淺談高層住宅小戶(hù)型設(shè)計(jì)優(yōu)化研究及應(yīng)用

魏廣文 張鴻倉(cāng)

摘要：本位研究的高層保障性住房建筑房型設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的關(guān)鍵技術(shù)是根據(jù)市場(chǎng)需求，同時(shí)也結(jié)合工程實(shí)例，對(duì)相應(yīng)的技術(shù)措施進(jìn)行探討研究，因?yàn)槠渖鐣?huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益明顯，因此，為類(lèi)似工程設(shè)計(jì)優(yōu)化提供了借鑒。

關(guān)鍵詞：社區(qū)規(guī)劃；高層住宅；房型；設(shè)計(jì)優(yōu)化；技術(shù)措施

前言

本文詳細(xì)介紹了該項(xiàng)目的設(shè)計(jì)優(yōu)化方法，其主要圍繞高層保障房建筑設(shè)計(jì)優(yōu)化和結(jié)構(gòu)用鋼量控制技術(shù)開(kāi)展研究，同時(shí)也結(jié)合上海市某保障房工程，在本工程中，其總建筑面積為299818.32m2，地下建筑面積34253.87m2，并且由15棟17層、12棟14層高層住宅樓組成，其標(biāo)準(zhǔn)層層高為2.8m，都設(shè)置為1層的地下室。

一、建筑設(shè)計(jì)優(yōu)化

高層保障房由于房型面積小、容積率高，建筑單體設(shè)計(jì)一般采用一梯多戶(hù)策略，這就對(duì)得房率高、房屋功能舒適度高的建筑房型設(shè)計(jì)提出了很大的挑戰(zhàn)。本工程對(duì)一梯四戶(hù)房型和一梯六戶(hù)房型進(jìn)行了設(shè)計(jì)優(yōu)化。一梯四戶(hù)優(yōu)化前的房型，主要存在以下問(wèn)題：得房率為82%；該房型次臥室通風(fēng)及采光弱；衛(wèi)生間門(mén)對(duì)客廳。優(yōu)化后：得房率提高至85%；次臥室位置調(diào)整后，通風(fēng)采光良好；避免衛(wèi)生間門(mén)對(duì)客廳的不雅。

二、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化

2.1建筑方案對(duì)用鋼量的影響

2.1.1建筑體量對(duì)用鋼量的影響

建筑體量主要是指建筑的平面長(zhǎng)度、平面的長(zhǎng)寬比、建筑物的高度和高寬比。超長(zhǎng)建筑還應(yīng)考慮到混凝土的收縮應(yīng)力和溫度應(yīng)力，會(huì)增加很多抗裂措施而增加造價(jià)；而長(zhǎng)寬比過(guò)大即平面過(guò)于狹長(zhǎng)的建筑物在地震作用下，結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)特性更為顯著，為了增加抗扭轉(zhuǎn)剛度，會(huì)增加抗側(cè)力構(gòu)件的布置，從而導(dǎo)致混凝土的增加和用鋼量的增加；高寬比大的建筑為了增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定并控制結(jié)構(gòu)側(cè)向位移，勢(shì)必要設(shè)置剛度及強(qiáng)度較大的抗側(cè)力構(gòu)件來(lái)提高結(jié)構(gòu)抗側(cè)剛度，這些都會(huì)使得用鋼量增加。

2.1.2平、立面形狀對(duì)用鋼量的影響

有些建筑為追求外觀效果，經(jīng)常會(huì)采用在平面上大凸大凹、在立面上大收大挑及高位轉(zhuǎn)換等手法，但這會(huì)給結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)帶來(lái)許多困難，容易造成抗震超限等問(wèn)題，會(huì)大幅度提高建造成本。

2.2結(jié)構(gòu)方案對(duì)用鋼量的影響

2.2.1樁基設(shè)計(jì)優(yōu)化

上海軟土地基的樁型一般多選用預(yù)應(yīng)力管樁、鉆孔灌注樁，而傳統(tǒng)的樁基承載力計(jì)算一般是根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告中的土層數(shù)據(jù)確定，但地質(zhì)報(bào)告中的數(shù)據(jù)又是通過(guò)土工試驗(yàn)的結(jié)果轉(zhuǎn)換得出，不能充分體現(xiàn)原狀土的土體承載力，一般取值比較保守。而通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試樁得出的樁基承載力，可充分體現(xiàn)建筑工程樁基的實(shí)際承載能力。以筆者所在公司開(kāi)發(fā)的上海市某保障性住房項(xiàng)目為例，工程抗壓樁選用PHCΦ400mmAB95預(yù)應(yīng)力管樁，樁長(zhǎng)30m，樁端入地質(zhì)⑦1層4.6m，根據(jù)地勘報(bào)告計(jì)算的單樁承載力設(shè)計(jì)值為1050kN，而試樁抗壓承載力極限值卻達(dá)到2400kN，比根據(jù)地質(zhì)報(bào)告得出的抗壓承載力可提高近20%，按此調(diào)整樁型和布樁方式，樁基造價(jià)可大幅減少。

2.2.2基礎(chǔ)布置形式優(yōu)化

作為建筑物的重要組成部分，地基基礎(chǔ)的造價(jià)占總造價(jià)的10%～20%，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的時(shí)候選擇好基礎(chǔ)形式將有利于合理地控制工程造價(jià)。對(duì)某一具體建筑，要選擇多種方案進(jìn)行比選，只有經(jīng)過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，嚴(yán)格遵循相關(guān)規(guī)范，才能得出合理經(jīng)濟(jì)的方案。

2.2.3抗側(cè)力構(gòu)件平面布置優(yōu)化

抗側(cè)力構(gòu)件（剪力墻）的布置是為了抵抗水平力的作用，為防止扭轉(zhuǎn)，講究“金角銀邊草肚皮”，可將剪力墻盡量設(shè)置在建筑端部和角部，以增大整體的抗側(cè)剛度和扭轉(zhuǎn)慣性矩。因此，剪力墻的優(yōu)化方向有兩點(diǎn)：一是調(diào)整剪力墻布置位置，以最少的墻體布置獲得最好的抗震結(jié)構(gòu)性能指標(biāo)；二是剪力墻墻肢應(yīng)盡量避免出現(xiàn)短肢剪力墻。

還是以該工程1#～2#樓（B房型）、3#～6#樓（D房型）為例，將厚200mm剪力墻總長(zhǎng)分別從94.25m（B房型）和106.65m（D房型），優(yōu)化至84.45m和96.35m，節(jié)省了不少鋼材。2.3結(jié)構(gòu)計(jì)算優(yōu)化結(jié)構(gòu)計(jì)算優(yōu)化，主要體現(xiàn)在施工圖須精細(xì)化設(shè)計(jì)，主要是控制計(jì)算輸入?yún)?shù)、計(jì)算模型建立和計(jì)算結(jié)果指標(biāo)。其中輸入?yún)?shù)主要有：混凝土密度、荷載信息、周期折減系數(shù)等；計(jì)算結(jié)果控制指標(biāo)包括將周期比、位移比、層間位移角、剪重比、剛重比、剛度比、軸壓比等均設(shè)在合理的范圍內(nèi)，如：周期比均在0.8以下，偶然偏心作用下的位移比均不大于1.2，層間位移角均控制在1/1050左右、剪力墻軸壓比大多數(shù)小于0.4等。經(jīng)以上措施，有效減小了結(jié)構(gòu)體系的地震反力及扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，對(duì)提升經(jīng)濟(jì)性大有裨益。

2.4結(jié)構(gòu)構(gòu)造優(yōu)化

2.4.1樓板配筋設(shè)計(jì)優(yōu)化

在結(jié)構(gòu)薄弱部位，如樓層電梯間，走道樓板厚度為130mm，常規(guī)設(shè)計(jì)在薄弱部位樓板均有加強(qiáng)，一般頂面筋雙向貫通至Φ8mm@150mm，最終采用了板面分離式配筋，按最小配筋率配筋為Φ8mm@190mm。

2.4.2剪力墻設(shè)計(jì)優(yōu)化

在PKPM軟件計(jì)算中，當(dāng)剪力墻滿(mǎn)足平截面假定時(shí)，雷帶接閃器焊接連通，下端與基礎(chǔ)接地網(wǎng)焊接連通，形成良好的電氣通路。防雷體系的鋼筋均可靠焊接，并在有接地檢測(cè)電阻處距室外地坪0.5m處設(shè)1塊100mm×100mm×6mm預(yù)埋鋼板與引下線(xiàn)焊接作接地電阻測(cè)試點(diǎn)?？刹捎媒M合配筋計(jì)算結(jié)果。本工程L形剪力墻PKPM計(jì)算結(jié)果，長(zhǎng)肢方向?yàn)?，短肢方向?yàn)?，則采用組合配筋方式和不采用組合配筋方式對(duì)比。經(jīng)與審圖公司溝通，最終選用了組合配筋，剪力墻配筋大幅優(yōu)化。

結(jié)束語(yǔ)

本工程經(jīng)采取以上措施后，共節(jié)約造價(jià)70～90元/m2（以鋼筋綜合造價(jià)6元/kg計(jì)），工程樁節(jié)省造價(jià)約600萬(wàn)元，為類(lèi)似工程積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。

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