论华策国际大厦关键技术创新与应用的技术经济效益

论华策国际大厦关键技术创新与应用的技术经济效益

谭立帆1  ,罗聪韵2

1.广东省建筑计设研究院有限公司  2.广东建设工程监理有限公司

摘要：装配式逆作法与新型钢板剪力墙关键技术的创新与应用，为项目建设带来明显的技术经济效益。

关键词：装配式逆作法；新型钢板剪力墙；技术创新；技术经济效益

一.引言

华策国际大厦依托口岸经济圈的优势资源，布局商务社交、都市生活、文化体验三大主力业态，打造横琴首个精致商务社交体验场，是珠海横琴新区的标志性建筑。

建设项目投资总投资概算12亿元，由珠海横琴华策投资控股有限公司投资建设，建设期为750日历天，工期紧，拟定于2016年年中竣工。

建设单位期望短时间内把建设项目建到符合预售节点要求的建筑高度，早日投产回收部分建设投资。

经建设单位组织专家论证、并采纳设计、施工、监理及造价的专业意见，制定了地下工程部分局部采用半逆作法先行施工，塔楼的核心筒改作装配式结构，塔楼外围框架继续使用钢管混凝土柱、钢梁（H型）和钢筋桁架楼承板形式施工。

二、项目概况

项目规划用地占地面积约为1.4万平方米。基底面积14310平方米，总建筑面积113214平方米（其中：地上建筑面积72496平方米、地下建筑面积40717平方米）。地上建筑由二个塔楼和一座商业裙楼组成，7至10层设置连接通道(其中:商业裙楼4层，建筑高度22.65米；东塔楼26层，建筑高度119.95米，西塔楼15层，建筑高度70.9米，塔楼之间由连廊和裙楼连接；地下商业和地下车库共5层，地下室底板标高-23.4米（其中：地下室五层有部分为核六级人防）。

三、装配式逆作法提出

由于建筑物的基坑支护桩及工程桩工程量大、施工难度高，施工工期占总工期超过18个月。在基坑支护桩及工程桩已经完工、基坑土方已开挖超过目标深度50%的情况下，建设单位发现，按现有建设进度不能在6个月内完成西塔楼封顶、东塔楼施工到建筑高度的67%及总建筑面积完成50%的建设进度，不符合法定的预售要求，需设计单位和施工单位必须采用一些创新技术、开拓性工法对现有设计进行改进及施工能力挖潜才能实现预期的工期目标，使建设项目早日投产回收建设投资。

在此工程实施情况下，整个建设项目、尤其是地下工程的施工作业，按现状的顺作工法作业显然无法满足进度要求，在基坑土方已开挖超过目标深度50%的情况下也不可能实施全逆工法施工作业，半逆工法施工作业是实现工期目标的最佳途径。

对现设计方案进行改进的主要内容有：首先采用局部先行的半逆作工法进行施工作业，施工工序为:1.开挖基坑土方；2.支护桩及内支撑施工；3.塔楼、部分裙楼砼基础浇筑；4.吊装竖向构件到第1层；5.安装临时柱间支撑；6.浇筑第1层部分梁板；7.继续向上浇筑、安装塔楼结构；8.地下室及裙楼由下至上顺作施工。其中钢筋砼核心筒改为密式异型短肢钢板墙结构核心筒，首层作为逆作正法施工平台，部分裙楼钢筋砼柱改为钢管砼柱，首层裙楼部分钢筋砼梁板改为型钢梁与钢筋桁架楼板组合结构，核心筒内钢筋砼梁板改为钢方管砼梁与H型钢梁及钢筋桁架楼板的组合结构。

1.主楼地上结构设计变更

(1)现主楼地上结构设计

根据建筑物高度、体型、抗震设防烈度、使用功能及综合成本等情况考虑，采用钢框架+钢筋砼核心筒结构体系，7至10层设置连接通道。建筑物的主要抗侧力体系为核心筒和外框架协同作用。框架柱采用圆钢管砼柱，外框架梁及次梁采用H型钢，核心筒内采用钢筋砼梁板，主要材料采用Q345B钢型材，塔楼竖向构件砼强度等级为C60-C40。

(2)修改后主楼地上结构设计

为满足建设单位对工期节点的要求，对塔楼核心筒作了如下修改:钢筋砼核心筒剪力墙改为钢板剪力墙，核心筒内钢筋砼梁改为方钢管砼H型钢梁。钢材主要采用Q345B，塔楼竖向构件混凝土强度等级为C60-C40。钢板剪力墙厚度较原砼墙减小了100mm，地下室及底部加强区钢板厚10mm，以上收为8mm，端柱钢板适当加厚。

2.半逆作法施工组织设计

进行改进设计时，工程桩和支护桩已经完工，地工程土方已开挖至超过目标深度的50%，第二道内支撑正在施工中。

经对施工工序方案反复论证，确定以第1层作为逆作正法的工作面，施工工序为:1.开挖基坑土方；2.支护桩及内支撑施工；3.塔楼、部分裙楼砼基础浇筑；4.吊装竖向构件到第1层；5.安装临时柱间支撑；6.浇筑第1层部分梁板；7.继续向上浇筑、安装塔楼结构；8.地下室及裙楼由下至上顺作施工。

半逆作法施工工况的结构设计显得尤为重要，本工程因支护结构自成体系，主体结构与支护无直接联系，主体结构的逆作分析相对简单许多，主要是半逆作施工阶段整体结构抗倾覆及地下室竖向构件稳定验算。地下结构因工序复杂、施工条件恶劣，其进度大幅落后于地上工程，根据施工工期计划，西塔机施工至地上第10层、东塔楼施工至第6层时才能完成地下室底板的浇筑，为保证竖向结构构件支座刚度，钢板墙及钢管柱采用嵌入式柱脚，基础、承台分三次进行浇筑，以确保在底板浇筑前基础、承台能为竖向构件提供足够的约束力。第1层塔楼平面及塔楼之间三跨范围内作为逆作正法作业平台，先于地下室及上部结构完成其施工作业。

3.关键技术问题及应对措施

(1)新型钢板剪力墙的设计及构造-钢板墙核心筒

通常的钢板剪力墙由内嵌钢板和纵、竖向边缘构件组成，这种构造形式具有结构自重轻、抗侧刚度强、延性好和占用空间小等优点，但不宜承受竖向荷载、非加劲易发生整体屈曲、加劲会加大焊接工作量、增大焊接残余应力。

核心筒采用外包钢板砼组合剪力墙，边缘构件区采用钢方管砼柱，墙身采用带间隔肋双钢板砼。钢板墙构件在构件厂预先制作完成后运至施工现场进行组装，组装体为两个层高长度为一段的安装组合，此法提高了结构构件制作标准化、机械化，加快了流水施工节拍。

(2)空中连廊先铰后刚设计及节点构造

主体建筑的7至10层设置有连廊，其中第7层和第10层设有楼承板，第8层和第9层中空构造。根据建筑造型效果、结合楼层净高、第8层和第9层后期加建、层高舒适度、连接体对双塔受力性能影响以及防止连续倒塌等因素，7至10层之间的连廊采用四层空腹桁架结构形式。

施工工序为:1.各层弦杆吊装就位后与钢管柱进行铰接连接；2.进行第7层、第10层楼板施工作业作业；3.两塔楼结构封顶后安装腹杆；4.进行弦杆与钢管柱刚接施工作业；5.完成连廊其他施工作业。

四、装配式逆作法工程技术经济分析

1. 结构工程造价比较

主要结构工程造价包含3大项目:1)地基基础造价;2)地下室结构工程造价;3)地上结构工程造价。主楼的地上结构其变更前的钢筋砼核心筒和变更后的钢板墙核心筒构件总质量分别为22万吨和20万吨，根据模型统计，西塔核心筒部分标准组合轴力由修改前的237168千牛减小到186973千牛，减少约的20%，塔楼钢管柱标准组合轴力也减少约10%左右。由于核心筒主体结构材料由钢筋砼改为钢板墙，其结构自重有所减小，该部分的结构工程造价对工程成本影响较为明显，主要的分项工程造价对比详见表1，综合单价中的主要材料价格按《珠海工程造价信息》（2014年12期）计算。

表1、核心筒主体结构主要分项工程造价对比

2．减少结构构件占用的面积所带来的经济收益

经结构设计改进后，部分裙楼钢筋砼柱改为钢管砼柱、核心筒改为钢板剪力墙，高强钢材的使用，缩小了竖向构件截面面积，建筑物的实用面积随之增大，项目建成后能向市场提供更多的、可供销售的建筑产品，对提高项目经济效益、宿短投资回收期大有帮助，详见见表2对比。

表2、有效使用面积增加以及收益对比

注：按与本工程同地段、同类型、同规模的商务办公楼销售均价35000元/m2计算。

3．塔楼结构施工工期缩短有利于节省施工管理费

由于核心筒的结构体系、建筑材料以及施工工法的变更，对主体结构的施工工期也有较大的影响，施工单位对比了的变更前后的施工进度计划及现场施工进度实况，施工工期由原平均每层持续施工8天缩减至平均每层持续施工5天。注意到基础和地下室没有大改动，两个方案结构施工进度计划对比见表3。

表3、结构施工工期对比

施工工期对工程整体成本有着巨大的影响，尤其是与施工工期成正比的施工管理费，结构设计及施工正法变更后，塔楼结构封顶的时间大幅提前，随施工工期的减小施工现场管理费相应减小。

4．利息支出减少，有效期降低融资成本

以年利率为5%、总投资额12亿元计，工期提前可节省的利息为:120000×5%×78(d)/365(d)=0.13亿元，节约投资1.08%。

5．租金收入

大厦可出租面积约为总建筑面积的75%，按该地区同规模办公楼目前的出租率65%测算，按月均租金约150元/每平方米（不含物管费，类比该地区同规模办公楼同期租金)，提前完工可增加租金的预期收入见表4。(注：因前文已考虑了建筑实用面积增加的收益，故计算租金收入的面积按原来总建筑面积为基数计算)

表4、租金收入分析

五、主楼地上结构设计变更前后的主要结构工程造价对比

1.整体成本分析

比较两个方案，钢板墙核心筒在增加建筑实用面积和宿短施工工期方面具有明显优势，增加经济收益的同时又减小了方案修改所增加的结构工程造价（主要表现主降低砼核心筒方案建造成本），表5为两个方案的整体成本比较分析。

表5、整体成本分析

2．技术经济效益

根据工期进度计划，较原结构设计、施工工法提前6个月主体结构封顶，结构设计及施工工法的修改，为建设项目带来明显的技术经济效益有：

2.1设计修改后钢材用量、材料消耗的成本虽明显增加，但钢筋、砼量相应减少，施行工期、结构性能指标、绿色建筑施工等所带来的综合效益也有提高。

2,2外包钢板-砼组合剪力墙改善了砼剪力墙结构性能，实现模数化设计、标准化制造、装配式施工，符合建筑产品工业化生产的产业导向。

2.3优化的结构构件设计，可以减小竖向构件截面面积，使构件应力分布更为合理，提建筑材料利用效率。

六、结语

综合上述各个项比对，关键技术的创新与应用，使华策国际大厦的综合经济效益得到了显著的提高。其经济效益源于实用面积的增加和施工工期缩短，其中关键是结构施工工期缩短的优势，上部建筑的层数越多优势越明显。另外，施工工法的优化将这一优势进一步扩大。高层建筑结构形式和建筑材料的选取，不能只注重工程的直接成本，同时还应关注缩短建设工期早日投产以及在同等的建筑面积中挖掘出更多的实用面积所带来的技术经济效益。

参考文献：

[1]《华策国际大厦施工图》 广东省建筑设计研究院设计

[2]《珠海工程造价信息》（2014年12期），为项目建设带来明显的技术经济效益

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