建筑结构设计中桩基设计

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摘要：建筑设计中，桩基础结构的优势十分明显，因此在建筑设计中也得到了广泛的应用。本文主要分析了桩基础结构的类型、桩基础设计计算中的常见问题以及完善桩基设计的有效策略，以供参考。

关键词：建筑设计；桩基础结构；策略

1引言

如今建筑行业持续发展，人们对建筑也提出了更高的要求，其既要满足人们的审美需求，还需在质量和功能上具有突出优势。建筑工程中桩基础技术的应用可显著提高建筑结构的安全性，增大工程的综合效益。

2桩基础分类

按照桩基础的受力原理，桩基础主要分为端承桩与摩擦桩。摩擦桩主要采用基桩与周边土壤产生的摩擦力承担建筑负荷，其还可分为抗压桩以及抗拔桩，在深度较大的持力层和软土地基当中应用较为广泛。端承桩主要是以桩的支撑力来承载土层上的建筑物。结合施工方式，桩基主要可分为灌注桩和预制桩，预制桩是将预先制好的钢筋混凝土打入地层之下，该桩基形式造价较低，施工效率高，且其节能性较强。但是这种桩型对土质有着极高的要求，容易产生挤土不足的问题。灌注桩施工中主要采用现场钻孔或人工挖孔的方式。施工时先要完成制孔，然后将钢筋笼放入到孔中，灌注混凝土，其可穿透多种坚硬的夹层及持力层。另外，灌注桩的桩径与单桩的承载力可根据实际调整，所以成桩质量更有保障，因而被广泛应用在高层建筑中。

3桩基设计与计算中的问题

3.1桩基位置的把控

桩基施工中不能顺利地达到标高的要求，主要是由于设计前并未在做好地质勘察工作，同时未严格按照要求开展试验桩测试，桩长和承载力无法满足工程建设的要求。另外，地下土层结构也对打桩产生了较大的负面影响。如地下土壤或岩石缝隙当中的地下水压力。打桩时无法阻断缝隙水压力的影响，因此在工程施工中应采用跳打的方式来降低地下缝隙水的压力，之后方可进行桩基施工，或者还可应用打孔等方式释放堆积的压力。采用高性能的压桩机给予静力压桩适度的纵向压力，进而有效控制桩体对周围环境的压力。

3.2单根桩体极限纵向承载力的计算

在纵向承载力设计中，应严格按照设计规范的要求完成设计工作。甲级和乙级建筑桩基要以静载试验为基础获得全面详实的特征数据。简单的乙级桩基和丙级桩基需结合施工现场的基本特点和工作经验，确定单根桩体的竖向承载力。

3.3桩体的长度比例选择

建筑工程桩体设计中，一般采取有效措施调整长径比例，以满足结构性能的基本要求。若计算结果无法达到理想的设计比例，则说明桩体材料并未得到充分利用。施工人员要确定长径比以满足桩体承载力的基本要求，且端承桩应具备坚硬且不易变形的耐力层，此时若桩体为细长状，则会在打桩时受到纵向荷载的影响，破坏桩体结构的整体性和稳定性。

3.4桩体偏差控制

打桩时既要充分满足单根桩体的承载力要求，还需确保桩体中心处于规定的位置上。设计的过程中，应当全面考虑偏差对桩体所构成的负面影响，尤其是承台桩和条形桩、偏差对桩体偏差有着十分显著的影响，这使得桩基的整体性明显降低。按照技术规范的要求，条形桩基、标高控制偏差和斜桩允许偏差的要求十分明确，所以要在合理的范围内调整桩体。

4完善桩基设计的主要策略

4.1科学应用数学函数有限元法

现阶段，有限元法在装机设计中得到了广泛应用。有限元法合理地分割了集合内的元素，并以此为基础计算函数和近似方程，其可充分满足不同桩基设计的基本需求，同时也可更加便利地获取桩体的几何拓扑信息，其在桩基承载力计算中也扮演着十分重要的角色。与传统的桩体强度计算方式相比，有限元法可更加清晰明确地反映实际情况。传统的计算方式忽视了地下桩基和土体结构间的作用力，从而简化了计算的流程。设计人员通常采取文克尔假定法来计算土体承受的法向力。先假设桩基打压中只有桩体下方的土层受到影响，土体变形与承受的荷载存在地基反力系数，从而使二者成正比例关系。这种计算方式无法得到精确值，同时也不能全面地反映出客观实际，设计结果误差较大，而采用有限元设计方式则可充分考虑到容易被忽略的作用力，利用专业的计算软件建模，得出可靠的仿真数据，不断优化桩体的性能。

4.2提高桩土复合计算的准确性

桩基设计中，一方面要考虑单根桩体的承载力，另一方面还需考虑其所组成的整体群落能否满足建筑的基本要求。采用有限元法能够明确单根桩体的性能参数。为了保证结构的整体性，应当考虑桩体群落的承载力，确保桩基在承受较大建筑荷载的基础上，施工人员可以将其变形控制在合理的范围内。因此在桩体群落分析的过程中，可采用桩土复合计算模式。以有限元单根桩体计算为前提，采用连续计算的方式提高桩土复合计算的质量。且计算时可适度调整有限元法离散单元的跨度，从而减少群桩的模拟计算量，有效提高计算的效率。计算时桩基的沉降效果可能无法满足荷载的需求，出现这一现象主要是由于桩基计算设计中并未明确桩基施工与承载力的关系，因此为了有效保证沉降量的控制效果，应将与桩基础轴线的桩土作为同性材料，利用土体的弹性模量以及泊松比结合后所形成的同性材料参数，做好群桩的荷载沉降分析。

4.3优化桩体基础结构设计

依据不同的建筑工程施工需求，桩承台基础结构在建筑高度较低、上部荷载较小的乙丙级桩基的设计当中，若建筑高度在100m以上，则对桩体的承载力和沉降设计提出了较高的要求，为此，施工人员可以采取桩筏基础结构。若桩的持力层较深，桩的长度较长，则桩基的承载力较大，在墙柱下布设桩结构时要先选择桩筏基础，或者可采用间距相等的桩筏基础。桩筏基础设计的过程中，要充分考虑荷载结构、筏板的厚度和建筑物沉降等诸多因素。为了增大筏板的承载力，一般以弹性地基梁为计算的基础，从而有效分散建筑上层的压力，有效降低地基结构当中的梁变形情况，减少其所承受的应力。计算时会受到建筑上层结构压力和桩体的竖向刚度的影响。对此可适度叠加上层结构的压力，然后再完成桩筏基础的设计和计算工作。这种方式可有效增大基础平面的刚度，从而减少上层传力不均的问题，控制结构变形。在设计和计算的过程中也可适度地减少桩基内部的配筋，进而充分发挥出工程的价值。同时，桩体竖直方向的刚度直接影响了筏板的厚度和配筋设计，其对桩筏基础承载力上限也有着较为显著的影响，因此要根据国家的行业标准以及企业的实际完成筏板设计。若盲目地提高筏板的厚度，则会严重影响配筋设计。再者，桩的竖向刚度要与工程设计的沉降量和桩基极限承载力充分结合，规定其在50Ra-100Ra之间。

4.4做好桩基受力分析

桩基的质量对建筑的稳定性有着较大响。桩基需要承受较大的上层压力，因此在设计中必须做好桩基受力分析，有效优化桩基的综合性能。且为了保证桩基的承载力，控制建筑物的不均匀沉降，在受力分析中，需考虑桩基受力变形的基本情况，尤其要重视上层结构压力。结合实际制定针对性的解决方案，从而减少成本投入，保证计算的准确性。

5结语

桩基是建筑结构的基础，桩基承载力对建筑的稳定性有着十分明显的影响。在确定桩基承载力时，需采用科学的设计和计算方式，以完善桩基设计的综合水平。现阶段，我国的科学技术发展水平显著提高，多种先进的计算方式和软件系统也可辅助设计人员完成分析和计算环节，同时结合建筑物的不同需求，选择不同类型的桩基础结构形式，以此改善桩基设计质量，促进建筑工程的顺利完工。

参考文献：

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[2]童紫连.桩基设计与施工结合的关键问题与优化措施[J].科技经济导刊,2017(30).

[3]靳逸凡.建筑结构设计中桩基设计微探[J].山西建筑.2019(5)

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作者：陶坚毅 单位：华汇工程设计集团股份有限公司