某大学生活动中心整体装配式钢筋混凝土框架与钢框架选型比较

秦中慧

（中船第九设计研究院工程有限公司，上海 200090）

1 项目概况

上海某高校内新增建筑大学生活动中心，规划基地面积12799.9m2，总建筑面积22338m2，其中地上建筑面积18050m2，地下建筑面积4288m2，地上5层，地下1层。建成后能够为大学生事务管理、学生会活动、健身、室内运动等提供场地，并为学生工作的顺利开展提供后勤保障，同时也有利于学校文艺工作的开展。大学生活动中心效果图见图1。

图1 大学生活动中心效果图

建筑物屋面标高为22.2m，柱网尺寸为7.8～8.4m，平面尺寸为147m×43m，首层和二层层高为4.8m，以上各层层高为4.2m，平面存在扭转不规则、二层开大洞2项不规则项，竖向存在体型收进、错层2项不规则项，同时建筑也为超长结构。总的来说，大学生活动中心是一个特别不规则的建筑，同时该建筑还存在多处18～22m的大跨度。

2 结构选型比较背景

对于高校大学生活动中心这样一种常见建筑，按照通常的做法以及业主常规的诉求，多采用常见的现浇钢筋混凝土框架结构形式。但是随着我国经济的发展，人力成本的增加和对环境保护要求的严格化，国家自2015年以来密集出台了装配式建筑规划。2015年年底住建部发布了《工业化建筑评价标准》（GB/T 51129—2015），决定2016年全国全面推广装配式建筑，并取得突破性进展；2015年年底，住建部出台了《建筑产业现代化发展纲要》，计划到2020年装配式建筑占新建建筑的比例达20%以上，到2025年装配式建筑占新建筑的比例达50%以上。

在装配式住宅推行过程中，上海市要求相对较严、较高。2016年，上海市住房与城乡建设管理委员会发布了《上海市装配式建筑单体预制率和装配率计算细则》（沪建建材〔2016〕601号），文件规定自2016年起，除配套构筑物、建筑面积5000m2以下的建筑、总建筑面积2000m2以下的新建工业厂房配套办公或研发等项目、技术条件特殊不适宜实施装配式的建筑外，建设项目符合条件的新建民用、工业建筑应全部按照装配式建筑要求实施，建筑单体预制率不应低于40%或单体装配率不低于60%。经过3年装配式建筑的试点、摸索与经验总结，2019年年初，上海市住房与城乡建设管理委员会又发了《关于进一步明确装配式建筑实施范围和相关工作要求的通知》（沪建建材〔2019〕97号）（以下简称“97号文”），文件规定除配套构筑物、建筑面积10000m2以下建筑、总建筑面积10000m2以下的新建工业厂房配套办公或研发等项目外，新建民用建筑、工业建筑应全部按装配式建筑要求实施，建筑单体预制率或单体装配率不变。技术条件特殊的建设项目，可申请调整预制率或装配率指标。同时，文件还制定了建筑预制率和装配率的详细计算细则。根据“97号文”要求，大学生活动中心应该采用装配式，传统的现浇钢筋混凝土框架结构形式已经不能采用，下文将从结构构件尺寸、预制率、施工情况、造价四个方面分析比较。

3 整体装配式钢筋混凝土框架结构与钢框架结构比较

3.1 结构构件比较

大学生活动中心位于上海，抗震设防烈度为7度，Ⅳ类场地土，设计地震分组为第二组，设计基本地震加速度值为0.10g，设计特征周期为0.9s（多遇地震）。如果采用整体装配式钢筋混凝土框架结构，抗震等级为三级，竖向不规则处与大跨度处抗震等级提高为二级，采用钢框架结构时，抗震等级为四级，竖向不规则处及大跨度处抗震等级提高为三级。采用三维结构设计分析软件盈建科及PKPM建模计算，得出建筑物结构构件尺寸见表1。

计算结果显示，由于在钢结构中，次梁两端均为铰接连接，其高度比混凝土结构要高，除次梁外，采用装配式钢框架梁柱截面均比采用装配式钢筋混凝土框架结构所用构件截面尺寸小，尤其是大跨度处，效果更为明显，从而为建筑提供了更多的使用空间，使地下车库有了更多的车位。从构件截面尺寸来讲，装配式钢框架更轻巧，更具优势。

表1 构件截面比较 单位：mm

3.2 预制率比较

根据上海市“97号文”规定的计算方法，对大学生活动中心两种结构形式计算了预制率，均采用计算细则中算法二进行计算，预制部件的选择满足《建筑抗震设计规范》（GB 50011—2010）和《装配式混凝土结构技术规程》（JGJ 1—2014）的要求，同时还要兼顾建筑使用需求。当采用整体装配式钢筋混凝土框架结构时，底层是嵌固层，框柱采用现浇，楼梯间为重要逃生通道，其框架梁柱采用现浇，大跨度及不规则处本身需要加强部位也采用现浇，卫生间容易渗水且有很多管井采用现浇。对于钢框架结构，所有的梁板柱均算预制构件。该项目是校园内新建建筑，为了与原有经典学院式风格的建筑保持一致，设计遵循校区总体规划，传承文化底蕴，体现校区风貌。若外墙采用预制装配式做法，将存在一定的外墙渗漏隐患和风险，故两种结构形式的预制部件均先不考虑外围护墙体。两种结构形式的预制率计算结果见表2。

表2 地上结构预制率比较

从预制率计算比较表格可以看出，采用整体装配式钢筋混凝土框架结构时，如果不考虑预制外围护墙体的贡献，预制率只能达到35.5%，根本不能满足要求，要满足40%预制率的要求，必须让外围护墙体贡献4.5%以上的预制率，同时要牺牲掉一些建筑功能。而采用装配式钢结构的预制率能达到55%，不需要外围护墙采用预制，就可以轻松满足预制率不小于40%的要求。

3.3 施工情况比较

采用整体装配式钢筋混凝土框架结构时，梁柱节点区域由于抗剪要求，梁柱纵向钢筋数量较多，连接接头也比较多，钢筋间距比较密，钢筋连接需要大量采用套筒灌浆，钢筋的接头质量非常重要，套筒接头灌浆施工完成以后，其灌浆的密实度看不见、摸不着、测不出，接头检测的难度也很大，施工中存在一定的质量和安全隐患。总之，装配式钢筋混凝土结构的施工安全和质量取决于专业能力和现场管控，科学而周密的施工组织设计、严格的现场监管是前提，目前业内缺乏具备相应专业能力的施工及监理人员，行业尚未完全发育成熟，存在施工安全隐患的不在少数。而装配式钢结构施工经过多年的经验积累，目前已经是一项非常成熟的施工技术，钢结构在全国各地市面上使用率很高，从目前的施工质量来看，装配式钢结构施工更占优势。由于目前装配式构件厂家数量和质量都还不足，构件在厂家预制需要长时间排队，从工期上来讲，钢框架施工工期也更短。

3.4 造价比较

造价往往是结构选型的决定性因素。按照整体装配式钢筋混凝土框架结构和钢框架结构两种结构形式分别计算其主要工程量，并套用定额进行计价，两种结构形式的投资详见表3。

表3 土建造价比较

钢框架结构自重较轻，导致桩、桩接头数量减少，桩基造价比装配式混凝土结构少75.05万元，减少约9%。由于地下工程结构地上一层型钢柱要插入地下室，因此钢框架的造价要增加201.95万元，增加约10.6%。当采用整体装配式钢筋混凝土框架结构时，如果不考虑外围护墙的预制，预制率达不到40%的要求，为了达到预制率，外围护墙体得补足4.5%的预制率，这部分预制将导致地上部分建筑造价增加196.76万元，比钢框架增加约10.4%。地上结构工程采用钢框架则比采用装配式钢筋混凝土框架节省258.62万元，节约7.4%左右。两种结构型式总造价相差不大，钢框架节省53.19万元，节省了0.23%，基本持平。

3.5 结论比较

通过比较分析大学生活动中心两种结构选型在构件截面、预制率、施工情况、造价等方面的情况可以发现，采用装配式钢框架结构比采用装配式钢筋混凝土结构更具有优势。装配式钢框架构件截面更小、更轻巧，预制率能轻松满足40%的要求，不需要立面造型复杂的外围护墙提供预制率，避免了可能出现的渗水严重的问题，使施工质量和工期都能得到保证，投资造价也没有增多，甚至更省。

4 结论

通过对上海某大学生活动中心的设计分析比较可知，对于需要采用装配式建筑而平面竖向不规则的多层框架结构，外立面复杂，预制外围护墙体不经济，质量难以保证时，建议选择装配式钢框架结构，它比整体装配式钢筋混凝土框架结构更安全、更适用、更经济。