关于自保温混凝土房屋结构体系的技术经济分析

闫志刚

(张家口市第一建筑工程有限公司,河北张家口075000)

1 引 言

自保温混凝土房屋结构体系是指竖向分结构和水平分结构全部采用或部分(至少是房屋周边的竖向分结构)采用自保温混凝土结构构件的房屋结构体系.自保温混凝土结构构件是指将隔热保温材料层(主要是有机泡塑板)置于结构内部,且能基本阻断冷、热桥的可工厂化生产的混凝土结构构件.

“自保温混凝土房屋结构体系”将保温板材置于预制墙板中间,运用合理的结构型式及施工方法,使保温板材具有更好的使用环境,达到更高的保温效果,实现建筑节能65%的指标.同时提高板材的使用年限和耐久性,实现建筑寿命与保温材料寿命的同步,减少保温材料的二次投入.该墙体具有较强的承载能力,房屋结构的抗震性能好;适用范围广,在多层和高层建筑中均可使用此房屋结构体系.另外该体系使用预制混凝土构件,能够降低建设成本,缩短施工工期,节地省材,减少施工中的污染和浪费,有利于环境保护,具有很好的社会和经济效益.

2 工程应用

2.1 工程概况

张家口市城投大厦综合楼作为试点示范工程,该试点的办公楼,原设计方案采用外墙外保温即加气混凝土砌块墙+50 mm厚EPS板,经研究协商,采用自保温混凝土房屋技术.根据现有条件,对原墙体围护结构进行了改造,具体措施是:保留原框架柱,改外框架梁为连梁,外围护结构采用自保温混凝土承重墙结构.

按GB50189-2005《公共建筑节能设计标准》设计,节能标准达到50%以上.墙体由聚苯乙烯泡塑板、现浇混凝土及预制混凝土构件组成.平屋面做法是聚氨酯防水涂膜屋面,屋面保温材料为40厚挤塑聚苯板(XPS),屋面传热系数为K0=0.79W/m2·K(计算值).地面传热系数为K0=0.79W/m2·K.外窗为断桥隔热铝合金型材,开启方式为平开,玻璃为5+9+5双层中空玻璃,传热系数为南侧:3.0W/m2·K,北侧为:3.0W/m2·K,遮阳系数为:0.5,建筑外门窗抗风压性能分级为:4级,气密性能分级为:4级,水密性能分级为:4级.

示范工程外墙采用的框架式有复合层的混凝土叠合承重墙,是一种最早出现的自保温混凝土房屋竖向结构构件,示范工程中的几种典型墙体构造形式如图1、图2、图3所示:

FCQ墙表示有窗洞的框架式有复合层的混凝土叠合承重外墙,CQ表示有窗洞的外墙.窗洞边加设的竖肋,既是结构上的需要,也是为了便于满足建筑设计上设置框套和梁、板等造型构件的要求.

FMQ墙表示有门洞的框架式有复合层的混凝土叠合承重外墙,MQ表示有门洞的外墙.门洞边设置竖肋的目的与FCQ墙是一致的.

图1 FCQ墙的构造

图2 FMQ墙的构造

图3 窗下墙的构造

2.2 预制构件生产

预制构件主要为槽型板材,内贴30 mm厚保温墙板.混凝土预制构件预留接缝槽、吊环、线槽等;构件几何尺寸精度、构件承载力等方面均有较高要求.

本试点工程共生产自保温混凝土预制构件882块,其中槽型板240块、7字板404块、异型板238块.具体生产工艺按《自保温混凝土房屋结构技术规程》,预制构件采用钢模制作、蒸汽养护的生产工艺.工艺路线:钢模组装——按配合比拌合混凝土——放置预扎钢筋——浇筑混凝土——上振动合成型——自然养护12小时——放置保温材料固定钉——构件进蒸养池养护24小时——拆边模——自然养护12小时——拆底模——检验——自然养护——堆置——运送施工现场前按规格放置聚苯乙烯泡塑板.

2.3 现场拼装施工

现场安装前,预制板起吊后,对板底、板侧,逐块进行外观检查,板侧飞边未清除干净,或锚筋、连接钢筋缺损,或已有裂缝,或有其他严重缺陷者不得安装使用.

拼装过程按照以下步骤进行:

(1)搭设满堂脚手:需要注意的是每个一段要加固脚手架,防止上部装备不稳定;

(2)弹线:准确测放墙体轴线,以测放的轴线为基准线,完整地测放端柱,竖肋和预制板的安装位置;

(3)座浆:水泥砂浆需要与梁的标号相同,并饱满座浆;

(4)吊装:需设置辅助吊钩,防止意外发生;

(5)定位:预制板在安装时,应检校其在两个方向的垂直度;

(6)固定:预制板下端用脚手架限位和固定,上端用铁丝固定在脚手架上,左右两侧伸出的胡子筋与钢筋笼焊接固定;

(7)立模:和普通工艺差不多,用脚手架固定,个别地方可以使用夹具;

(8)浇筑:模板搭制完毕后,排上钢筋和管线,即可浇注.

在自保温房屋预制构件拼装完成后,开始对连接每块构件的竖肋浇注混凝土以完善墙体的整体性,预制板伸出胡子筋与现浇竖肋进行锚固,并在预制楼板上浇注一层现浇楼板,其整体性要好于传统框架结构.

3 工程经济效果分析

3.1 直接成本比较

试点工程原设计方案采用外墙外保温方案1

(240 mm加气混凝土砌块墙+50 mm厚EPS板),现在该试点示范工程采用“自保温混凝土房屋结构体系”(即自保温混凝土叠合承重墙含30 mm厚XPS板).

根据拟采用的方案1和现采用的方案2测算数据结果显示:

(1)造价分析用的单价有定额的,均取自建筑工程单位估价表;无定额的则采用07年夏季的市场综合价.

(2)造价比较均以每平方米墙体自身的工程为基准,未计入其它相关费用(如管理费、利润、税费、规费等).

(3)一次直接成本投入节省约5%.

(4)全寿命期成本比较:通常建筑节能的措施使用寿命只有十几年,本项技术与建筑寿命同步(寿命可达50年以上),至少省去房屋使用过程中二次、三次的节能结构维护.节省成本估算为207.31元/m2(146.3-138.99+2×100).

3.2 间接成本比较

人工费:工业化施工所需工人数量仅为传统施工所需人数的1/2.

机具费:减少了施工时模板用量

3.3 质量比较

传统施工:施工工艺误差范围是10 mm～70 mm,外墙外保温会由于连接剂的优劣造成相应的是施工误差,而且很难控制.整个建筑工程的质量保证率为69.2%左右.

自保温混凝土工业化施工:施工工艺误差范围是3 mm～5 mm,自保温混凝土房屋是建筑节能与主体结构同时进行,误差可以控制在最小范围内.整个建筑工程的质量保证率为93.32%以上.

3.4 工期比较

装配式施工节省了砌筑和外装饰的工期,可以节省总工期约1/3的时间.

表1 直接成本比较

4 结 语

此次示范工程在绿色环保、节约资源、节省土地、不使用粘土砖等多项国策的前提下,使房屋主体结构节能标准超过50%,确保墙体隔热保温措施的使用寿命长于50年,建设费用大大减少.无论从直接成本、间接成本还是节能效果,自保温混凝土房屋结构体系都优越于传统的混凝土结构体系、施工方法及节能效果.自保温混凝土房屋结构体系的研发成功能够为房屋建设向高水平的工厂化方向发展提供有力的技术支撑,因此具有重大的经济效益、社会效益和环境效益,将有助于实现经济可持续发展的战略目标.