建筑结构设计中桩基设计微探

摘 要：当前房屋建筑的质量问题不仅影响到住户的居住质量，更直接影响到我国建筑行业的发展前景，因此需着重优化房屋建筑结构设计工作。其中的基础设计更是保证建筑质量的前提，值得我们针对现存问题进行深入分析，从而提出相应的基础设计优化措施，保证建筑结构的安全性与实用性。

关键词：建筑结构设计；桩基设计；微探

1 导言

随着房屋建筑的建设量不断增加，其具体的结构设计也愈加复杂。而基础设计作为结构设计中的重要环节，其设计的科学性对于整体房屋结构起着关键的决定性作用，在未来的房屋建筑结构设计中应当引起我们的重视。

2 建筑桩基础种类

2.1 钻孔灌注桩

钻孔灌注桩是常见的施工技术，即利用钻孔处理，在孔中放置钢筋笼，并进行混凝土浇筑成柱的桩基础施工方法。钻孔过灌注桩技术具有自身的特点，需要先成孔然后在成柱，并结合实际情况确定成桩的形式，但是这种方法并不能保证成孔垂直度。所以要保证使用的钻机可靠、安全，使作业的位置更加牢固，防止钻孔出现偏移。此外，还可以对桩机支撑面积进行扩大，从而使成孔更加准确。

2.2 人工挖孔桩

人工挖孔桩就是通过人工的方法进行施工作业，其施工效果也比较理想的。虽然人工挖孔桩需要的人工作业量较大，但其成本的支出并不多，也不会对周边环境产生影响。这种技术是比较经济、安全、可靠的施工技术，在建筑工程施工中有着极为广泛的应用。其采用人工作业的方式扩大桩基地，并结合水流量明确是否需要继续开挖，同时确定开挖的规模，最后将混凝土填入其中，使桩基础施工的质量效果得到保障。

2.3 静力压桩

静力压桩通过自重及桩架的影响对桩产生反作用力，从而使桩能够快速进入地下，并能对其偏移程度进行科学的控制。在实际施工中，采用静力压桩施工技术产生的噪声、震动并不明显，其施工工艺相对简单、操作较为便利，同时成本也不高，因此在建筑结构桩基础设计施工中有着广泛的应用。

3 桩基设计优化调整策略

3.1 数学函数有限元法的运用

当前，有限元法的运用逐渐成为桩基设计工作者的模拟测试手段之一，有限元法可以将集合内的元素进行离散分割，再进行函数和近似方程的计算，适用于多种桩基设计需求，也可以更加方便地获取桩体的几何拓扑信息，并将在求解桩基整体承载力等计算环节发挥重要作用。与传统的桩体强度计算相比，有限元法能够更加反映出客观的实际情况，传统计算方法会忽略地下桩基与土体结构相互之间的某些作用力，以尽可能减少参与计算的元素，比如工作人员常常采用文克尔假定法对土体所受法向力进行计算，先假定桩基打压过程中只有桩体下方的土层受到了作用力影响，并假设土体变形与承受荷载之间存在一个地基反力系数使二者始终成正比，通过这种计算方法，仅仅能够得出一个近似的数值，不能完全反映出客观实际情况，其设计结果可能出现一定的误差。而通过有限元法则可以将忽略的作用力和影响因素都考虑进来，无论是桩体材料还是受作用力影响的空间结构等都能通过有限元法实现受力的非线性分析，并通过计算机软件建立模型进行模拟，得出的仿真数据具有一定可靠度，便于提升桩体自身的性能。

3.2 桩土复合计算

桩基设计不仅仅要考虑到单根桩体的承载能力，还需要考虑到它们组成的整体群落是否符合建筑需求。通过有限元法的应用，可以比较容易地计算出单根桩体的性能，然而考虑到建筑施工的整体结构，还需要从宏观方面研究桩体群落的承载能力，保证桩基在承受建筑上层较大荷载的同时，受力变形在施工允许范围之内。所以有必要通过桩土复合计算模式对桩体群落进行设计和分析，在有限元计算单根桩体的基础上，通过连续的计算处理即可以完成桩土复合计算模式的工作任务。我们可以将有限元法各离散单元的跨度适当增大，减少其细化的程度，以便减少对群桩的模拟计算量，提升工作效率。在实际计算过程中，可能会遇到桩基的沉降效果不满足实际载荷需求的问题，其主要原因是在桩基计算设计阶段没有充分得出桩基施工与承载力间的关系，所以为了加强对于沉降量的控制，可以将垂直于桩基础轴线的桩土作为各向同性材料，并根据桩体和土体弹性模量与泊松比相互复合形成新的各向同性材料参数，最后利用该等效材料参数完成群桩的载荷沉降分析工作。

3.3 桩体基础结构设计

根据承载性状、桩体直径、桩身材料、用途功能等，建筑桩体基础结构可以选用不同的桩体基础类型。以下主要针对建筑上层荷载与桩基整体承载力方面进行考虑，选取几种桩体基础结构设计方式进行说明，包括了高、低桩承台基础，桩筏基础结构。首先，按照不同的建筑施工需求，桩承台基础结构主要可以应用在建筑高度不高，上部荷载不大的乙丙级桩基设计当中，如果建筑所需高度超过100m，对桩体承载力和沉降设计要求较高，则需要采取桩筏基础结构。如果桩的持力层比较深，桩长很长，计算出的桩基承载力很大，能够在墙柱下布桩时，就优先采用墙、柱下布桩桩筏基础，否则就采用均匀等间距桩筏基础。桩筏基础设计需要考虑到自身载荷结构、筏板厚度、建筑物沉降等因素。为了发挥桩筏的承载能力，通常选用弹性地基梁作为分析和计算的基础，以分散建筑上层的整体压力，并能够充分减少地基结构中梁的变形和承受应力。在计算过程中主要受两方面因素影响：一是建筑上层结构的压力；二是桩体自身竖向的刚度，可以将上层结构的压力适当地进行叠加，再进行桩筏基础的设计和计算，这样可以提升基础平面的刚度，充分抵御建筑上层的不均匀传力现象，以预留出刚度性能减少所导致的变形现象，并可以适当抽离桩基内部的配筋，充分发挥出工程的成本资金投入价值。另一方面，桩体自身竖直方向上的刚度对于筏板厚度和配筋情况设计起着至关重要的作用，是提升桩筏基础承载力上限的重要设计部分，在此过程中，要按照国家有关的行业标准规定和自身企业的投资和施工能力进行筏板的设计，一味地增加筏板的厚度并不是十分明智的选择，其会对配筋的设计以及自身性能造成一定的不良影響，结合国家有关标准数据以及多年的工作经验，桩的竖向刚度要与工程设计的沉降量和桩基极限承载力相互挂钩，一般要保证在50Ra～100Ra范围内。

3.4 桩基受力分析

桩基是保证建筑功能，维持建筑稳定的重要组成部分，对于承担绝大部分建筑上层压力的需求，严谨科学的桩基受力分析是决定桩基性能的先决条件，为了充分发挥桩基的承载力效果，减少建筑物不均匀沉降现象，需要多方面考虑桩基受力变形情况，特别是对于来自建筑物上层结构的压力，需要设计出针对性的解决方案，以投入更少，效果更佳为目的开展计算工作。

4 结语

总之，在建筑结构设计中，桩基础设计是系统化的工作内容，具有一定的复杂性，其设计施工的效果将对整个建筑工程产生重要的影响。因此，设计人员必须要提高对桩基础设计的重视程度，通过科学的方法提高桩基础设计的质量和效果，使其在建筑结构中能够较好地发挥作用。

参考文献

[1]黄锦周.土建工程结构设计中的桩基设计与抗震设计探究[J].民营科技，2017（09）：158.

[2]李培贞.土木工程结构设计中对抗震问题的分析[J].城市建设理论研究（电子版），2017（26）：56.

[3]杨威.超高层建筑结构设计的技术要点及相关问题研讨[J].建材与装饰，2017（22）：98-99.

[4]田雨，孟超，王华良.土建工程结构设计中的桩基设计与抗震设计问题[J].住宅与房地产，2017（09）：111.

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