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建筑结构设计中桩基设计研究丁琪

发表时间：2021/4/26 来源：《建筑科技》2021年2月上作者：丁琪

[导读] 在对建筑结构进行设计的过程中，桩基础的相关设计属于非常系统的一项工作内容，并有着非常强的复杂性。相关的施工效果会对工程建筑的质量产生直接的影响。所以，设计人员需要对桩基设计给予高度的重视，利用合理以及科学的方式，将桩基基础设计的效果以及质量进行提升，发挥出更大的价值作用。

身份证号码：3709831990011****0 丁琪

摘要：在对建筑结构进行设计的过程中，桩基础的相关设计属于非常系统的一项工作内容，并有着非常强的复杂性。相关的施工效果会对工程建筑的质量产生直接的影响。所以，设计人员需要对桩基设计给予高度的重视，利用合理以及科学的方式，将桩基基础设计的效果以及质量进行提升，发挥出更大的价值作用。
关键词建筑结构设计;桩基设计;研究
        引言
        万丈高楼从地起，基础工程对于建筑的重要性毋庸置疑。合理的基础方案不仅能满足上部结构的承载需要，还能满足抗震性能化要求，更能满足对经济指标的要求。因此，设计人员必须要提高对基础，尤其是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。
        1建筑桩基工程概述
        桩基是建筑工程施工的基础，同时也是建筑工程施工中尤为重要的部分。如果桩基的承载力不强、稳定不高，在外力的作用下，建筑物就会发生倒塌问题，对人们的生命健康与财产造成很大的影响。建筑桩基主要包括桩身和承台两个部分，桩身与承台相连接，两者在土層的作用影响下，可以对荷载共同承担。桩基主要分为两种类型，预制桩和灌注桩。灌注桩施工中，需要用到钻孔压浆技术，实现对水泥浆的喷注。桩基在建筑物整体的稳定性中发挥着主要的功能，在外力的影响下，建筑物中会形成竖向载荷，进而桩基就会对竖向载荷进行转移处理，由土层来承担竖向载荷，降低竖向载荷对建筑物的影响。在自然灾害等条件下，建筑自身也可以进行一定的抗压，避免倒塌问题的出现。在建筑桩基施工过程中，需要重点注意桩基的稳定性。桩基在施工完成后，会发生沉降问题，导致桩基的稳定性降低，还存在一定的安全隐患。因此，在建筑桩基施工中，需要对施工地点进行全面详细的勘察，了解施工的基本情况。根据相关的施工要求，制定具体的施工方案，对施工的每个环节都进行详细的规定。在具体的施工过程中，要严格按照规定进行，确保各项施工的正常进行。
        2建筑桩基础种类
        2.1静力压桩
        静力压桩会借助自重和桩架产生的影响，对桩产生相应的反作用力，以便桩能迅速到达地下，科学对偏移的程度进行控制。
        在正式施工当中，对于该项技术的应用，不会产生较大的噪声以及震动，施工工艺比较简单并且方便，也没有很高的成本，所以在结构桩基的设计中施工中，应用十分广泛。
        2.2钻孔灌注桩
        钻孔灌注桩的使用非常普及，具体来说便是对钻孔进行相应的处理，在孔中对钢筋笼进行放置，之后便可应用混凝土浇筑成柱的方式进行相应的基础施工。对于该项技术的应用，有着非常独特的优势，要先成孔之后慢慢成柱，之后根据具体的情况对成桩的形式进行确定。但是对于该项方式的应用，不能对成孔的垂直度给予保障。所以要应用安全可靠的钻机，使作业的位置安全牢固，不会产生任何的钻孔偏移问题。此外，还可扩大钻孔的支撑面，使成孔作业更加精确。
        2.3人工挖孔桩
        人工挖孔桩，具体来说便是利用人工的方式实施相关的作业，所产生的效果非常理想。尽管人工挖孔桩会耗费大量的人力，但需要支出的成本并不是很多，更不会四周环境产生较大的影响。所以，该项技术的经济性非常强，并且安全[2]。对于人工作业形式的应用，可将桩基进行扩大，并根据水的流量，对是否需要开挖进行确定，可全面保障桩基的施工质量。
        3建筑结构设计中桩基础设计策略
        3.1桩土复合计算
        在对桩基进行设计的过程中，需要对单个桩基所能承载的能力进行充分考虑，还需要对构成的整体群落是否与建筑要求相互给予分析。利用有限元法可以对单个桩基的性能进行计算和比较，之后结合建筑施工的具体结构情况，站在宏观的角度对桩基的承载能力进行研究，以便使桩基在承受建筑上方大负荷的过程中，产生的受力变形在可以控制的范围当中。

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因此需要利用桩基负荷计算的形式，在应用有限元计算的基础之上，利用连续的计算方式，可以使桩基复合计算工作有效完成。此外，还可以对各离散单元当中的跨度进行合理提升，将细化的程度进行减少，这样便可对群桩当中的计算量进行模拟，以便使工作的效率进行提升。
        在具体进行计算的过程中，非常容易遇到的问题便是桩基产生的沉降效果与载荷实际需求不符，产生这一原因的问题的主要原因便是，在计算桩基的过程中，并没有对桩基施工与承载力之间的关系进行计算。因此，为了对沉降量的控制有所提升，可以将垂直于桩基础轴线当中的桩土当作各项同性材料，并结合桩体以及土体弹性模量与泊松比互相复合产生的各向同性材料参数，最后应用等效材料的具体参数，使群桩的载荷分析工作得以完成。
        3.2全面把握施工现场
        在建筑结构设计中，要科学地处理桩基础设计工作，使其作用得到充分发挥。因此需要相关人员科学、全面地把握建筑结构工程施工现场，了解施工现场的地质特点、条件等，并能准确把握建筑基础结构处理的实际需要，全面提高建筑结构桩基础结构设计及应用的效果。在把握建筑工程施工现场的实际情况时，需要了解建筑工程所在位置的地质结构、土壤、地下水及周边环境等[2]，进而科学地对桩基础设计施工进行优化，从而达到良好的效果。
        3.3明确建筑物桩基础作用力特点
        在建筑结构设计中，桩基础设计能够很好地承载建筑物的上部压力，实现良好的承载力效果，使建筑物出现沉降的概率得到降低。在建筑结构桩基础设计过程中，需要全面把握建筑物桩基础的构建需要，通过力学角度进行分析研究，明确建筑物上部结构对桩基础产生的作用力，进而确定桩基础设计的具体方法，使建筑桩基础结构设计施工更加可靠、稳定。此外，还需要科学研究建筑物的高度，对其横截面积进行计算，了解其作用力特点。
        3.4桩基础优化设计
        桩基础在整个建筑物造价中占有相当比例，设计过程中应注意其优化设计。可从以下几个方面进行优化：①桩基础正式施工前，进行试桩，并进行破坏性试验，以取得其最大承载力。②考虑桩土共同作用。对于较小的独立承台，不宜考虑桩土共同作用。而对于较大的桩筏基础，当筏板底持力层土质较好时，可考虑桩土共同作用，合理选取基床反力系数，优化桩数。③对于灌注桩基础，宜采用单柱单桩，或在墙下布桩，减小承台大小和高度。笔者曾优化过一个项目，该项目为框支剪力墙结构，基础采用旋挖成孔灌注桩基础，桩端持力层为中风紫红色泥岩，桩身直径大，桩长，钢筋和混凝土造价高。经过与建设单位和施工单位协商后，调整为人工挖孔灌注桩，桩底采用扩大头提高桩承载力，桩身直径和桩长都做了减小，节约了工程造价。
        3.5数学函数有限元法的使用
        目前，针对有限元法的应用，已经成为了桩基设计当中，工作人员进行模拟测试的关键性手段。对于该项方式的应用，可离散分割集合当中的元素，之后在计算函数以及近似方程，可对多种桩基设计的需求给予满足。同时，对于桩体的几何拓扑信息的获取也更加便利，将其在桩基整体承载力求解的计算中进行应用，可发挥出巨大的价值作用[3]。
        与以往应用的计算方式进行比较，有限元法能够将客观情况进行有效反应，但是对于传统计算方式的应用，会对地下桩基与土体结构之间产生的某些作用力有所忽视，这样可以尽量对参与计算的元素进行减少。
        3.6确定桩基础规格
        为保证桩基础设计效果，还需要确定桩基础的规格，如明确桩基础结构的横截面积、长度等。在明确桩基础规格时，还需要把握桩基础在实际工程中的应用标准，并进行严谨的计算。另外，还应对建筑工程施工现场的情况进行全面分析，了解桩结构的强度、承载力等，保证桩基础的设计效果。
        结束语
        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]周水明.浅谈土木工程桩基设计与应用[J].居业，2016，（01）：46，49.
[2]刘红涛.高层建筑混凝土结构中的桩基础设计探究[J].住宅与房地产，2017，（30）：113，204.