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

楊碩

摘 要：當(dāng)前房屋建筑的質(zhì)量問題不僅影響到住戶的居住質(zhì)量，更直接影響到我國建筑行業(yè)的發(fā)展前景，因此需著重優(yōu)化房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作。其中的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)更是保證建筑質(zhì)量的前提，值得我們針對(duì)現(xiàn)存問題進(jìn)行深入分析，從而提出相應(yīng)的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)優(yōu)化措施，保證建筑結(jié)構(gòu)的安全性與實(shí)用性。

關(guān)鍵詞：建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；樁基設(shè)計(jì)；微探

1 導(dǎo)言

隨著房屋建筑的建設(shè)量不斷增加，其具體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也愈加復(fù)雜。而基礎(chǔ)設(shè)計(jì)作為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的重要環(huán)節(jié)，其設(shè)計(jì)的科學(xué)性對(duì)于整體房屋結(jié)構(gòu)起著關(guān)鍵的決定性作用，在未來的房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)當(dāng)引起我們的重視。

2 建筑樁基礎(chǔ)種類

2.1 鉆孔灌注樁

鉆孔灌注樁是常見的施工技術(shù)，即利用鉆孔處理，在孔中放置鋼筋籠，并進(jìn)行混凝土澆筑成柱的樁基礎(chǔ)施工方法。鉆孔過灌注樁技術(shù)具有自身的特點(diǎn)，需要先成孔然后在成柱，并結(jié)合實(shí)際情況確定成樁的形式，但是這種方法并不能保證成孔垂直度。所以要保證使用的鉆機(jī)可靠、安全，使作業(yè)的位置更加牢固，防止鉆孔出現(xiàn)偏移。此外，還可以對(duì)樁機(jī)支撐面積進(jìn)行擴(kuò)大，從而使成孔更加準(zhǔn)確。

2.2 人工挖孔樁

人工挖孔樁就是通過人工的方法進(jìn)行施工作業(yè)，其施工效果也比較理想的。雖然人工挖孔樁需要的人工作業(yè)量較大，但其成本的支出并不多，也不會(huì)對(duì)周邊環(huán)境產(chǎn)生影響。這種技術(shù)是比較經(jīng)濟(jì)、安全、可靠的施工技術(shù)，在建筑工程施工中有著極為廣泛的應(yīng)用。其采用人工作業(yè)的方式擴(kuò)大樁基地，并結(jié)合水流量明確是否需要繼續(xù)開挖，同時(shí)確定開挖的規(guī)模，最后將混凝土填入其中，使樁基礎(chǔ)施工的質(zhì)量效果得到保障。

2.3 靜力壓樁

靜力壓樁通過自重及樁架的影響對(duì)樁產(chǎn)生反作用力，從而使樁能夠快速進(jìn)入地下，并能對(duì)其偏移程度進(jìn)行科學(xué)的控制。在實(shí)際施工中，采用靜力壓樁施工技術(shù)產(chǎn)生的噪聲、震動(dòng)并不明顯，其施工工藝相對(duì)簡(jiǎn)單、操作較為便利，同時(shí)成本也不高，因此在建筑結(jié)構(gòu)樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)施工中有著廣泛的應(yīng)用。

3 樁基設(shè)計(jì)優(yōu)化調(diào)整策略

3.1 數(shù)學(xué)函數(shù)有限元法的運(yùn)用

當(dāng)前，有限元法的運(yùn)用逐漸成為樁基設(shè)計(jì)工作者的模擬測(cè)試手段之一，有限元法可以將集合內(nèi)的元素進(jìn)行離散分割，再進(jìn)行函數(shù)和近似方程的計(jì)算，適用于多種樁基設(shè)計(jì)需求，也可以更加方便地獲取樁體的幾何拓?fù)湫畔?，并將在求解樁基整體承載力等計(jì)算環(huán)節(jié)發(fā)揮重要作用。與傳統(tǒng)的樁體強(qiáng)度計(jì)算相比，有限元法能夠更加反映出客觀的實(shí)際情況，傳統(tǒng)計(jì)算方法會(huì)忽略地下樁基與土體結(jié)構(gòu)相互之間的某些作用力，以盡可能減少參與計(jì)算的元素，比如工作人員常常采用文克爾假定法對(duì)土體所受法向力進(jìn)行計(jì)算，先假定樁基打壓過程中只有樁體下方的土層受到了作用力影響，并假設(shè)土體變形與承受荷載之間存在一個(gè)地基反力系數(shù)使二者始終成正比，通過這種計(jì)算方法，僅僅能夠得出一個(gè)近似的數(shù)值，不能完全反映出客觀實(shí)際情況，其設(shè)計(jì)結(jié)果可能出現(xiàn)一定的誤差。而通過有限元法則可以將忽略的作用力和影響因素都考慮進(jìn)來，無論是樁體材料還是受作用力影響的空間結(jié)構(gòu)等都能通過有限元法實(shí)現(xiàn)受力的非線性分析，并通過計(jì)算機(jī)軟件建立模型進(jìn)行模擬，得出的仿真數(shù)據(jù)具有一定可靠度，便于提升樁體自身的性能。

3.2 樁土復(fù)合計(jì)算

樁基設(shè)計(jì)不僅僅要考慮到單根樁體的承載能力，還需要考慮到它們組成的整體群落是否符合建筑需求。通過有限元法的應(yīng)用，可以比較容易地計(jì)算出單根樁體的性能，然而考慮到建筑施工的整體結(jié)構(gòu)，還需要從宏觀方面研究樁體群落的承載能力，保證樁基在承受建筑上層較大荷載的同時(shí)，受力變形在施工允許范圍之內(nèi)。所以有必要通過樁土復(fù)合計(jì)算模式對(duì)樁體群落進(jìn)行設(shè)計(jì)和分析，在有限元計(jì)算單根樁體的基礎(chǔ)上，通過連續(xù)的計(jì)算處理即可以完成樁土復(fù)合計(jì)算模式的工作任務(wù)。我們可以將有限元法各離散單元的跨度適當(dāng)增大，減少其細(xì)化的程度，以便減少對(duì)群樁的模擬計(jì)算量，提升工作效率。在實(shí)際計(jì)算過程中，可能會(huì)遇到樁基的沉降效果不滿足實(shí)際載荷需求的問題，其主要原因是在樁基計(jì)算設(shè)計(jì)階段沒有充分得出樁基施工與承載力間的關(guān)系，所以為了加強(qiáng)對(duì)于沉降量的控制，可以將垂直于樁基礎(chǔ)軸線的樁土作為各向同性材料，并根據(jù)樁體和土體彈性模量與泊松比相互復(fù)合形成新的各向同性材料參數(shù)，最后利用該等效材料參數(shù)完成群樁的載荷沉降分析工作。

3.3 樁體基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)承載性狀、樁體直徑、樁身材料、用途功能等，建筑樁體基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)可以選用不同的樁體基礎(chǔ)類型。以下主要針對(duì)建筑上層荷載與樁基整體承載力方面進(jìn)行考慮，選取幾種樁體基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方式進(jìn)行說明，包括了高、低樁承臺(tái)基礎(chǔ)，樁筏基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。首先，按照不同的建筑施工需求，樁承臺(tái)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)主要可以應(yīng)用在建筑高度不高，上部荷載不大的乙丙級(jí)樁基設(shè)計(jì)當(dāng)中，如果建筑所需高度超過100m，對(duì)樁體承載力和沉降設(shè)計(jì)要求較高，則需要采取樁筏基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。如果樁的持力層比較深，樁長(zhǎng)很長(zhǎng)，計(jì)算出的樁基承載力很大，能夠在墻柱下布樁時(shí)，就優(yōu)先采用墻、柱下布樁樁筏基礎(chǔ)，否則就采用均勻等間距樁筏基礎(chǔ)。樁筏基礎(chǔ)設(shè)計(jì)需要考慮到自身載荷結(jié)構(gòu)、筏板厚度、建筑物沉降等因素。為了發(fā)揮樁筏的承載能力，通常選用彈性地基梁作為分析和計(jì)算的基礎(chǔ)，以分散建筑上層的整體壓力，并能夠充分減少地基結(jié)構(gòu)中梁的變形和承受應(yīng)力。在計(jì)算過程中主要受兩方面因素影響：一是建筑上層結(jié)構(gòu)的壓力；二是樁體自身豎向的剛度，可以將上層結(jié)構(gòu)的壓力適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行疊加，再進(jìn)行樁筏基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)和計(jì)算，這樣可以提升基礎(chǔ)平面的剛度，充分抵御建筑上層的不均勻傳力現(xiàn)象，以預(yù)留出剛度性能減少所導(dǎo)致的變形現(xiàn)象，并可以適當(dāng)抽離樁基內(nèi)部的配筋，充分發(fā)揮出工程的成本資金投入價(jià)值。另一方面，樁體自身豎直方向上的剛度對(duì)于筏板厚度和配筋情況設(shè)計(jì)起著至關(guān)重要的作用，是提升樁筏基礎(chǔ)承載力上限的重要設(shè)計(jì)部分，在此過程中，要按照國家有關(guān)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定和自身企業(yè)的投資和施工能力進(jìn)行筏板的設(shè)計(jì)，一味地增加筏板的厚度并不是十分明智的選擇，其會(huì)對(duì)配筋的設(shè)計(jì)以及自身性能造成一定的不良影響，結(jié)合國家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)以及多年的工作經(jīng)驗(yàn)，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相互掛鉤，一般要保證在50Ra～100Ra范圍內(nèi)。

3.4 樁基受力分析

樁基是保證建筑功能，維持建筑穩(wěn)定的重要組成部分，對(duì)于承擔(dān)絕大部分建筑上層壓力的需求，嚴(yán)謹(jǐn)科學(xué)的樁基受力分析是決定樁基性能的先決條件，為了充分發(fā)揮樁基的承載力效果，減少建筑物不均勻沉降現(xiàn)象，需要多方面考慮樁基受力變形情況，特別是對(duì)于來自建筑物上層結(jié)構(gòu)的壓力，需要設(shè)計(jì)出針對(duì)性的解決方案，以投入更少，效果更佳為目的開展計(jì)算工作。

4 結(jié)語

總之，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)是系統(tǒng)化的工作內(nèi)容，具有一定的復(fù)雜性，其設(shè)計(jì)施工的效果將對(duì)整個(gè)建筑工程產(chǎn)生重要的影響。因此，設(shè)計(jì)人員必須要提高對(duì)樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的重視程度，通過科學(xué)的方法提高樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的質(zhì)量和效果，使其在建筑結(jié)構(gòu)中能夠較好地發(fā)揮作用。

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