新型多层木结构经济性分析

1 背景及意义

现代木结构建筑回归中国建筑市场虽然只有不到20年的时间，但随着技术和市场的不断发展，除了传统3层及3层以下的建筑应用，工程研究和实践开始越来越多的关注和探索木结构在多层甚至高层建筑中的应用[1][2]。我国《多高层木结构建筑技术标准》（GB/T51226—2017）也即将于2017年10月1日起实施。新标准的落地将更加积极有力地推动多层木结构技术的发展。

多层木结构可以将不同的材料组合在一起，利用和发挥各自的优势和特点。木结构技术用于多层建筑中，很好地顺应了当下建筑行业发展的方向，木结构建筑层数的增加可以提高土地使用率，增加建筑使用面积，同时进一步降低建筑整体碳排放，提高建筑的装配率和预制率。

提倡多层建筑使用木结构，可以促进全球合法林产品的贸易流通，同时为木材加工企业带来市场和机遇，还可以为木结构在今后的大力发展做好充分的技术储备，是一种多赢的选择。

本文从研究和探索的角度，以一栋拟建6层办公楼为研究对象，设计为混合木结构方案，以此展开对多层木结构的经济性分析，并对比多层木结构方案与钢筋混凝土结构以及钢结构方案主体结构经济指标的区别。

2 研究对象

以上海市某拟建6层办公楼为研究对象，对主体结构进行经济性分析研究。该办公楼建筑面积约5 900m2，建筑高度24m，含1层地下室，平面和立面示意图见图1。

本文共提出3种不同的结构方案，分别为混合木结构方案，钢筋混凝土结构方案和钢结构方案，其中后两者为对比研究方案，主要目的是分析多层木结构方案和传统结构方案之间的区别。

木结构方案主体结构采用胶合木框架结构，钢筋混凝土剪力墙（电梯井、楼梯井）以及正交胶合木（CLT）楼板。钢筋混凝土结构和钢结构方案，均采用框架剪力墙结构。项目拟建于上海，基础均为桩基础。

3 不同结构方案经济性分析

本文仅对不同结构方案主体结构建安成本进行比较分析，包含基础、地下室和上部结构，不包含外围护结构、装饰装修等部分的成本。具体的费用测算内容包含以下各部分。

（1）对基础、地下室、剪力墙及上部结构的费用进行测算。

（2）仅考虑结构部分的费用，地下工程涉及的基坑围护的费用不含在内。

（3）木材及相应的连接件费用按采购国产和进口两种情况考虑。

（4）按照《沪建市管(2016)42号关于实施建筑业营业税改增值税调整本市建设工程计价依据的通知》，采用增值税计价模式。

（5）钢筋混凝土费用参照《上海市建筑和装饰工程概算定额（2010）》。

（6）工料机单价采用上海市2016年10月发布的信息价。

（7）企业管理费和利润、安全文明施工措施费、规费等费用的费率采用增值税计价费率。

（8）综合单价包含人工、材料、机械、管理费、利润、安全文明施工费、措施费、规费和税金等在内。

3.1 木结构方案

木结构方案上部结构框架采用花旗松胶合木梁柱构件，柱共有4种规格，截面尺寸分别 为 320mm×320mm、360mm×360mm、400mm×400mm以 及 450mm×450mm； 梁 共有5种规格，截面尺寸分别为200mm×400mm、200mm×500mm、240mm×500mm、240mm×550mm以及300mm×720mm。楼板采用190mm厚云杉-松-冷杉正交胶合木板。所有木结构构件之间采用金属连接件（含钉、螺栓等）进行连接。平面图上两处楼梯井设计为250mm厚钢筋混凝土剪力墙。结构方案详见图2（1），其中，木结构材料及其相应的金属连接件分为国产和进口两种。经济性分析中分别对国产木材（国产连接件）和进口木材（进口连接件）进行成本计算。

基础采用钻孔灌注桩，桩身混凝土为水下C30，单根桩长45m，共56根。承台共设置2只，采用C35混凝土。

图1 平面和立面示意图

地下室结构混凝土强度等级为C35，其中地下室地板和外墙的构件混凝土抗渗等级为P6。

3.2 钢筋混凝土结构方案

钢筋混凝土结构方案上部结构采用250mm厚剪力墙，按照规范设计框架梁柱以及楼板，结构方案详见图2（2）。

基础采用钻孔灌注桩，桩身混凝土为水下C30，单根桩长45m，共68根。承台共设置21只，采用C35混凝土。

地下室结构混凝土强度等级为C35，其中地下室地板和外墙的构件混凝土抗渗等级为P6。

3.3 钢结构方案

钢结构方案采用Q345钢材，主要有工字型钢材和箱形钢材，按照规范设计钢结构框架梁柱以及楼板。

基础部分、地下室部分以及全楼内部钢筋混凝土剪力墙结构的布置与钢筋混凝土结构方案一致。该方案主要结构布置见图2（3）。

上述3种结构方案的主体结构成本计算结果见表1。

4 不同方案分析对比

当采用国产木结构材料时，其主体结构单方造价为2 714元/m2，比钢筋混凝土结构的单方造价高出452元/m2，即增加20%的成本；与钢结构比较，单方造价节约145元，即降低成本5%。

当采用进口木结构材料时，其主体结构单方造价为3 415元/m2，比钢筋混凝土结构的单方造价高出1 153元/m2，即增加51%的成本；与钢结构比较，单方造价高出556元，即增加19%的成本。

无论采用国产木结构材料还是进口木结构材料，其上部结构自重都比钢筋混凝土结构和钢结构要小很多，对于基础和地下室的成本也有一定的影响。其中，与钢筋混凝土结构相比，基础和地下室节约成本124.87万元，约合16%；与钢结构相比，基础和地下室节约成本114.46万元，约合15%。

图2 各方案主要结构布置示意图

表1 3种结构方案主体结构建安成本计算结果

主体结构建安成本一般占工程项目总成本的比例为30%～40%，其中，部分主体结构材料变更引起的单方建造成本的变化，对于总的成本影响是比较小的。采用木结构方案后，还可以为整体项目带来许多其他的优势，例如木结构可实现高度预制化，施工速度快，缩短工期以及贷款周期，是积极响应国家号召的装配式建筑技术；部分木结构构件可直接暴露在室内，节省大量装饰装修的成本和工期，有效降低建筑碳排放和施工污染；所有的木质构件在建筑全寿命周期结束以后都可以进行回收利用，既减少了建筑垃圾堆填对环境的影响，也可以成为一部分隐形利益的回收。

另外，自从中共中央国务院《关于进一步加强城市规划建设管理工作的若干意见》提出之后，全国明确了力争用10 年左右时间，使装配式建筑占新建建筑的比例达到30%的目标。根据《建筑产业现代化发展纲要》的要求，到2020 年，装配式建筑占新建建筑的比例20% 以上，到2025 年，装配式建筑占新建建筑的比例50% 以上[3]。木结构作为装配式建筑结构的一种，在很多省份都有相应的优惠政策和补贴奖励，政策的引导也是影响经济性的一个重要因素。

综上所述，木结构建筑的一次性投资比传统钢筋混凝土结构和钢结构略高，但木结构节能环保，全寿命周期的使用成本较低[4]，综合经济效益非常可观的。

5 结语

本文以一栋拟建于上海的6层办公楼为研究对象，分别测算分析了不同结构方案的主体建安成本，通过对比研究发现，多层木结构体系一般具有以下的特点：①当采用国产木结构材料和国产连接件时，主体结构的单方造价与钢筋混凝土结构相近，比钢结构单方造价更便宜，在经济性上具有一定的竞争力；②木结构自重轻，抗震性能好，可节约基础和地下室造价；③木结构高度预制化，施工速度快，缩短工期以及贷款周期；④木结构构件可直接暴露在室内，节省大量装饰装修的成本和工期；⑤所有的木质构件在建筑全寿命周期结束以后都可以进行回收利用，回收一部分隐形利益。

木结构建筑在中国建筑市场中被越来越多的人所认识并认可。在今后建筑节能减排以及进一步实现装配预制化的产业革新和升级中将成为一种有效结构形式。

参考文献：

[1]何敏娟,陶铎,李征.多高层木及混合结构研究进展[J].建筑结构学报,2016.37(10):1-9.

[2]阙泽利,李哲瑞,王菲彬,侯同宇,等.中高层木结构用正交胶合木（CLT）在欧洲的研究与发展现状[J].建筑结构,2017,47(2):75-80.

[3]孟楠.各省发展装配式建筑最新政策汇总[J].建筑,2016(20):20-21.

[4]龚蓂杰,陈东哲,张敏飞.现代木结构住宅能耗及经济性分析[J].建筑技术开发,2016,43(2):103-105.