试析建筑结构设计中的桩基设计

试析建筑结构设计中的桩基设计

赵连龙

130402197612151818

摘要:随着当前建筑行业的不断发展，各种高层建筑、异型结构建筑项目层出不穷，对建筑结构设计的质量、安全提出了更高的要求，桩基设计的重要性逐渐得以凸显。在实际进行建筑桩基设计的过程中，应先明确现场施工情况特点，合理确定桩基础规格，加强对桩平面布置的优化调整，同时还需要做好上部建筑结构和受力情况的分析，准确计算桩基础承载力，为进一步提高桩基设计水平，还应合理应用有限元法，强化桩土复合计算，并加强桩体基础结构设计。

关键词：建筑工程；桩基结构；设计

引言

桩基设计能为建筑带来良好的承载力保障,有利于建筑结构稳固性的提高,进而带动建筑整体质量的提升。但是,因建筑施工体系复杂性相对较高,在设计桩基时也同样过于复杂,要从专业思维角度出发展开全方位考量,以便为桩基设计提供有效保障。同时,要求设计人员密切结合建设实际情况展开方案的设计,在保证施工可行性的基础上,赋予建筑结构安全性与稳定性保障。

1建筑桩基础结构的分类

1）根据承台的高度，建筑桩基础包括高承台桩基础、低承台桩基础等。在房屋建筑结构中，低承台桩基础较为常见。2）按照承载力的产生原理，桩基础可分为摩擦桩、端承桩两种。对于存在不良地质的建筑项目，可采用端承桩，使其穿过软弱地层，落在坚硬土层内，承托建筑结构产生的荷载。这类桩基础结构中，桩身和土层的摩擦力较小。若基础桩在软弱土层中的深度较大，桩侧土和桩身相互摩擦后，将建筑荷载分散到土体内时，桩身、土层会存在相对位移，桩端土具有基础的承载作用，这类桩基础可称之为摩擦桩[1]。3）按照桩身材料，建筑桩基础包括木桩、钢桩、混凝土桩、现浇钢筋混凝土桩等。随着建筑质量要求的提升，钢筋混凝土桩在建筑桩基础结构中较为常见。设计人员可结合建筑结构设计需求，通过预制、现浇的方式布设钢筋混凝土桩。

2建筑桩基设计的主要工作内容

2.1桩基础的核心参数

对桩基进行科学、合理的设计是保证工程生命周期工作的一个重要先决条件。首先，设计者要对施工环境、现场条件进行现场勘察，参考地质、水文数据，同时，对周边各种建筑物进行了全面的分析，以求出合理的桩基础设计。其次，在设计时要充分考虑上一层结构对基础的承载能力，并采用验算方法确定桩长，为了保证桩的承载力与稳定，在设计时尽量将桩尖插入土壤中。

2.2 通过地基结构等级核算单桩的竖向承载能力

根据工程实际情况，我国的建筑地基分为甲、乙、丙三个级别。A类建筑一般是30层以上的超高层建筑，或者在复杂的地下工程环境中，施工条件不佳；而乙级结构可用于一般的民用工程，而丙类结构的施工，一般情况下，采用的是较浅的地基。在为甲等级时，桩基设计应充分考虑单桩静载荷试验结果，并掌握单桩极限承载力数据；当工程级别为B级时，在场地条件较为适宜时，可参照类似工程的类似规模，进行相应的复原试验；在C级时，由于C型结构相对简单，因此可以从B组的复原测试中获得必要的数据。在某些工程中，桩直径较大时，可通过深平板加载法进行单桩竖向承载力测试，而在工程设计中，则采用嵌岩桩，可以通过特殊的岩石板荷载测试来测定单桩的竖向承载力。

2.3对上部建筑进行分析

桩基设计的主要目的在于承受上部建筑结构所产生的压力，保障整体建筑的稳定性以及安全性，满足建筑承载需求，并降低建筑沉降情况发生的概率。因此，在进行桩基设计的过程中，就需要事先对上部结构进行分析，明确建筑物施工建设对于桩基的基本要求，并在此基础上进行桩基设计研究，明确桩基等级标准和相应方法，进一步保障桩基设计的科学性、合理性以及实用性。

3提高建筑结构桩基设计水平

3.1科学应用数学有限元法

有限元法的主要优势在于能够将连续体划分为多个单元进行分析，理论基础相对简洁，概念清晰，尤其是针对建筑结构桩基设计时，其中涉及到的因素相对较多而且十分复杂，有限元法能够对其中的多种元素进行灵活分解和处理，进一步提升桩基设计的合理性。在实际应用的过程中，相关人员可以借助有限元分析软件，对桩基和土层模型进行构建，然后结合实际情况，对二者结构数据展开三维分析，明确桩基结构在承受建筑荷载之后的沉降情况，以及相应荷载应力的传递情况，进而帮助设计人员明确桩基设计的问题所在，实现对桩基设计参数的优化调整，进一步保障桩基设计的合理性和安全性。

3.2明确桩基设计影响因素

桩基承载能力影响因素中,主要包含桩基型制和桩基长度两类,而材料、直径等因素是设计中可直接加以控制的,或是受行业规范标准限定,故而在桩基设计中需要明确的影响因素主要为型制与长度。桩基型制影响方面,以实际施工方案为根据,结合建筑具体的建设方式完成桩基型制的确定,突出合理性、可行性,良好的型制能够使建筑施工难度适当下降,减少施工成本支出、缩短施工时间。而桩基长度方面,同样需以现场实际使用量为根据进行选择,长度越长,其直径也越固定,当单体桩基长度比出现变化时,也会体现出不同的承载力。

3.3复合计算与受力分析

设计桩基础时,在对每根桩承载力予以考虑的基础上,需要考虑所有桩构成的整体能否满足建筑的要求。通过有限元法的运用虽然能完成单桩情况的计算,但在其整体性能的计算中,应立足于宏观方面予以考虑,通过计算整体桩群的承载力,确保其能承受建筑主体施加的压力,控制受力后的形变情况处于可控范围内。所以,在计算和检验中可引入桩土复合计算法,在完成单根桩体计算后,通过连续计算的方式展开复合计算。通过适当增加各单位间跨度,减少细化,使计算量减少,突出计算的高效性。此外,为了充分发挥建筑整体功能及确保其稳定性与牢固度,确保能稳妥承受上层建筑施加的压力,在受力分析时必须突出科学性和严谨性。具体分析中需立足于不同角度对受力变形原因及情况展开分析,为解决措施的制定提供可靠的参考依据。同时,要重点关注结构压力,突出设计方案的针对性、可行性。

3.4加强设计参数验算，确保承载力计算准确性

桩基设计期间，设计人员不仅需要计算单个桩的桩身承载力，还应根据桩基布置方案，以及群桩和承台、建筑结构之间的作用力，采用有限元计算模式验算桩基设计参数，分析单根桩基、群桩的承载力。为保证群桩承载力计算的准确性，设计人员在单独运算单桩承载的前提下，可通过复核计算的方式对桩基结构的整体设计参数进行强度计算。然后在原有基础上计算离散单元跨度，减少模拟计算量，提升计算效率。根据以往的经验可知，部分桩基会出现预期沉降量与实际值不符的情况，为避免该问题，需要设计人员利用地基结构的土体弹性模量、泊松比，准确计算桩基结构建设材料的承载力。完成基础设计后，需要进行成果核算，用可视化先进技术建立3D模型，输入设计参数后模拟运行，保证承载力计算准确。

结束语

综上所述，在实际进行建筑桩基设计的过程中，应先明确现场施工情况及特点，合理确定桩基规格，加强对桩平面布置的优化调整，同时还需要做好上部建筑结构和受力情况的分析，准确计算桩基础承载力。为进一步提高桩基设计水平，还应合理应用有限元法，强化桩土复合计算，并加强桩体基础结构设计。相信随着对桩基设计的深入研究和实践探索，我国建筑结构设计水平将会得到良好提升。

参考文献

[1]杜鹏,张剑涛.多高层建筑设计中桩基选用布置技巧[J].建筑结构,2021(1):209-211.

[2]宣奇辰.建筑结构设计中桩基设计方法及实例分析[J].房地产世界,2020(20):37-39.

[3]李宜祥.建筑结构设计中桩基设计研究[J].科学技术创新,2020(20):123-124.