高烈度区高层办公楼装配式方案优选

邹展宇 刘翔

深圳市华阳国际工程设计股份有限公司广州分公司

面对传统建筑业存在的低技术、多能耗、高污染、占用人工等问题，国家提出了新型建筑工业化[1]，并于2016年发布了《国务院办公厅关于大力发展装配式建筑的指导意见》（国发办〔2016〕71号）。

作为城市名片的高层办公楼由于功能空间复杂多变，加之追求别具一格的造型，很难采用对标准化要求较高的装配式混凝土结构（其更适用于平面简单、标准化程度高的住宅建筑[2]）。而钢结构（组合结构）相比混凝土结构，具有自重较轻、抗震性能好等优点。特别是在海南这个位处地震烈度高的区域，钢结构的优势更加明显。所以海南省政府在2017年发布了《关于大力发展装配式建筑的实施意见》（琼府〔2017〕100号），提出在单体建筑面积超过2万m2的大型公共建筑的建造中，优先采用装配式钢结构。但从土建成本来说，钢结构比现浇混凝土结构造价更高，同时海南位处台风频遇地区，钢结构需要付出更大的经济代价才可满足房屋舒适度的要求。

本文以海南生态智慧新城高层办公楼为例，根据其地域及造型特点，创新性地提出了一种新型装配式组合结构体系，实现装配式建筑对于结构部分得分不低于20分的要求。该结构体系受力可靠、施工方便，与传统现浇相比，土建工期接近，造价增加较少，可广泛应用于地震、台风频发及地震力较大的区域，能有效推动装配式尤其是预制竖向构件的发展，同时为高层装配式办公建筑提供良好的示范案例。

1 项目概况

海南生态智慧新城C-01-02地块产业项目位于海南省五指山市，属于地震、台风频发及地震力较大的区域。地块用地面积约5万m2，总建筑面积20万m2。项目由五栋高层办公楼和附属建筑及地下空间组成，其中三栋塔楼约100m高，两栋约80m高（图1，2），土地出让条件要求五栋高层办公楼均采用装配式建造方式。

1 海南生态智慧新城方案总平面图

2 海南生态智慧新城模型效果图

1.1 整体设计理念

本项目作为海南生态智慧新城的核心，为横跨五座塔楼的科技和金融产业提供了甲级办公空间、商业空间和餐饮空间。形象设计是生态智慧新城的心脏，类似“海南之心”五指山的五栋塔楼代表了“生态”的概念。同山一样，塔楼在空中花园和屋顶都种有绿植。“智慧”的概念体现在数字技术，它被表示为构成塔楼、零售和景观设计的数码化像素。在塔楼二与塔楼三之间是一座连接桥，成为通往生态智慧城市和博物馆公园的门户。

1.2 功能布局原则

五栋塔楼被分为三个类别，以提供不同的销售与租赁策略。塔楼一和塔楼三为甲级写字楼，可以单间出租或多间出租，偏心筒提供了更多面向博物馆公园的空间。塔楼二为地标性写字楼，是最高的塔楼，在西侧拥有多层通高的空中花园。塔楼四和塔楼五为次甲级写字楼，可以作为多租户写字楼出租。如图3所示，塔楼四的标准层存在核心筒偏置，同时因为外立面造型的要求，平面外圈较为复杂多变，不存在相同轮廓的楼层。

2 装配式方案比选

2.1 评价标准解读

《装配式建筑评价标准》（GB／T51129-2017，简称《标准》）出台后，海南省以其为基础，依据地方特色发布了关于印发《海南省装配式建筑装配率计算规则》琼建科〔2018〕70号的通知（简称《计算规则》）。根据《计算规则》，装配率计算公式为P=（Q1+Q2+Q3+Qt）/（100-Q4）×100%。其中装配率P不低于50%且需同时满足相应规定项的最低得分才可认定为装配式建筑。本项目属于办公建筑，建筑功能无厨房一项，根据评价标准的要求，可以在装配率计算的分母中扣除“集成厨房”的6分，即Q4。按50%的装配率计算，47分即可满足装配式建筑的最低要求。

由《标准》可知，一栋建筑的装配率主要由主体结构、围护墙和内隔墙、装修和设备管线及其他项组成。其中主体结构最低要求20分，围护墙和内隔墙最低要求10分，全装修为必选项，其他项可以根据项目特点采用。主体结构得分在体系上可选择预制混凝土结构、钢结构、钢混组合结构等结构体系。不同体系中也可选择水平构件、竖向构件等预制构件。不同结构方案对工程造价、施工难度、施工工期、施工方案等都存在不同程度的影响。根据本项目特点和难点分析，影响最大的选项是主体结构，所以本文对不同装配式方案的主体结构进行适当的比较分析，推导出优选的装配式方案。

3 T4 七层平面图

2.2 主体结构装配式方案

主体结构分为竖向构件和水平构件，其中竖向构件（如柱、支撑、承重墙、延性墙板等）的预制应用比例需大于或等于35%，才可得20分；水平构件（如梁、楼板、楼梯、阳台、空调板等）的预制应用比例需大于或等于80%，才可以得20分。

由于塔楼的平面轮廓线并不规则，没有统一的标准层平面，立面设计丰富多变，且塔楼单层平面存在核心筒偏置、开间尺寸未标准化等情况，根据本项目建筑特点提出了三个可行的装配式结构方案（均为20分），如表1所示。通过对经济、施工难度和施工周期的对比分析可得到以下结论。

（1）方案一采用了目前应用最广泛、技术相对成熟的叠合板。由于结构布置规则，为减少叠合板的数量及种类，竖向构件全部采用铝模施工，可得8分；水平构件采用铝模施工时，可最多折算10%的水平面积。因此叠合板面积需要大于水平面积的62%（每层面积约为950m2），才能满足主体结构最低20分的要求（图4）。

（2）方案二采用了钢外框-混凝土核心筒的组合结构，符合海南大型公共建筑优先采用钢结构的相关政策。非核心筒区域水平构件为组合楼板及钢梁，其面积大于水平面积的80%，可得20分。如图5所示，钢管混凝土柱总面积为10.1m2，竖向构件总面积为36.8m2，钢管混凝土柱的面积约占竖向构件总面积的27.4%，无法满足竖向构件最低35%的要求。由于竖向钢结构对装配率没有贡献，水平构件采用组合楼板，土建成本较普通混凝土结构造价增加。

表1 主体结构装配方案得分对比

4 叠合板平面布置图

5 钢管混凝土柱平面布置图

（3）方案三充分利用了钢管混凝土柱的竖向构件体积量，不足部分在核心筒局部受力较大的位置用多腔钢管混凝土边缘构件补齐。既满足了竖向构件的体积要求，也充分利用了高烈度区多腔钢管混凝土边缘构件的强度，有效减少了剪力墙的钢筋数量，降低了施工难度。

2.3 方案的经济性分析

经过详细的模型计算与统计，以上三个结构方案的设计材料用量如表2所示。按现行的《2020年1月海南省建设工程主要材料市场信息价》文件套价后（约取），各方案的主体结构造价详见表3。

方案二的全混凝土结构重量较方案一、三稍轻，基础造价相对经济，相对混凝土结构的基础有10%的降低，仅从主体造价考虑，方案三更具优势。

方案二采用了钢外框配合核心筒爬模施工技术，其施工速度相对于叠合板7天左右一层，每层可节约4天时间。项目一共20层，工期上较方案一可节约80天左右。若按贷款5亿5%年利率计算，日资金利息成本约6.7万元，建设周期内共可节省500万元以上。

方案一标准层钢筋混凝土柱子截面约为1 000mm×1 000mm，方案二、三标准层柱子为直径800mm的钢管混凝土柱，方案二、三全楼使用面积较方案一可节约150m2。按20 000元/m2的售价，可产生300万元的经济效益。

表2 装配式方案材料用量统计表

表3 各装配式方案主体结构造价对比

综合功能空间、立面造型、土建成本及间接产生的经济效益等要求，建设方最终采用方案三。

3 结论

目前我国的装配式建筑还出于起步阶段，而且由于我国地缘辽阔、气候条件差别大、土地供给不平衡，也使得我国的建筑造型千差万别，这与装配式建筑要求的标准化设计相矛盾。如何选取合适的装配式方案至关重要。本文通过对一个实际项目装配式方案的比选分析，得出以下结论。

（1）针对不同类型、不同地区的建筑物，应因地制宜地选用合适的装配式方案。

（2）对于地震、台风频遇且地震力较大的地区，应充分发挥钢材抗拉、混凝土抗压的优势，采用组合结构是较优的装配式方案。

（3）多腔钢管混凝土边缘构件新技术可以解决目前预制竖向构件灌浆套筒存在的问题，属于土建成本和综合经济效益最优的方案。它能为未来装配式项目提供较好的参考，并有效推动我国预制竖向构件技术的发展。