赵彦革：装配式楼板体系碳排放研究

来源：建筑结构

【导读】近年来，绿色低碳已成为高质量发展的鲜明底色。中国建筑领域的能源消费与碳排放已成为全社会能源消费与排放的重要组成部分，对中国建筑能耗与碳排放的现状进行全面认识和分析具有重要意义。为此，《建筑结构》杂志社特邀中国建研院建筑设计院赵彦革副总工，针对建筑碳排放，从结构方案设计、材料低碳设计、结构适变性等方面，进行一系列解读，以期为从业人员提供借鉴。

一、概述

现阶段，预制混凝土叠合板和钢筋桁架楼承板作为两大常见的装配式楼板体系，在实际工程中被广泛应用。因此，本文主要基于跨度、板厚、底模材料、负碳性能及运输工况等因素，对混凝土叠合板及钢筋桁架楼承板体系碳排放量进行分析。

二、装配式楼板体系碳排放计算模型

2.1 装配式楼板体系简介

2.1.1 预制混凝土叠合板

混凝土叠合楼板是由预制板和现浇混凝土层叠合而成的装配整体式楼板。预制板既是楼板结构的组成部分之一，又是现浇混凝土叠合层的永久性模板。叠合板具有施工速度快、方便埋 设管线、提高施工质量、节能环保等优点。因此，叠合板是我国装配式混凝土建筑的常用构件。

▲ 图1 混凝土叠合板示意图

2.2.2 钢筋桁架楼承板

传统钢筋桁架楼承板由纵向钢筋、腹杆钢筋以及镀锌钢板组成，其中上下弦杆钢筋可以作为使用 阶段楼板的受力纵筋使用。上下弦钢筋呈三角形布置，上下弦杆钢筋采用腹杆点焊连接在一起，上下弦杆钢筋、腹杆钢筋、镀锌铁皮三者形成一个稳定的空间三角桁架。这样的空间桁架可以承担部分荷载，通常情况下可以承担施工阶段的自重和施工活荷载。结合镀锌钢板作为底模，钢筋桁架楼承板可以免去施工阶段的脚手架支撑。后经生产及施工工艺不断发展，现阶段已衍生出多种底模，本文主要对镀锌钢板、纤维水泥板及竹胶模三种底模的钢筋桁架楼承板进行分析。

▲ 图2  钢筋桁架楼承板示意图

2.2 装配式楼板计算模型

为确保不同楼板体系间的可比性，本文参考《桁架钢筋混凝土叠合板（60mm厚度板）》15G366-1中叠合板钢筋布置形式（详图3），对叠合板与钢筋桁架楼承板碳排放进行对比分析。

▲ 图3  1.2m桁架钢筋混凝土叠合板配筋示意图

碳排放分析时主要包含以下建材：钢筋、混凝土、桁架钢筋、钢筋桁架楼承板底模材料。

本次叠合板分析以常用板厚130mm及140mm为研究对象；以110mm、120mm、130mm、140mm厚度钢筋桁架楼承板楼板为研究对象。

基于实际工程使用功能需求，荷载工况分为构造配筋工况（恒载：3kN/m2；活载：3kN/m2）；计算配筋工况（恒载：5kN/m2；活载：5kN/m2）。

楼板计算跨度选取3m×4.5m、3.6m×4.8m、4.2m×5.1m、4.2m×8.4m作为对照组，对于叠合板拆分情况如图4所示：

▲ 图4  混凝土叠合板拆分示意图

对于负碳影响值考虑如下：混凝土材料的再利用主要体现为再生混凝土，因再生混凝土和普通混凝土间的碳排放相差无几，故认定混凝土材料负碳值为0；再利用的钢筋和钢材则是通过电炉炼钢技术可以实现循环利用，从而形成负碳。根据再利用的难易程度，钢筋的再利用比例取60%，钢材的再利用取90%。

2.3 碳排放因子选取

涉及的建筑材料碳排放因子参数如表1所示，参数来源《建筑碳排放计算标准》（GB/T 51366-2019）附录D。

三、装配式楼板体系碳排放对比分析

根据上述计算模型，分别对预制混凝土叠合板和钢筋桁架楼承板在板厚、跨度及底模材料等因素影响下进行碳排放对比分析，并得出装配式楼板体系优选方案。

3.1 两种楼板体系碳排放分析

当楼板跨度分别为3m×4.5m、3.6m×4.8m、4.2m×5.1m、4.2m×8.4m时，预制混凝土叠合板和钢筋桁架楼承板在考虑负碳及运输等因素下碳排放情况如图5-图7所示。

▲ 图5  构造配筋下3m×4.5m跨度不同体系楼板碳排放情况

▲ 图6  计算配筋下3m×4.5m跨度不同体系楼板碳排放情况

▲ 图7  构造配筋下3.6m×4.8m跨度不同体系楼板碳排放情况

▲ 图8  计算配筋下3.6m×4.8m跨度不同体系楼板碳排放情况

▲ 图9  构造配筋下4.2m×5.1m跨度不同体系楼板碳排放情况

▲ 图10  计算配筋下4.2m×5.1m跨度不同体系楼板碳排放情况

▲ 图11  构造配筋下4.2m×8.4m跨度不同体系楼板碳排放情况

▲ 图12  计算配筋下4.2m×8.4m跨度不同体系楼板碳排放情况

经分析，可得结论如下：

（1）在相同工况下，130mm厚预制混凝土叠合板碳排放低于140mm厚叠合板，即碳排放随叠合板板厚的减薄而随之降低；

（2）在板厚相同时，预制混凝土叠合板碳排放量显著优于钢筋桁架楼承板；

（3）在小跨度（跨度≤5.1m）工况下，预制混凝土叠合板因特定构造要求无法降低板厚，此时110mm钢筋桁架楼承板具有一定的碳排放优势，120mm钢筋桁架楼承板碳排放与130mm叠合板接近；随着跨度的增加，钢筋桁架楼承板的碳排放优势将逐步丧失。

3.2 不同底模钢筋桁架楼承板碳排放分析

随着科技的发展和生产施工工艺的不断迭代，钢筋桁架楼承板底模从镀锌钢板等传统材料，逐渐衍生出纤维水泥板、竹胶模板等新兴底模材料。本文对以镀锌钢板、纤维水泥板、竹胶板作为底模材料的钢筋桁架楼承板碳排放情况进行分析，基本参数详见表2，碳排放情况如图13-图20所示。

▲ 图13  构造配筋下3.0m×4.5m跨度不同底模钢筋桁架楼承板碳排放情况

▲ 图14  计算配筋下3.0m×4.5m厚不同底模钢筋桁架楼承板碳排放情况

▲ 图15  构造配筋下3.6m×4.8m跨度不同底模钢筋桁架楼承板碳排放情况

▲ 图16  计算配筋下3.6m×4.8m跨度不同底模钢筋桁架楼承板碳排放情况

▲ 图17  构造配筋下4.2m×5.1m跨度不同底模钢筋桁架楼承板碳排放情况

▲ 图18  计算配筋下4.2m×5.1m跨度不同底模钢筋桁架楼承板碳排放情况

▲ 图19  构造配筋下4.2m×8.4m跨度不同底模钢筋桁架楼承板碳排放情况

▲ 图20  计算配筋下4.2m×8.4m跨度不同底模钢筋桁架楼承板碳排放情况

由分析结果可得如下结论：

（1）当不考虑材料回收利用等负碳因素时，镀锌钢板底模碳排放量最低，水泥纤维板底模次之。但两种底模楼承板较竹胶板底模楼承板具有显著优势。

（2）当考虑负碳因素时，纤维水泥板底模因其基材在回收利用环节负碳效果较差，因此相比于镀锌钢板和竹胶板底模，碳排放量较高。同时，竹胶板因其负碳方面的突出性能，在三种底模的钢筋桁架楼承板中碳排放最低，镀锌钢板碳排放略高于竹胶板底模，但相差不大。

感谢建研院专家韦婉、孙倩协助完成计算和分析，感谢多维联合集团有限公司对此次研究给予的技术支持。

个人介绍

赵彦革，男，出生于1977年10月，毕业于中国建筑科学研究院，硕士研究生，清华大学土木工程系博士生，结构工程专业，现工作单位中国建筑科学研究院有限公司建筑设计院设计一院副院长、副总工程师，建筑检测与评估研究中心主任、建筑工业化中心副主任、绿色建筑中心副主任，教授级高级工程师。为首届建筑结构行业杰出青年、中国建筑学会工程诊治与运维分会理事、中国建筑学会结构分会青年理事、中国岩石力学与工程学会岩土地基工程分会理事、中国工程建设标准化协会绿色建筑与生态城区分会理事、中国绿色建筑与节能委员会委员、中国亚洲经济发展协会绿色建筑建材委员会委员、北京市装配式建筑专家委员会委员、中国工程建设标准专家库特邀专家。

擅长领域为复杂结构设计和研究、装配式建筑设计和研究、绿色建筑设计和研究等。参加中国国家博物馆、成都来福士广场等结构设计类项目30多项，北京贵宾楼饭店、厦门英蓝国际金融中心等咨询类项目50多项；负责了天津周大福金融中心、卧龙大熊猫基地等100多项绿色建筑和装配式建筑相关的设计、咨询项目；在核心期刊发表论文20篇；参加各类课题及标准研究20多项；获得华夏建设科学技术奖二等奖1项，省部级以上奖励30多项。

（责任编辑：何雯丽）