建筑結構設計中樁基設計

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摘要：建筑設計中，樁基礎結構的優(yōu)勢十分明顯，因此在建筑設計中也得到了廣泛的應用。本文主要分析了樁基礎結構的類型、樁基礎設計計算中的常見問題以及完善樁基設計的有效策略，以供參考。

關鍵詞：建筑設計；樁基礎結構；策略

1引言

如今建筑行業(yè)持續(xù)發(fā)展，人們對建筑也提出了更高的要求，其既要滿足人們的審美需求，還需在質量和功能上具有突出優(yōu)勢。建筑工程中樁基礎技術的應用可顯著提高建筑結構的安全性，增大工程的綜合效益。

2樁基礎分類

按照樁基礎的受力原理，樁基礎主要分為端承樁與摩擦樁。摩擦樁主要采用基樁與周邊土壤產生的摩擦力承擔建筑負荷，其還可分為抗壓樁以及抗拔樁，在深度較大的持力層和軟土地基當中應用較為廣泛。端承樁主要是以樁的支撐力來承載土層上的建筑物。結合施工方式，樁基主要可分為灌注樁和預制樁，預制樁是將預先制好的鋼筋混凝土打入地層之下，該樁基形式造價較低，施工效率高，且其節(jié)能性較強。但是這種樁型對土質有著極高的要求，容易產生擠土不足的問題。灌注樁施工中主要采用現(xiàn)場鉆孔或人工挖孔的方式。施工時先要完成制孔，然后將鋼筋籠放入到孔中，灌注混凝土，其可穿透多種堅硬的夾層及持力層。另外，灌注樁的樁徑與單樁的承載力可根據(jù)實際調整，所以成樁質量更有保障，因而被廣泛應用在高層建筑中。

3樁基設計與計算中的問題

3.1樁基位置的把控

樁基施工中不能順利地達到標高的要求，主要是由于設計前并未在做好地質勘察工作，同時未嚴格按照要求開展試驗樁測試，樁長和承載力無法滿足工程建設的要求。另外，地下土層結構也對打樁產生了較大的負面影響。如地下土壤或巖石縫隙當中的地下水壓力。打樁時無法阻斷縫隙水壓力的影響，因此在工程施工中應采用跳打的方式來降低地下縫隙水的壓力，之后方可進行樁基施工，或者還可應用打孔等方式釋放堆積的壓力。采用高性能的壓樁機給予靜力壓樁適度的縱向壓力，進而有效控制樁體對周圍環(huán)境的壓力。

3.2單根樁體極限縱向承載力的計算

在縱向承載力設計中，應嚴格按照設計規(guī)范的要求完成設計工作。甲級和乙級建筑樁基要以靜載試驗為基礎獲得全面詳實的特征數(shù)據(jù)。簡單的乙級樁基和丙級樁基需結合施工現(xiàn)場的基本特點和工作經(jīng)驗，確定單根樁體的豎向承載力。

3.3樁體的長度比例選擇

建筑工程樁體設計中，一般采取有效措施調整長徑比例，以滿足結構性能的基本要求。若計算結果無法達到理想的設計比例，則說明樁體材料并未得到充分利用。施工人員要確定長徑比以滿足樁體承載力的基本要求，且端承樁應具備堅硬且不易變形的耐力層，此時若樁體為細長狀，則會在打樁時受到縱向荷載的影響，破壞樁體結構的整體性和穩(wěn)定性。

3.4樁體偏差控制

打樁時既要充分滿足單根樁體的承載力要求，還需確保樁體中心處于規(guī)定的位置上。設計的過程中，應當全面考慮偏差對樁體所構成的負面影響，尤其是承臺樁和條形樁、偏差對樁體偏差有著十分顯著的影響，這使得樁基的整體性明顯降低。按照技術規(guī)范的要求，條形樁基、標高控制偏差和斜樁允許偏差的要求十分明確，所以要在合理的范圍內調整樁體。

4完善樁基設計的主要策略

4.1科學應用數(shù)學函數(shù)有限元法

現(xiàn)階段，有限元法在裝機設計中得到了廣泛應用。有限元法合理地分割了集合內的元素，并以此為基礎計算函數(shù)和近似方程，其可充分滿足不同樁基設計的基本需求，同時也可更加便利地獲取樁體的幾何拓撲信息，其在樁基承載力計算中也扮演著十分重要的角色。與傳統(tǒng)的樁體強度計算方式相比，有限元法可更加清晰明確地反映實際情況。傳統(tǒng)的計算方式忽視了地下樁基和土體結構間的作用力，從而簡化了計算的流程。設計人員通常采取文克爾假定法來計算土體承受的法向力。先假設樁基打壓中只有樁體下方的土層受到影響，土體變形與承受的荷載存在地基反力系數(shù)，從而使二者成正比例關系。這種計算方式無法得到精確值，同時也不能全面地反映出客觀實際，設計結果誤差較大，而采用有限元設計方式則可充分考慮到容易被忽略的作用力，利用專業(yè)的計算軟件建模，得出可靠的仿真數(shù)據(jù)，不斷優(yōu)化樁體的性能。

4.2提高樁土復合計算的準確性

樁基設計中，一方面要考慮單根樁體的承載力，另一方面還需考慮其所組成的整體群落能否滿足建筑的基本要求。采用有限元法能夠明確單根樁體的性能參數(shù)。為了保證結構的整體性，應當考慮樁體群落的承載力，確保樁基在承受較大建筑荷載的基礎上，施工人員可以將其變形控制在合理的范圍內。因此在樁體群落分析的過程中，可采用樁土復合計算模式。以有限元單根樁體計算為前提，采用連續(xù)計算的方式提高樁土復合計算的質量。且計算時可適度調整有限元法離散單元的跨度，從而減少群樁的模擬計算量，有效提高計算的效率。計算時樁基的沉降效果可能無法滿足荷載的需求，出現(xiàn)這一現(xiàn)象主要是由于樁基計算設計中并未明確樁基施工與承載力的關系，因此為了有效保證沉降量的控制效果，應將與樁基礎軸線的樁土作為同性材料，利用土體的彈性模量以及泊松比結合后所形成的同性材料參數(shù)，做好群樁的荷載沉降分析。

4.3優(yōu)化樁體基礎結構設計

依據(jù)不同的建筑工程施工需求，樁承臺基礎結構在建筑高度較低、上部荷載較小的乙丙級樁基的設計當中，若建筑高度在100m以上，則對樁體的承載力和沉降設計提出了較高的要求，為此，施工人員可以采取樁筏基礎結構。若樁的持力層較深，樁的長度較長，則樁基的承載力較大，在墻柱下布設樁結構時要先選擇樁筏基礎，或者可采用間距相等的樁筏基礎。樁筏基礎設計的過程中，要充分考慮荷載結構、筏板的厚度和建筑物沉降等諸多因素。為了增大筏板的承載力，一般以彈性地基梁為計算的基礎，從而有效分散建筑上層的壓力，有效降低地基結構當中的梁變形情況，減少其所承受的應力。計算時會受到建筑上層結構壓力和樁體的豎向剛度的影響。對此可適度疊加上層結構的壓力，然后再完成樁筏基礎的設計和計算工作。這種方式可有效增大基礎平面的剛度，從而減少上層傳力不均的問題，控制結構變形。在設計和計算的過程中也可適度地減少樁基內部的配筋，進而充分發(fā)揮出工程的價值。同時，樁體豎直方向的剛度直接影響了筏板的厚度和配筋設計，其對樁筏基礎承載力上限也有著較為顯著的影響，因此要根據(jù)國家的行業(yè)標準以及企業(yè)的實際完成筏板設計。若盲目地提高筏板的厚度，則會嚴重影響配筋設計。再者，樁的豎向剛度要與工程設計的沉降量和樁基極限承載力充分結合，規(guī)定其在50Ra-100Ra之間。

4.4做好樁基受力分析

樁基的質量對建筑的穩(wěn)定性有著較大響。樁基需要承受較大的上層壓力，因此在設計中必須做好樁基受力分析，有效優(yōu)化樁基的綜合性能。且為了保證樁基的承載力，控制建筑物的不均勻沉降，在受力分析中，需考慮樁基受力變形的基本情況，尤其要重視上層結構壓力。結合實際制定針對性的解決方案，從而減少成本投入，保證計算的準確性。

5結語

樁基是建筑結構的基礎，樁基承載力對建筑的穩(wěn)定性有著十分明顯的影響。在確定樁基承載力時，需采用科學的設計和計算方式，以完善樁基設計的綜合水平。現(xiàn)階段，我國的科學技術發(fā)展水平顯著提高，多種先進的計算方式和軟件系統(tǒng)也可輔助設計人員完成分析和計算環(huán)節(jié)，同時結合建筑物的不同需求，選擇不同類型的樁基礎結構形式，以此改善樁基設計質量，促進建筑工程的順利完工。

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作者：陶堅毅 單位：華匯工程設計集團股份有限公司