减少13.8元/m², 因此, 预制率为39.38%的住宅工程的造价将增加138.5元/m²左右;采用方案4时, 施工成本比方案1要增加300元/m², 但使用维护成本能减少55.2元/m², 工期成本 (工期提前30%左右) 能减少19.6元/m², 因此, 预制率为61%的住宅工程的造价将增加224.5元/m²左右;采用方案5时, 施工成本比方案1要增加350元/m², 但使用维护成本能减少62.5元/m², 工期成本 (工期提前35%左右) 能减少24.9元/m², 因此, 预制率为65.5%的住宅工程的造价将增加262.9元/m²左右, 详见表10。

　　 计算结果如图3所示, 不同区间范围内的装配整体式建筑每平米造价增加量的变化情况均不相同, 为了便于比较, 从15.26%预制率开始考虑经济预制率, 取各区间的平均水平作为比较依据, 经过成本测算, 当预制率为15.26%时, 每平米造价比现浇混凝土结构增加41.3元;当预制率为39.38%时, 每平米造价比现浇混凝土结构增加138.2元;当预制率为61.0%时, 每平米造价比现浇混凝土结构增加228元;当预制率为65.5%时, 每平米造价比现浇混凝土结构增加266元。结果表明, 采用方案1是最经济的, 方案5最不经济, 预制率越高, 成本增加会越多。

　　 本文依据现有装配式剪力墙结构设计规程及相关资料, 对长沙某装配整体式剪力墙住宅进行优化, 可得出以下结论:

　　 (1) 当地基承载力较高, 基础坐落在岩石层上, 若采用筏板基础则地基承载力往往未得到充分利用, 可以采用传力更直接的独立基础方案。

　　 (2) 当剪力墙楼板跨度比较大时 (≥5.0m) , 采用单向预应力叠合板比单向混凝土叠合板更具有经济效益。

　　 (3) 不同预制率下的装配整体式剪力墙结构造价较传统现浇式剪力墙结构的增加情况有所不同, 本文仅考虑施工成本、使用维护成本和工期成本三个方面, 不考虑建厂等设计成本, 研究了5种不同装配方案下的成本增加情况, 结果表明, 采用全现浇是最经济的, 预制率越高, 成本增加越多, 钢筋用量与混凝用量增加越多。