吴 宁 （恒天安徽建筑设计研究院有限公司，安徽 合肥 230001）

1 建筑概况

建筑项目在上海市长宁区，地上部分4.5万 m，包含2.5万m的教学楼一栋、2.0万m的宿舍楼一栋；地下部分1.2万 m，总面积共计 5.7 万 m。地上三层以内都是大底盘裙房，首层裙房设计为6m层高，二、三层裙房设计均为4.5m层高；上部两个塔楼，一个用作教学楼，一个用作宿舍楼，二者共用同一大底盘，与下部裙房连为一体。单体北侧是13层的教学楼，自四层起均设计为4.2m层高，塔楼高60m；南侧是15层宿舍楼，四层设计为4.2m层高；自五层起均设计为3.6m层高，高度同样为60m。顶部一层设计为连体形式，与主体一侧刚接，与主体另一侧滑动连接。上部结构均以地下室顶板为嵌固端。

2 结构设计方案比选

因不允许将“结构缝”隔出的单体当成独立单体，在计算该工程预制率时，整个上部结构需要被当成一个整体，对单体预制率的要求是，至少为40%。其抗震设防烈度要求为7度，场地类别IV类，地震分组设为第一组，0.9s的特征周期。三种结构方案分别为：方案1，钢结构；方案2，PC预制混凝土结构；方案3，钢结构+PC预制混凝土组合结构。

2.1 钢结构

方案1的钢结构，设计为钢框架-中心支撑方式，其抗震等级是三级，周期折减系数为0.9。框架柱采用700mm×30mm～500mm×16mm的矩形管；钢支撑采用 300mm×500mm×20mm～300mm×300mm×16mm的矩形管；框架梁则采用HN650×300mm～HN400×200mm。结构用钢量在96kg/m左右。表1列出的结构模型指标，均与规范要求相符。

钢结构的各项指标 表1

计算其单体预制率时，所得结果见表2，因合计值超过40%，故符合规范要求。

2.2 PC预制混凝土结构

方案2的PC预制混凝土结构，设计为装配整体式框架-现浇剪力墙，整体三级抗震，剪力墙二级抗震，0.8的周期折减系数。其框架梁截面是400mm×800mm～250mm×500mm；其框架柱截 面 是 500mm×500mm～800mm×800mm；其剪力墙250mm厚；楼板用的是140mm厚钢筋桁架叠合板，其中预制60mm，其余80mm现浇。方案2结构的各项指标见表3，全部与规范要求相符。

地上部分的塔楼构件中所有板、梁、女儿墙及楼梯均为预制件，地上三层内框架柱为现浇结构，四层及以上方为预制件。计算混凝土结构预制率时，可采用以下公式：

单体预制率=预制体积/（现浇体积＋预制体积）×100%

方案2中求得的混凝土结构单体预制率经为40.2%，符合规范要求。

钢结构预制率 表2

PC预制混凝土结构的各项指标 表3

2.3 钢结构+PC预制混凝土组合结构

方案3的组合结构中，将教学楼设计为钢结构，宿舍楼设计为PC预制混凝土结构，构件截面分别与前两种方案的尺寸一致。宿舍楼上部结构当中各构件的现浇、预制方式与方案2保持一致。针对宿舍楼部分，求取的单体预制率是38.5%，而教学楼部分的单体预制率是45.6%，按面积进行加权平均后最终求得的单体预制率是42.1%。

3 方案分析

3种结构方案中，在地震与风荷载影响下，结构可能出现的层间位移比与位移角，以及周期比等指标均与规范要求相符，对其装配式设计内容加以比较，可知其预制率均可满足要求，具体见表4。

三种方案分析结果 表4

方案1：由于钢结构技术已经成熟，不需设置大量支撑，仅对建筑空间存在局部影响，项目的设计需求能获得基本满足。构件生产已实现标准化，产能十分充足，无需与厂家预约，施工周期不长，进度完全受控，对周边居民不会产生明显的噪音或污染影响。

方案2：因需要布置大量剪力墙方能实现对周期、位移等指标的控制，严重影响空间布局。混凝土构件的预制包括大量深化工作，其产能满足不了市场需求，往往需提前与厂家预约，工期太长，进度难以掌控，其污染、噪音影响均不容忽视，且其施工水准现阶段相对滞后，易出现外墙漏水之类质量隐患。

方案3中，其优缺点均在方案1、2之间，对于超限高层建筑而言，两栋连体塔楼的结构动力特性应该尽量保持一致，方符合抗震要求，若结构形式迥异，其动力特性相差大，会通不过超限审查；另外，其单体预制率如何计算，尚无定论，本文所用计算方法需有关部门审批，故不建议采用此方案。

通过综合分析可知，方案1的材料造价较方案2要高，但好在质量小，可节省部分造价；且钢结构的生产十分规范，在空间布置方面也很灵活，施工速度快，预制率也高，体现出最佳的综合性能，因此最终选用方案1。

4 结语

建筑产业在全面推进绿色建筑的同时，其发展要求已无法靠传统建筑体系来实现，日后的发展趋势中，装配式建筑将成为主流。文中以装配式建筑为重点，研究了其结构设计的选型，发现在装配式建筑的设计和施工领域内，钢结构的优势较明显，且对于一些细部技术，譬如大跨度、高位连体等的难点解决十分有利，可将沟通相关部门的成本节省下来，使项目后期的整体进度处于可控状态，具有广泛的发展前景，是装配式高层建筑结构形式的首选。钢结构的不足之处，在于其造价及后期所需维护费与预制混凝土结构相比，会高一些，若项目的预制率要求较低，或结构类型并不复杂，结构设计方案最好还是用PC混凝土，并应对施工工艺加以关注，尽量消除质量隐患。在研究项目时，仍有部分不足，在结构形式采用钢结构+PC混凝土的组合方式时，以建筑面积加权平均的方法对其单体预制率做了简化计算，但缺乏规范性支持，在日后的研究中，对结构形式不一样的连体建筑，计算其单体预制率的具体方法仍有待优化。