新技術新材料在框架剪力墻結構中的應用探討

鐘鳴

（重慶建工集團股份有限公司，重慶 400014）

0 引言

框架剪力墻結構也稱框剪結構，其突出特征是在框架結構中布置一定數量的剪力墻，構成靈活自由的使用空間，以滿足不同建筑功能需求[1-3]。同時，因為框架剪力墻結構具有較好的側向剛度，所以也具有良好的抗水平荷載和抗震效能。目前，從土地有效利用率和投資效益角度出發，較為成功和典型的框架剪力墻結構為集車庫、商業、住宅等多功能的一體化設計。

框架剪力墻結構工程量大、工序工藝多且繁雜，施工周期較長，但投資方為使項目盡早產生經濟效益，一般會將工期進行最大程度壓縮并作為重點考核指標。以某常規一體化設計和施工項目為例，該項目裙樓為車庫和集中商業，按負三層考慮，每層建筑面積6000㎡，三層共計18000㎡；裙樓以上設計4棟框架剪力墻高層建筑，按不超100m高度限制設計，標準層高3m，共33層，每層建筑面積700㎡，單棟總建筑面積為23100㎡，4棟高層合計建筑面積為92400㎡；裙樓以下及以上共計建筑面積110400㎡。合同工期一般為540d，扣除基礎和室外環境合理工期各90d，則框架剪力墻結構、裝飾及安裝工程在不考慮國家法定節假日、農忙時節、天氣以及不可抗力等因素下的理想施工工期為360d，則每個月最低完成的產值為110400㎡÷12個月×2300元/㎡（扣除基礎、室外環境后的市場平均單方造價）=2116萬元。但是，在施工過程中，因施工技術參差不齊，目前采用常規施工技術完成框架剪力墻的經濟效益和社會效益并不理想。

歸根結底，解決施工與合同工期間矛盾沖突問題的關鍵在于施工技術，從先進的施工工藝、新型的建筑材料、科學的管理辦法等方面著手，在保證工期目標、實現經濟效益、節能減排降耗的同時，跟上可持續發展戰略的步伐。本文介紹鋁合金模板及其支撐體系、附著式整體爬升腳手架、綠色高性能混凝土、BIM技術在框架剪力墻結構中的應用價值，可為同類施工提供參考。

1 鋁合金模板及支撐體系在框架剪力墻結構中的應用價值

鋁合金模板及支撐體系是一種新型模板及支撐體系技術，自重輕、剛度大、周轉利用率高，能較好地控制混凝土外觀成型質量，且有利于把握工程進度，在發達國家被廣泛應用并不斷發展。

近年來，我國一線城市已開始使用該技術。和我國傳統木模板、普通鋼管式支撐體系相比，該技術存在六大優勢：（1）使用鋁合金模板及支撐系統澆筑的混凝土質量高、外觀質量較好；（2）鋁合金模板平均使用成本低，回收價值高，木模板周轉使用次數一般為4～5次，無回收價值，而鋁合金模板周轉使用次數高達200～300次，且在完全使用后，回收價為采購價的25%～30%；（3）鋁合金模板的施工周期短，有利于施工工期把控。鋁合金模板及支撐體系的實質是采用“快拆體系”，組裝和拆除極為方便，相比傳統木模體系，效率提高25%～30%；（4）鋁合金模板剛度大、承載力高，不易爆模；（5）相比傳統木模板技術，鋁合金模板及支撐體系技術更節能環保；（6）除對拼縫位置進行局部打磨外，其余部位能達到清水模板標準，可以不抹灰或薄抹灰，在節約施工成本的同時，相對減少了對自然資源的依賴，符合國家可持續發展戰略。

2 附著式整體爬升腳手架在框架剪力墻結構中的應用價值

附著式整體爬升腳手架是一種新型的腳手架系統，俗稱“爬架”，適用于高層框架剪力墻和超高層筒體結構。該系統只需搭設4～5層高度，后隨主體結構施工同步上升，也可在裝飾階段同步下降。

目前，該新型腳手架系統已廣泛應用于各大城市建筑施工中。與傳統型鋼鋼管腳手架相比，存在三大優勢：（1）只需搭設4～5層高度，四周全封閉，并在立面內配有鋼絲網，架體配有防墜落、防傾覆裝置等多重保護，安全可靠性較高。傳統型鋼鋼管腳手架在搭設、拆除過程中存在較大安全隱患，外立面防護采用安全網，在主體施工和裝修過程中易引發火災，安全系數較低；（2）升降速度快，平均每天提升一層，爬升過程中對施工安全影響極小，不影響施工工序，不占用起重式塔吊等機械設備，有助于加快施工進度。傳統型鋼鋼管腳手架則需要占用大量的起重式塔吊臺班，搭設進度較慢，同時，在搭設工程中，禁止樓層其余作業面作業，待架體搭設完成后方可作業，嚴重影響施工工期；（3）材料及人工方面，只需要定型定量的鋼管、扣件、鐵絲網等搭設材料，升降時操作環境良好，工人勞動強度小，材料和人工消耗量較低，經濟效益高。而傳統型鋼鋼管腳手架使用型鋼、鋼管、扣件、腳手板、水平兜網、安全網、木模板、木枋、鐵釘等搭設材料，且材料消耗量較大，搭設、拆除時需要大量人工，經濟效益低。

3 綠色高性能混凝土在框架剪力墻結構中的應用價值

綠色高性能混凝土作為一種新型的混凝土材料，是綜合考慮高性能混凝土、環境保護、生態保護和可持續發展的產物。

提高混凝土的耐久性和強度、降低能耗、節約資源和能源、減少環境污染是現代混凝土研究和發展的方向。綠色高性能混凝土已在發達國家廣泛使用。區別于普通混凝土，綠色高性能混凝土的優勢在于：（1）具有高耐久性，在相同的環境下能使用100年以上，同時滿足抗侵蝕、抗凍融等特殊要求；（2）具有高施工性能，在同樣的施工條件下，其密實性、均勻性、和易性更優越，在提高施工進度的同時，混凝土成型質量更有保障；（3）具有更高的抗壓強度和抗拉強度，且后期強度增長能力較好；（4）具有高體積穩定性，混凝土終凝前不分層、不離析，硬化后體積變化小，具有較好的抗裂能力，更好地解決了建筑工程滲水的問題；（5）經濟效益和社會效益較好，采用綠色高性能混凝土設計能夠有效減小混凝土承重，可降低混凝土和鋼材用量，節約資源。國外研究表明，相比普通混凝土，采用綠色高性能混凝土能有效提高經濟效益達15%；（6）綠色環保。大量利用工業廢棄資源，實現非再生性資源的可循環使用和有害物資的低排放，減少環境污染，更好地滿足了環境保護和可持續發展的要求。目前，國內不同城市和地區受產業配套影響，嚴重制約了綠色高性能混凝土的應用和發展。

4 BIM技術在框架剪力墻結構中的應用價值

BIM（Building Information Modeling），即“建筑信息模型”，是一種應用于工程設計、建造、管理的數據化工具，是用來形容以三維圖形為主、物件導向、建筑學有關的電腦輔助設計[4]。

“管理出效益”是一條建筑業必須走出的管理模式合理、產業不斷升級的發展之路。為在管理中實現價值，解決設計、施工中多專業多工種的配合和協調問題，引入BIM技術勢在必行。BIM技術在建筑施工中的主要應用價值：（1）深化設計。在框架剪力墻大型建筑工程項目中，由于其空間布局的復雜性、系統的繁瑣性，需要在設計階段對主體結構、安裝工程、裝飾工程等進行總體規劃、提前布局，避免發生碰撞，造成施工困難或返工，影響施工進度，故通過三維模型技術進行演示、對比、復核，對碰撞部位及時進行設計調整和避讓，以保證布局合理，施工順暢；（2）多專業、多工種無縫銜接，避免和最大限度壓縮真空期。在施工過程中，多專業、多工種的無縫銜接是工程順利推進的關鍵，是提高施工進度的保障。在以往的施工過程中，土建工程、安裝工程、裝飾工程中各專業各工種受施工現場、專業協調、技術差異等因素的影響，缺乏必要的協調配合，造成各專業不同程度返工，增加了施工成本。通過BIM技術的可視性、參數化、智能化特性進行事先預警、及時協調，減少因技術錯誤或溝通錯誤造成的施工成本增加；（3）進度優化是進度控制的關鍵，基于BIM技術可實現進度計劃與工程構件的動態鏈接，通過甘特圖、網絡圖及三維動畫等多種形式直觀表達進度計劃和施工過程，將多種施工及工藝方案的可實施性進行對比，最終選擇可行方案。同時，通過實時跟蹤、對比計劃和實際進度，及時糾偏，保證項目工期目標；（4）工程質量的高效管理。BIM技術實質上充當了“樣板工程”的作用，通過BIM模型將質量要求、施工工藝、操作要點等質量信息輸入模型，通過模型瀏覽實現高效流轉。也可將現階段現場出現的質量問題輸入模型，打破常規的文字記錄方式，通過更直觀、形象的方式進行糾偏，提高質量意識；（5）安全文明施工管理。傳統的安全管理、危險源的判斷和防護設置要依靠管理人員的經驗和責任心，而BIM技術在安全管理方面能發揮事半功倍的作用，從場容場貌、腳手架及支撐體系、機械設備等多方面建立安全文明施工管理三維模型圖，從而更精確地指導現場安全文明施工；（6）資源計劃及成本管理。資源及成本計劃是項目核心，通過BIM模型計算、模擬和優化項目各階段的勞務、材料、設備等需求量，建立可行、有效合理的勞動力計劃、資源需求計劃、機械設備使用計劃等，從而精確指導施工，達到精細化管理。在階段性施工過程中，及時將分包結算、資源消耗、機械設備計算定期進行支出統計，將實際成本及時統計和歸集，與預算成本、合同收入進行三算對比分析，及時掌握項目超支和盈虧情況，對虧損項目及時分析，并制訂糾偏措施，有效實現成本動態管理，最終實現經濟效益最大化。

5 結語

“萬丈高樓平地起”是對我國建筑業30年來迅猛發展的準確概括，在建筑數量和高度不斷刷新的同時，平面形狀和空間體型日趨復雜化，與之匹配的結構型式亦呈多樣化發展?？蚣芗袅Y構合理利用土地資源，綜合了單純框架結構和剪力墻結構的優勢，得到了快速發展。但框架剪力墻結構工程量大、工序工藝多且繁雜，施工周期較長，若采用常規技術進行施工，社會效益和經濟效益均較低。結合多年施工經驗，對鋁合金模板及其支撐體系、附著式整體爬升腳手架、綠色高性能混凝土、BIM技術等新材料、新技術應用在框架剪力墻結構中的價值進行探討，結果表明，新技術、新材料應用于框架剪力墻結構中，不僅可以保證工期節點，還可以提高安全、質量管理水平，社會效益和經濟效益顯著，可供同類工程參考。