浅析建筑结构中的桩基础设计分析

摘 要：本文简述了建筑桩基础的作用和分类，并结合实际工程案例对建筑结构中桩基础设计及其应用进行了深入分析，以供参考。

关键词：建筑结构；桩基础设计；分析

1 前言

随着城市建设的不断加快，高层建筑越来越多，成为城市的典型标志。而桩基础在高层建筑是最为常用的，但是作为一项比较的繁琐的工程的，设计和施工者要统筹各个环节，将其合理的、科学的应用其中，保证建筑的质量高、造价低。

2 建筑桩基础的作用

在整栋建筑中，建筑物基础可谓其核心，桩基础凭借其所具有的诸多优点，在国内建筑行业得到很好应用。桩被设置在坚硬的持力层上，裙桩承载力或单桩承载力较高，因而能够较好的承担建筑所有的竖向荷载，其中也包括偏心载荷。桩基础除了具有较大的群刚度之外，还具有很强的竖向单桩刚度，在相邻载荷的影响下，或在自身重量的影响下，不会形成过大的不均匀沉降，因而能够保障建筑物不均匀沉降值处于规范允许范围内。另外，桩基础凭借巨大的整体抗倾覆能力、群桩基础的侧向刚度以及单桩侧向刚度，能够较好的抵御或削弱由地震、风等外力因素所造成的力矩载荷與水平载荷，从而为建筑抗倾覆稳定性提供切实保障。桩基直穿可液化土层，以稳定、坚实的土层为支承，或者是直接嵌固在基岩上，当出现地震所致震陷或浅部土层液化时，桩基础凭借深部、稳固的土层，仍然具有较好的抗压承载力与抗拔承载力，以此为建筑的稳定提供切实保障。

3 建筑桩基础的分类

根据桩基础的受力原理，可以将桩基础分成两个类别，端承桩和摩擦桩。摩擦桩借助基桩和周边土之间的产生的摩擦力，承载起建筑物，又可以分成抗压桩和抗拔桩，常被应用于较深的持力层，也用于地基土的缺乏坚硬的持力层中。而端承桩是靠桩基支撑在持力层上面，对上面的建筑物起到承载的作用。根据它的施工方式，可以将它分成灌注桩和预制桩。其中，预制桩是用打桩机将预先制定好的钢混桩打进地下，这种预制桩具有造价低、施工快、节约性等优点，但是这种桩型对土质的要求较高，会产生的挤土这种不足。而灌注桩是在施工时进行现场钻孔，或者采取人工挖孔的方式，先制出孔，之后再把钢筋笼放进去，用混凝土进行灌注，能够穿越各种坚硬的夹层和持力层等，同时，这种桩的桩径和单桩承载力有较大的调整空间，因此，成桩的质量比较可靠，对高层建筑尤其适用。

4 建筑结构中桩基础设计及其应用

4.1 案例分析

设计之初，设计者根据承载力和地基土指标间的关系，来估算单桩竖向的抗压承载力，但是估算值通常会和实际的承载值存在着差距，因此，要将估算值，通过试桩以及试打桩来进行验证，并根据验证接过来适当地调整。同时，设计施工图纸时，还会通过静载荷试验来获取较为准确的桩承载力和其他相关的设计参数，这种方式对于地理环境较为复杂的桩基础建设有很大的帮助。在实际施工中，由于时间的限制，工作人员会根据勘察报告上的数据，来进行桩基础的测试，并根据估算的承载力值，来进行桩基础的设计和施工，要尽可能地将误差控制在最低范围内，否则，误差过大，就会对建筑造成不良的影响。

某建筑工程项目中，需要建筑起一栋商业住宅区，设计规划阶段，将建筑确定为20 层，其中地上19 层，地面下负一层，工作人员在设计时，结合地质勘察报告上的数据，选用的D400 型号的预应力管桩，管桩的长度的约为20m，并对单桩承载力进行估算。实际工程建筑的中，通过试桩得到的实际承载力比估算值提高了近33%。采用的是试验值，使得工程的投资成本大大降低，提升了工程建筑的效益。从中可以看出，通过试桩可以降低桩基础施工的难度，同时避免材料的浪费。

4.2 传统设计误区

现代社会，高层建筑是较为普遍的，各种居民楼、写字楼、酒店等高耸林立，很多住宅楼都是采用的剪力墙结构，这种结构的整体刚度较大，并且刚度和荷载均匀地分布，建筑结构的上部刚度，对于基础的沉降起到的的作用较大，在结构的设计方面更为便利。但是，办公楼以及酒店等高层建筑，用的是框架核心筒和框架剪力墙结构，也有的采用的是框支剪力墙或者筒中筒结构，这类结构的整体刚度要次一些。刚度和荷载不均匀的分布，上部结构和地基桩基之间的有着更为复杂的作用，桩基础的设计难度提升。这种结构如果在工程建设中没有恰当的处理，就会引发多种问题。

4.3 变动刚度的设计细则

（1） 调整桩土支撑刚度。将调整的桩土的支撑刚度作为设计原则，由地质条件、荷载以及上部的结构进行布局，并要充分考虑到它们之间的联系和相互作用，采取强弱结合的方式，将增沉和减沉相结合，通过这种刚柔并重，整体协调的方式，针对具体的情况，采取差异沉降，将承台的内力尽量减小。对桩土支撑的刚度，实际的操作中要进行充分严密的度量。对于单桩，桩的承载力与其支撑的刚度呈现正相关性，而群桩，由于支撑的刚度，随着桩数量的增加以及桩距的减小而不断降低，会产生群桩效应。

（2） 剪力墙结构的变刚度设计。对于剪力墙结构而言，它的整体刚度较好，并且荷载会通过墙体传输给基础，呈现均匀地分布。而对于荷载较大的楼梯间和电梯井，应该对布桩加以强化。在布桩时候，要将基桩布置在墙下，而墙体的交叉处和墙体的拐角处，更易于布桩，如果承台和基土之间没有脱空，也可以采用复合型桩基。

（3） 桩基施工压桩力低于设计的承载力。某高层建筑，采用D400 型号的预应力管桩，要通过地质进行仔细地勘察，根据报告显示的单桩承载力是660KN，在进行试打桩试验时，四根桩连接起来最大压桩力是300KN，相比于承载力，要小很多。经过设计者的研究分析，各土层的设计也都与建筑要求相符合，并且周边工程的地质勘察结果也都显示出准确的结果。经过一段时间后，再次试桩表明，试验的承载力与之前的结果相一致，能够满足设计的要求。

5 结束语

综上所述，在城市建设蓬勃发展的推动下，城市内的高层建筑层出不穷，同时高层建筑桩基选型设计工作面临着新的挑战，桩基选型设计面临的难度更高。桩基工程实为一项复杂而又繁重的系统工程，在设计期间，设计人员需遵照规范要求，结合建筑工程实际，合理选择桩型，提出合理的试桩要求，优化桩的布置，使上部结构荷载均匀、分散、有效、直接的传递到土中，达到安全性与经济性具佳的效果。

参考文献：

[1] 邓全喜.关于建筑结构中桩基础设计的若干思考[J].四川水泥，2016（7）：104.

[2] 朱兴旺，张旺锋.建筑结构中桩基础设计分析[J].建筑安全，2016（1）：19～21.