分析裝配式建筑預制構件的預制率性?xún)r(jià)比與成本的關(guān)系，調整各預制構件之間的比例，得到裝配式建筑增量成本變化趨勢，給出指定預制率下成本最優(yōu)的預制構件組合方案，以期為降低裝配式建筑成本提供參考。

01預制率的計算方法

預制率是評價(jià)裝配式建筑的重要指標之一，它是指工業(yè)化建筑室外地坪以上主體結構和圍護結構中預制部分的混凝土用量占對應構件混凝土總用量的體積比。各個(gè)地區針對裝配式建筑的單體預制率分別提出不同要求，如上海市對外環(huán)以外的裝配式建筑的要求是25%以上，對外環(huán)以?xún)妊b配式建筑的要求在40%以上。為了更好地研究預制率與預制構件成本之間的關(guān)系，選取常見(jiàn)的幾種預制率要求，討論預制率在15%，20%，25%～30%，30%～40%情況下最優(yōu)預制構件組合。單體預制率計算方法依據上海市住房和城鄉建設管理委員會(huì )《關(guān)于本市裝配式建筑單體預制率和裝配率計算細則》中建筑單體率的計算方法進(jìn)行計算，詳見(jiàn)表1。

02主體構件的成本對比分析

研究對象

本文選取某裝配式住宅試點(diǎn)工程為研究樣本，該工程建筑面積為793.52㎡，主體結構2層。以現澆式建筑（I）和裝配式建筑（II，III）三大類(lèi)為研究對象，進(jìn)行成本對比研究，分類(lèi)情況見(jiàn)表2。

I類(lèi)模型采用現澆式鋼筋混凝土框架結構設計方案，II，III類(lèi)模型采用預制裝配式鋼筋混凝土框架結構設計方案，平面布置圖見(jiàn)圖1。

圖1　平面布置

預制構件選擇方法如下：預制疊合樓板根據規范《15G366-1桁架鋼筋混凝土疊合板（60mm厚底板）》選定，采用DBD67-3624-31、DBD67-3618-31、DBD67-3615-31三塊板拼接而成，其中留有300mm后澆縫，底板厚60mm，現澆層70mm厚；水平框架梁及次梁的疊合梁梁高分為400mm和500mm兩類(lèi)，后澆梁高均為200mm；豎向構件采用預制混凝土框架免模柱時(shí)，預制框架柱鋼筋采用套筒連接。

預制構件成本及性?xún)r(jià)比分析

根據所選取的工程模型，統計工程量，通過(guò)廣聯(lián)達軟件分別計算4種情況工程造價(jià)。表3及表4分別給出了I，II類(lèi)方案中全現澆結構的1#模型、預制構件為預制疊合樓板的2#模型、預制構件為疊合梁的3#模型、預制構件為免模柱的4#模型。

這里通過(guò)引入預制率性?xún)r(jià)比，以更好地衡量預制構件對建筑單體預制率的影響。預制率性?xún)r(jià)比是指預制率與單位體積構件造價(jià)增量的比值，計算公式如式：

其意義為預制構件每增加1元成本所能提高的預制率，預制率性?xún)r(jià)比越高，說(shuō)明該構件對預制率的提高越經(jīng)濟。以上各模型預制率性?xún)r(jià)比統計如表5。

由表3～表5可知，采用預制疊合樓板的2#模型工日縮減效果最為明顯，此方案單體預制率為10.52%，增量成本為189.97元/㎡，增量成本值最/大，為現澆結構的1.25倍。3#模型的單體預制率為15.40%，增量成本為96.73元/㎡，單方造價(jià)是現澆結構的1.13倍。4#模型的單體預制率為5%，增量成本為152.74元/㎡，為現澆模型的1.21倍。三者的預制率性?xún)r(jià)比為分別為0.055、0.159、0.033。

綜上所述，當裝配式建筑要求采用單種預制構件時(shí)，應當優(yōu)先采用預制梁形式，其預制率性?xún)r(jià)比最/高，成本每平方米增加96.73元，較現澆建筑造價(jià)增加幅度最/低；其次應采用預制疊合板形式，雖然成本為三者最/高，但其預制率性?xún)r(jià)比高于預制柱；最后是采用柱構件的預制形式，雖然成本每平米增加152.74元，但是其對預制率的提高低于梁與板。

多種預制構件組合方案時(shí)的成本分析

本部分將III類(lèi)模型細化為A、B、C、D四種組合形式，見(jiàn)表6。

單體預制率為15%的主體結構成本分析

圖2　單體預制率為15%時(shí)的增量成本

綜上所述，在單體預制率為15%時(shí)，最經(jīng)濟的組合方式是當疊合樓板和疊合梁的預制構件比例值λA=0.24時(shí)，成本增值最小為64.23元/㎡。

單體預制率為20%的主體結構成本分析

圖3　單體預制率為20%時(shí)的增量成本

由圖3可知，當單體預制率為20%時(shí)，最經(jīng)濟的組合方式是疊合樓板和疊合梁的預制構件比值為0.25時(shí)，成本增量最小，成本增值最小84.19元/㎡。而比值為1時(shí)，優(yōu)先采用A組合形式，其次是C組合形式。

單體預制率為25%～30%的主體結構成本分析

由圖4～圖6可知：隨著(zhù)單體預制率的增加成本增量不斷增大。成本增值在比例值取任意比值時(shí)均最小，即采取疊合樓板與疊合梁的組合形式最合理，其中預制率25%，比例值為0.5；預制率28%，比例值為0.5；預制率為30%，比例值1時(shí)單方成本最優(yōu)。特別的，當比例值＞5時(shí)，成本增值斜率為負值，成本增量有出現下降趨勢。

圖4　單體預制率為25%時(shí)的增量成本

圖5　單體預制率為28%時(shí)的增量成本

圖6　單體預制率為30%時(shí)的增量成本

單體預制率為30%～40%下的主體結構成本分析

雙構件預制組合此刻無(wú)法達到大于30%的單體預制率，因此需要考慮三個(gè)主體構件采用預制形式的情況。研究方法為先固定其中兩種預制構件的預制率，通過(guò)控制λ值，計算出最優(yōu)成本下已選構件的預制構件比例，再通過(guò)變化新增預制構件的預制比例來(lái)滿(mǎn)足整體預制率要求，得到新增預制構件在不同預制率下的增量成本變化圖。

圖7　新增預制構件為疊合梁的增量成本

圖8　新增預制構件為疊合板的增量成本

圖9　新增預制構件為預制柱的增量成本

由圖7～圖9可知：

1、 單體預制率越大，成本增量越大即成本越高。當新增構件為疊合梁或預制疊合板時(shí)，成本增值隨著(zhù)新增預制構件比例i的增大呈下降趨勢；當新增構件為預制柱時(shí)，成本增值隨著(zhù)新增預制構件比例i的增大而呈上升趨勢；

2、 三種單體預制率增量成本的最/低點(diǎn)均出現在新增構件為疊合梁（梁）為0.93時(shí)（見(jiàn)表7），增量成本分別為192元/㎡，238.79元/㎡和280.15元/㎡；

3、 成本偏低的組合方案出現在新增構件為疊合板時(shí)，成本增值分別為206.05元/㎡，246.93元/㎡和286.87元/㎡。

優(yōu)化組合方案的確定

由上述分析可知，通過(guò)控制各種預制構件不同組合比例，可以有效的降低裝配式建筑的土建成本。以往為了滿(mǎn)足建筑的預制率要求，在設計時(shí)都是隨機搭配預制構件，并沒(méi)有對由此帶來(lái)的建筑成本增加進(jìn)行控制。通過(guò)對上文指定預制率下的構件組合進(jìn)行分析，得到了在不同預制率情況下，裝配式框架結構的預制構件最優(yōu)組合方案，其組合形式如表8。

分析表8中在不同預制率下的最優(yōu)組合，可以發(fā)現在預制率低于25%時(shí)，雙構件組合可以滿(mǎn)足預制率的要求，并且最優(yōu)組合均為疊合樓板和疊合梁。當預制率為常見(jiàn)的25%時(shí)，最優(yōu)組合為疊合樓板的預制比例∶疊合梁的預制比例=0.5∶1。即疊合板占全部樓板構件的比例為0.5，梁構件全部采用預制形式，對應土建成本增量最/低為131.22元/㎡。

當預制率為最為常見(jiàn)的40%時(shí)，對裝配式建筑預制構件選取的最優(yōu)組合為預制柱比例∶疊合梁比例∶疊合板比例=0.19∶0.93∶0.92，即疊合柱占全部柱構件的比例為0.19，疊合梁占全部梁構件的比例為0.93，疊合板占全部樓板構件的比例為0.92。采用該構件組合，可以使裝配式建筑在40%的預制率下土建成本增量最/低，為280.15元/㎡。

通過(guò)增量成本的分析發(fā)現當采用多個(gè)預制構件的組合方案時(shí)，考慮到接頭連接，施工工序等影響，裝配式建筑的成本并非僅由單個(gè)構件造價(jià)決定，而是隨著(zhù)組合方案及預制構件比例的變化呈規律性變化。

1、 在一定范圍內，建筑單體預制率越大，裝配式建筑的成本越高。主體構件中，采用疊合梁方案時(shí)增量成本P最小為96.73元/㎡，其預制率性?xún)r(jià)比最優(yōu)，是疊合板的2.89倍，預制柱的4.82倍。因此，選擇單個(gè)構件預制形式時(shí)，應優(yōu)先采用疊合梁。

2、 研究表明，當預制率分別為15%、20%、25%、28%、30%時(shí)，使裝配式建筑的增量成本最少的組合均為預制疊合樓板與疊合梁。對應預制率下的兩種預制構件比例不同，預制疊合樓板：疊合梁的比例分別為0.24、0.25、0.5、0.5和1。在設計時(shí)采用該比例下的預制構件組合可以使裝配式建筑的增量成本最/低。

3、 當建筑采用三種預制構件時(shí)，應先確定疊合梁與預制柱最優(yōu)比例，再與預制梁進(jìn)行組合，以取得造價(jià)最優(yōu)結果。當單體預制率為最常見(jiàn)的40%時(shí)，最優(yōu)選擇方案為預制柱比例∶疊合梁比例∶疊合板比例=0.19∶0.93∶0.92，對應單方成本為938.87元/㎡，成本增量為280.15元/㎡。