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

如今建筑行業持續發展，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據。簡單的乙級樁基和丙級樁基需結合施工現場的基本特點和工作經驗，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科學應用數學函數有限元法

現階段，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，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，利用專業的計算軟件建模，得出可靠的仿真數據，不斷優化樁體的性能。

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。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，出現這一現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，做好群樁的荷載沉降分析。

4.3優化樁體基礎結構設計

依據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，因此要根據國家的行業標準以及企業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。現階段，我國的科學技術發展水平顯著提高，多種先進的計算方式和軟件系統也可輔助設計人員完成分析和計算環節，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