建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中樁基設(shè)計(jì)

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摘要：建筑設(shè)計(jì)中，樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢十分明顯，因此在建筑設(shè)計(jì)中也得到了廣泛的應(yīng)用。本文主要分析了樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的類型、樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)計(jì)算中的常見問題以及完善樁基設(shè)計(jì)的有效策略，以供參考。

關(guān)鍵詞：建筑設(shè)計(jì)；樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)；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(zhì)量和功能上具有突出優(yōu)勢。建筑工程中樁基礎(chǔ)技術(shù)的應(yīng)用可顯著提高建筑結(jié)構(gòu)的安全性，增大工程的綜合效益。

2樁基礎(chǔ)分類

按照樁基礎(chǔ)的受力原理，樁基礎(chǔ)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(chǎn)生的摩擦力承擔(dān)建筑負(fù)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(dāng)中應(yīng)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(jié)合施工方式，樁基主要可分為灌注樁和預(yù)制樁，預(yù)制樁是將預(yù)先制好的鋼筋混凝土打入地層之下，該樁基形式造價(jià)較低，施工效率高，且其節(jié)能性較強(qiáng)。但是這種樁型對土質(zhì)有著極高的要求，容易產(chǎn)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(shí)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(jiān)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(shí)際調(diào)整，所以成樁質(zhì)量更有保障，因而被廣泛應(yīng)用在高層建筑中。

3樁基設(shè)計(jì)與計(jì)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(dá)到標(biāo)高的要求，主要是由于設(shè)計(jì)前并未在做好地質(zhì)勘察工作，同時(shí)未嚴(yán)格按照要求開展試驗(yàn)樁測試，樁長和承載力無法滿足工程建設(shè)的要求。另外，地下土層結(jié)構(gòu)也對打樁產(chǎn)生了較大的負(fù)面影響。如地下土壤或巖石縫隙當(dāng)中的地下水壓力。打樁時(shí)無法阻斷縫隙水壓力的影響，因此在工程施工中應(yīng)采用跳打的方式來降低地下縫隙水的壓力，之后方可進(jìn)行樁基施工，或者還可應(yīng)用打孔等方式釋放堆積的壓力。采用高性能的壓樁機(jī)給予靜力壓樁適度的縱向壓力，進(jìn)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(jì)算

在縱向承載力設(shè)計(jì)中，應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)規(guī)范的要求完成設(shè)計(jì)工作。甲級和乙級建筑樁基要以靜載試驗(yàn)為基礎(chǔ)獲得全面詳實(shí)的特征數(shù)據(jù)。簡單的乙級樁基和丙級樁基需結(jié)合施工現(xiàn)場的基本特點(diǎn)和工作經(jīng)驗(yàn)，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(shè)計(jì)中，一般采取有效措施調(diào)整長徑比例，以滿足結(jié)構(gòu)性能的基本要求。若計(jì)算結(jié)果無法達(dá)到理想的設(shè)計(jì)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(yīng)具備堅(jiān)硬且不易變形的耐力層，此時(shí)若樁體為細(xì)長狀，則會在打樁時(shí)受到縱向荷載的影響，破壞樁體結(jié)構(gòu)的整體性和穩(wěn)定性。

3.4樁體偏差控制

打樁時(shí)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(shè)計(jì)的過程中，應(yīng)當(dāng)全面考慮偏差對樁體所構(gòu)成的負(fù)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(shù)規(guī)范的要求，條形樁基、標(biāo)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(nèi)調(diào)整樁體。

4完善樁基設(shè)計(jì)的主要策略

4.1科學(xué)應(yīng)用數(shù)學(xué)函數(shù)有限元法

現(xiàn)階段，有限元法在裝機(jī)設(shè)計(jì)中得到了廣泛應(yīng)用。有限元法合理地分割了集合內(nèi)的元素，并以此為基礎(chǔ)計(jì)算函數(shù)和近似方程，其可充分滿足不同樁基設(shè)計(jì)的基本需求，同時(shí)也可更加便利地獲取樁體的幾何拓?fù)湫畔ⅲ湓跇痘休d力計(jì)算中也扮演著十分重要的角色。與傳統(tǒng)的樁體強(qiáng)度計(jì)算方式相比，有限元法可更加清晰明確地反映實(shí)際情況。傳統(tǒng)的計(jì)算方式忽視了地下樁基和土體結(jié)構(gòu)間的作用力，從而簡化了計(jì)算的流程。設(shè)計(jì)人員通常采取文克爾假定法來計(jì)算土體承受的法向力。先假設(shè)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(guān)系。這種計(jì)算方式無法得到精確值，同時(shí)也不能全面地反映出客觀實(shí)際，設(shè)計(jì)結(jié)果誤差較大，而采用有限元設(shè)計(jì)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(jì)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(fù)合計(jì)算的準(zhǔn)確性

樁基設(shè)計(jì)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(jié)構(gòu)的整體性，應(yīng)當(dāng)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(chǔ)上，施工人員可以將其變形控制在合理的范圍內(nèi)。因此在樁體群落分析的過程中，可采用樁土復(fù)合計(jì)算模式。以有限元單根樁體計(jì)算為前提，采用連續(xù)計(jì)算的方式提高樁土復(fù)合計(jì)算的質(zhì)量。且計(jì)算時(shí)可適度調(diào)整有限元法離散單元的跨度，從而減少群樁的模擬計(jì)算量，有效提高計(jì)算的效率。計(jì)算時(shí)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(jì)算設(shè)計(jì)中并未明確樁基施工與承載力的關(guān)系，因此為了有效保證沉降量的控制效果，應(yīng)將與樁基礎(chǔ)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(jié)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(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

依據(jù)不同的建筑工程施工需求，樁承臺基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)在建筑高度較低、上部荷載較小的乙丙級樁基的設(shè)計(jì)當(dāng)中，若建筑高度在100m以上，則對樁體的承載力和沉降設(shè)計(jì)提出了較高的要求，為此，施工人員可以采取樁筏基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。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(shè)樁結(jié)構(gòu)時(shí)要先選擇樁筏基礎(chǔ)，或者可采用間距相等的樁筏基礎(chǔ)。樁筏基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的過程中，要充分考慮荷載結(jié)構(gòu)、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(jì)算的基礎(chǔ)，從而有效分散建筑上層的壓力，有效降低地基結(jié)構(gòu)當(dāng)中的梁變形情況，減少其所承受的應(yīng)力。計(jì)算時(shí)會受到建筑上層結(jié)構(gòu)壓力和樁體的豎向剛度的影響。對此可適度疊加上層結(jié)構(gòu)的壓力，然后再完成樁筏基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)和計(jì)算工作。這種方式可有效增大基礎(chǔ)平面的剛度，從而減少上層傳力不均的問題，控制結(jié)構(gòu)變形。在設(shè)計(jì)和計(jì)算的過程中也可適度地減少樁基內(nèi)部的配筋，進(jìn)而充分發(fā)揮出工程的價(jià)值。同時(shí)，樁體豎直方向的剛度直接影響了筏板的厚度和配筋設(shè)計(jì)，其對樁筏基礎(chǔ)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(biāo)準(zhǔn)以及企業(yè)的實(shí)際完成筏板設(shè)計(jì)。若盲目地提高筏板的厚度，則會嚴(yán)重影響配筋設(shè)計(jì)。再者，樁的豎向剛度要與工程設(shè)計(jì)的沉降量和樁基極限承載力充分結(jié)合，規(guī)定其在50Ra-100Ra之間。

4.4做好樁基受力分析

樁基的質(zhì)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(shè)計(jì)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(jié)構(gòu)壓力。結(jié)合實(shí)際制定針對性的解決方案，從而減少成本投入，保證計(jì)算的準(zhǔn)確性。

5結(jié)語

樁基是建筑結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，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(shí)，需采用科學(xué)的設(shè)計(jì)和計(jì)算方式，以完善樁基設(shè)計(jì)的綜合水平?，F(xiàn)階段，我國的科學(xué)技術(shù)發(fā)展水平顯著提高，多種先進(jìn)的計(jì)算方式和軟件系統(tǒng)也可輔助設(shè)計(jì)人員完成分析和計(jì)算環(huán)節(jié)，同時(shí)結(jié)合建筑物的不同需求，選擇不同類型的樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)形式，以此改善樁基設(shè)計(jì)質(zhì)量，促進(jìn)建筑工程的順利完工。

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作者：陶堅(jiān)毅 單位：華匯工程設(shè)計(jì)集團(tuán)股份有限公司