探析高層住宅小戶型的設(shè)計優(yōu)化及應(yīng)用

楊艷玲

（貴陽建筑勘察設(shè)計有限公司 貴州貴陽 550081）

0 引言

隨著建筑行業(yè)建設(shè)的高層化發(fā)展，使得越來越多的小戶型設(shè)計被運用于實踐。然而，由于基本的建筑空間有限，降低了小戶型建筑用戶的舒適度。為改善這一現(xiàn)狀，進而推動建筑行業(yè)的健康穩(wěn)定發(fā)展，應(yīng)結(jié)合實踐，對高層住宅小戶型的建筑與結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化。如對次臥位置進行了調(diào)整，提高通風(fēng)采光效果；采用組合配筋方式，以強化剪力墻結(jié)構(gòu)的配筋效果；采用現(xiàn)場試樁獲得的樁基承載力結(jié)果，以提高建筑工程樁基承載能力分析控制的準(zhǔn)確性。如此，才能使高層住宅小戶型的設(shè)計優(yōu)化達到預(yù)期，進而滿足用戶對小戶型建筑使用的舒適度與基本功能需求。

1 工程概況

貴州地區(qū)某高層住宅建筑的總建筑面積約為299800m2，其中地下建筑面積約為342500m2。具體是由15棟17層與12棟14層高層住宅樓組成，標(biāo)準(zhǔn)層的層高為2.8m，每棟樓均設(shè)有地下室。為提高高層住宅小戶型用戶的舒適度，相關(guān)人員根據(jù)實際工程情況進行了如下建筑設(shè)計優(yōu)化與結(jié)構(gòu)用鋼量控制技術(shù)應(yīng)用工作，以期推動建筑行業(yè)的健康穩(wěn)定發(fā)展。

2 高層住宅小戶型的建筑設(shè)計優(yōu)化

由于該高層住宅建筑的建設(shè)類型為高層保障房，因此，建筑設(shè)計需面臨房型面積小、容積率高以及單體設(shè)計采用一梯多戶策略。故而，建筑設(shè)計優(yōu)化控制人員要想達到高得房率與居住功能舒適度等目標(biāo)，需從細節(jié)角度入手，即調(diào)整臥式位置以及增加墻面長度等措施，來提高工程建設(shè)使用的科學(xué)合理性。以本建筑工程一梯四戶房型為例，設(shè)計優(yōu)化前，得房率為82%，且存在次臥通風(fēng)與采光弱以及衛(wèi)生間門對客廳等問題。優(yōu)化后，得房率提升到了85%，且對次臥位置進行了調(diào)整，提高通風(fēng)采光效果。與此同時，還規(guī)避了衛(wèi)生間對客戶的不合理問題[1]。

對于一梯六戶的房型，其得房率為79%，戶型合用前室無通風(fēng)與采光設(shè)置。即暗影影響了戶型的品質(zhì)與舒適度。設(shè)計優(yōu)化后，得房率提升至83%，戶型合用前室的通風(fēng)采光良好，改變了原有房型廚房開口方向，增加了客廳右側(cè)墻面長度，為家具擺設(shè)提高的便捷度。此外，設(shè)計還會墻體的布局進行了調(diào)整，使剪力墻結(jié)構(gòu)墻體對正，強化了結(jié)構(gòu)抗側(cè)力的剛度效果。如此，就在一定程度上降低了土建工程的造價成本[2]。

3 高層住宅小戶型的結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化

3.1 結(jié)構(gòu)計算優(yōu)化

結(jié)構(gòu)計算工作的優(yōu)化主要集中在施工圖紙的精細化設(shè)計上。即通過控制計算輸入?yún)?shù)、計算結(jié)構(gòu)指標(biāo)以及計算模型構(gòu)建，來提高結(jié)構(gòu)計算的合理性。這里的輸入?yún)?shù)是指，混凝土密度、周期折減系數(shù)以及荷載信息等。計算結(jié)構(gòu)的指標(biāo)是指，位移比、周期比、剛重比、剪重比以及層間位移角等，均要設(shè)置在合理范圍內(nèi)。如周期比，應(yīng)控制在0.8以下，層間位移角，控制在1/1050上下，剪力墻軸壓比應(yīng)控制在0.4以下。上述指標(biāo)參數(shù)控制目標(biāo)的達成，將大幅減少結(jié)構(gòu)體系的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)與地震反力影響，進而提高工程建設(shè)整體的經(jīng)濟效益[3]。

3.2 結(jié)構(gòu)構(gòu)造優(yōu)化

3.2.1 樓板配筋設(shè)計優(yōu)化

對于高層建筑的結(jié)構(gòu)薄弱部位，如走道樓板厚度為130mm，樓層電梯間等。常規(guī)設(shè)計工作開展，均會架起那個薄弱部位樓板的設(shè)計控制，即將頂面金雙向貫通至φ8mm@150mm。為保證本建筑結(jié)構(gòu)薄弱部位達到預(yù)期的建設(shè)要求，優(yōu)化設(shè)計采用了板面分離式配筋，即按照最小配筋率的配筋為φ8mm@190mm。

3.2.2 剪力墻設(shè)計優(yōu)化

在利用PKPM軟件進行計算時，如剪力墻滿足平截面假定，設(shè)計人員應(yīng)采用組合配筋計算結(jié)果。由于本工程L型剪力墻的PKPM計算結(jié)果中，長肢方向為0，短肢方向為7，因此，設(shè)計應(yīng)采用組合配筋方式，以強化剪力墻結(jié)構(gòu)的配筋效果。

3.3 樁基設(shè)計優(yōu)化

由于高層住宅軟土地基的樁型多選為預(yù)應(yīng)力管樁與鉆孔灌注樁，因此，以往樁基承載力計算多根據(jù)地質(zhì)勘察報告來確定土層數(shù)據(jù)。而地質(zhì)勘察報告中的數(shù)據(jù)信息是經(jīng)土工試驗結(jié)果轉(zhuǎn)換獲得的，因此，并不能充分體現(xiàn)原狀土的土體承載力，多取值較為保守。為此，樁基設(shè)計優(yōu)化人員應(yīng)采用現(xiàn)場試樁獲得的樁基承載力結(jié)果，以提高建筑工程樁基承載能力分析控制的準(zhǔn)確性。本工程建設(shè)采用的抗壓樁為PHCφ400mmAB95的預(yù)應(yīng)力管樁，其樁長為30m，樁端入地質(zhì)⑦1層4.6m。此外，根據(jù)地勘報告計算獲得的單樁承載力設(shè)計值為1050kN，但試樁的抗壓承載力極限值高達2400kN。由此，設(shè)計人員應(yīng)通過調(diào)整樁型與布樁方式，來控制樁基建設(shè)造價。

3.4 基礎(chǔ)布置形式優(yōu)化

地基基礎(chǔ)的造價作為總造價的10%～20%，應(yīng)在選擇結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，綜合考慮工程造價控制的基礎(chǔ)形式。此外，針對某一具體建筑，應(yīng)采用多種方案，以為后續(xù)綜合多方因素的比選預(yù)留環(huán)境。如此，基礎(chǔ)布置方案的科學(xué)合理性就能得到保障。本工程某號樓設(shè)計選用了兩種基礎(chǔ)底板布置形式。

方案一：樁基聯(lián)合承臺與防水靜力板形式，來對用鋼質(zhì)量進行控制。方案二：采用了梁板式樁基，其基礎(chǔ)梁與板厚均優(yōu)于方案一，但用鋼質(zhì)量比方案一多了1.1t。經(jīng)綜合方面因素考慮，選用了方案二，其雖造價較高，但整體剛度大，能夠承擔(dān)基礎(chǔ)受力特點所帶來的影響。值得注意的是，因結(jié)構(gòu)計算過程，剪力墻是通過地基梁將上部荷載傳至樁的，因此，基礎(chǔ)底板的布設(shè)應(yīng)考慮水的浮力與部分上部荷載的作用影響。

3.5 抗側(cè)力構(gòu)件平面布置優(yōu)化

高層住宅小戶型的抗側(cè)構(gòu)件，即剪力墻設(shè)計布置，主要用來抵抗水平力的影響，以規(guī)避扭轉(zhuǎn)風(fēng)險。此過程，設(shè)計人員應(yīng)按照“金角銀邊草肚皮”的原則，將剪力墻盡可能地設(shè)置在建筑物的端部與角部。如此，就可大幅提高整體抗側(cè)的剛度與扭轉(zhuǎn)慣性矩。從以往高層住宅進行剪力墻設(shè)計優(yōu)化工作情況可以看出，剪力墻的優(yōu)化設(shè)計應(yīng)從兩方面入手，即調(diào)整布置位置與規(guī)避短肢剪力墻。這里的剪力墻布置位置調(diào)整，應(yīng)將最少的墻體布置強化抗震結(jié)構(gòu)的性能質(zhì)量。短肢剪力墻的控制，就是在設(shè)計剪力墻墻肢過程中，盡可能規(guī)避短肢剪力墻的設(shè)計，以優(yōu)化抗側(cè)力構(gòu)件的平面布置效果。

在上述設(shè)計優(yōu)化控制背景下，高層住宅的小戶型工程建設(shè)，就能高舒適度與高穩(wěn)定性狀態(tài)作用于實踐，以滿足用戶的基本功能需求。

4 結(jié)束語

綜上所述，高層住宅小戶型的優(yōu)化設(shè)計目標(biāo)達成，需對小戶型設(shè)計現(xiàn)有問題的情況，從結(jié)構(gòu)計算優(yōu)化、樓板配筋設(shè)計優(yōu)化、剪力墻設(shè)計優(yōu)化、樁基設(shè)計優(yōu)化、基礎(chǔ)布置形式優(yōu)化以及抗側(cè)力構(gòu)件平面布置優(yōu)化等角度入手，來強化高層住宅小戶型建筑與結(jié)構(gòu)的設(shè)計控制效果。事實證明，只有這樣，才能將最具效用的優(yōu)化設(shè)計策略作用于實踐，進而服務(wù)于現(xiàn)代化經(jīng)濟建設(shè)建設(shè)背景下的全面發(fā)展進程。