装配式钢结构幼儿园的案例分析

廖欠明   李亚军   陈赓

（中建科技有限公司深圳分公司，广东 深圳 518000）

摘要：以某装配式钢结构幼儿园项目为例，与传统现浇混凝土结构进行对比，从工期、质量、使用功能、节能环保、主材消耗等方面对装配式钢结构体系进行了分析，为进一步发展预制装配式建筑提供了有价值的参考信息。

关键词：装配式；钢结构；混凝土；BIM技术

近年来，国家多次出台鼓励推广装配式建筑的相关政策。装配式钢结构建筑结构体系受力明确，工业化程度高，质量较有保证；同时，由于钢结构构件小，更能有效提高建筑使用空间。随着劳动力成本不断提高、熟练劳动力和技术工人越来越短缺，发展装配式建筑是未来建筑行业的必然趋势。

1.项目概况：

本项目是装配式钢结构幼儿园，共3层，总建筑面积5354m²，建筑高度12.2m，建筑抗震设防烈度为 7 度。主体结构采用钢框架结构体系，楼板除卫生间部分采用现浇楼板外，其余均采用倒T型预应力混凝土叠合板和钢筋混凝土叠合板，外墙采用预制外墙板与钢结构主体连接（详见图1、图2），内隔墙采用ALC加气混凝土条板，结构装配率达到93%。

2.装配式钢结构建筑的优势

2.1工期管理

①工期管理方面。项目在施工前期精心编制了项目实施策划书，对项目进度计划进行合理安排，并运用BIM技术建模，对项目场地布置、碰撞检查、施工模拟等方面进行模拟分析，排查出了各专业设计图纸上存在的问题（详见图3），并针对问题通过修改设计、调整施工顺序等措施制定了解决方案，有效的减少了设计变更、返工、窝工等情况的发生。项目结合进度计划统计出每个施工阶段需运至施工现场的预制构件种类及数量，便于项目合理配置机械、人员等关键资源，确保了项目可以按进度计划顺利的实施，较传统施工方式，结合BIM技术的装配式钢结构建筑更加便于施工工期的管理与控制。

图3：BIM模型构件碰撞检查图

②由于本项目采用了大量的钢柱、钢梁、预制外墙挂板等预制构件，工业化程度高，现场湿作业工作量少，受气候条件等外界影响小。此外，采用了构件预埋件连接法、外墙免抹灰施工工艺等先进的施工方法，施工方面机械化程度高，制定好科学的管理流程后，可以快速、高效的推进施工作业进程（详见图4）。项目施工进度为约15天一层，传统的现浇钢筋混凝土结构也约15天左右一层，二者施工进度相当。但现浇钢筋混凝土结构浇筑完后，还需拆除建筑模板、拆除支撑体系、外脚手架等，还需再费一些时日，同时还造成很多建筑垃圾需要清理、外运等，现场的安全文明施工较差，尤其是对于大城市而言，建筑垃圾的处理会变得越来越困难。

2.2质量控制

项目的钢结构、PC预制构件由构件厂负责生产加工，预制构件由车间熟练工人操纵大型专业设备进行生产，有的还采用机器人自动化生产，成品质量更易保证；此外，混凝土的养护具有相对标准的温度及湿度，可靠性更有保证。构件的制作采用钢模板制作，其表面平整度、垂直度等质量品质更容易得到保证，构件的外形尺寸更加准确（详见图5）。工厂按照科学的管理制度和规范的标准体系，对构件出厂前的质量进行严格把关，确保每一个出厂的构件都达到设计施工的要求。高质量的预制构件加上现场规范的施工，装配式建筑很大程度的改善了墙体开裂、渗漏等传统混凝土结构的质量通病，提升了建筑的整体安全等级。

2.3使用功能

①钢结构相较于传统混凝土结构重量轻、施工工艺成熟，现场只需采用高强螺栓与焊接组合的连接方式，安装简便迅速。在同等条件下，钢梁的截面尺寸较小，以本项目GKL1为例（详见图6、图7），其跨度为8.1m，截面高度为400mm，若采用混凝土梁，按设计规范要求，其梁高约为跨度的1/12，经计算，所需混凝土梁高度约为675mm。通过对比可以看出GKL1比混凝土梁截面高度减少了275mm，在同等层高的条件下，采用钢结构梁可以有效提高室内净高，提升了室内的有效使用空间，增强了建筑的使用舒适度性。若相同净高条件下，层高可以做到更低。此外，由于钢结构具有良好的延性和可靠性，在地震、台风等极端情况下，装配式钢结构幼儿园可作为良好的紧急避难场所，为周边居民提供良好的临时庇护场所。

2.4节能环保

我国建筑不仅能耗高，且能源利用效率低，单位建筑能耗比要高于同等气候条件下发达国家。实行建筑节能，降低建筑能耗，减少环境污染，是国家实施节能战略的重要方面。本项目从钢结构框架、预制楼板、预制外墙三个方面介绍了装配式钢结构建筑在节能环保方面的优势。

①框架：主体结构采用钢框架结构体系（详见图8），钢材用量经过精细的核算，工厂根据计算结果合理下料制作，减少了材料的浪费，且产生的建筑垃圾少。此外，钢结构材料具有可拆装、可循环、可回收等优点，在垃圾二次倒运、清理、最终垃圾的处理上节省了成本，有利于大气、水资源和土壤的保护，符合绿色建筑发展的要求。

②楼板：本项目大量的使用了倒T型预应力混凝土叠合板，走廊区域采用钢筋混凝土叠合板等预制板。其中倒T型预应力混凝土叠合板无需使用支撑，减少了施工现场脚手架和木模板的使用量，不仅节约了成本且减少了钢材和木材的消耗。

③墙板：建筑外墙为PC预制外墙挂板（详见图9），通过提前预埋构件的方式实现与主体框架的有效连接，内隔墙均为ALC加气混凝土条板，安装简单施工方面。相较于传统的施工方式，装配式钢结构施工现场湿作业少，噪音、烟尘、水资源污染等也远远小于传统建筑施工现场。

2.5主材消耗

项目就传统混凝土结构与装配式钢结构在主体结构施工阶段的主材消耗方面进行了数据分析。传统混凝土结构主材主要考虑墙柱、梁板、楼梯等部位混凝土及钢筋的使用量；装配式钢结构主材考虑梁、柱、楼梯等构件的钢材用量以及预制叠合板及现浇部分的混凝土及钢筋用量。通过对数据的整理分析，得出两种结构形式在主材消耗方面的差异（详见表1）。

从表1可以看出，在主材消耗方面，装配式钢结构的结构比传统混凝土结构用钢量有所增加，混凝土用量减少。由于近期钢材价格较高，加工和安装费用高，就结构造价而言，混凝土结构更具有优势。

3.结语：本文结合具体的装配式钢结构幼儿园项目实例，总结出装配式钢结构在工期进度的管理、建筑质量的控制、节能环保、建筑使用功能的提升等方面具有一定优势，尤其是在同等层高条件下，钢结构的空间优势尤为明显，为行业内装配式建筑的发展提供具有价值参考的信息。但现阶段由于PC预制构件的制作成本相对较高，装配式钢结构在用钢量方面较高，成本比混凝土结构有所增加，但随着PC构件工厂产能的不断提升、建筑工人劳动力成本的日益增加以及环保压力的持续加大等因素，发展装配式建筑必将成为未来建筑的大趋势。

4.参考文献：

[1] 刘禹，李忠富.基于产业组织模式工业化的装配式建筑成本控制研究 [J] .建筑经济，2017，38（04）：43-47.

[2] 宋非非．预制装配式混凝土结构技术的研究与应用[J]．住宅产业， 2010（4）：86-88

[3]王豪,刘义,黄绪宏.装配式建筑与现浇式对比研究分析[J].工业建筑,2017.

[4]叶浩文.新型建筑工业化的思考与对策[J].工程管理学报,2016.

[5]何炳,朱国城,毛日荣.轻钢结构预制装配式建筑的现状与发展[J].住宅与房地产,2017(3):120.

[6]张建平,李丁,林佳瑞,等.BIM在工程施工中的应用[J].施工技术,2012,41(16)