秦俊林

摘 要：近些年來，高層建筑在我國得到了快速的發(fā)展，但是由于高層建筑具有較高的高度，所以容易受到外界自然因素的影響而產(chǎn)生較強的傾覆力矩，對高層建筑的安全帶來很大的威脅。在這種情況下，高層建筑結(jié)構(gòu)對于樁基礎(chǔ)的建設(shè)標準較高，需要其具有較強的穩(wěn)定性、較高的承載力以及擁有較好的沉降性能。樁基礎(chǔ)是整個高層建筑的核心部分，需要承受巨大的作用力，對于高層建筑的安全和質(zhì)量有很大的影響，所以需要高度重視樁基礎(chǔ)的設(shè)計。文章對于高層建筑結(jié)構(gòu)樁基礎(chǔ)設(shè)計的相關(guān)問題進行了分析，對于提高高層建筑的質(zhì)量和安全具有重要的意義。

關(guān)鍵詞：高層建筑；結(jié)構(gòu)；樁基礎(chǔ)；設(shè)計

前言

樁基礎(chǔ)是高層建筑的重要組成部分，樁基礎(chǔ)的設(shè)計水平直接影響到整個高層建筑的結(jié)構(gòu)安全，所以樁基礎(chǔ)要具有良好的穩(wěn)定性以及沉降性能，在承受巨大荷載的情況下，能夠保證整個建筑的穩(wěn)定性。根據(jù)地質(zhì)條件的不同，高層建筑的高度以及各種因素的限制，樁基礎(chǔ)的設(shè)計方案也不相同，在軟弱地基中，樁基礎(chǔ)應(yīng)用的比較廣泛，也是比較古老的基礎(chǔ)形式。在進行樁基礎(chǔ)設(shè)計的過程中，一定要做好施工現(xiàn)場的勘察檢測工作，只有在充分的了解各項資料之后，才能夠設(shè)計出科學合理的方案，為高層建筑的安全性打下堅實的基礎(chǔ)。

1 高層建筑結(jié)構(gòu)樁基礎(chǔ)的分析

1.1 樁基礎(chǔ)設(shè)計與工程應(yīng)用現(xiàn)狀

樁基礎(chǔ)設(shè)計是整個高層建筑結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)部分，所以只有在樁基礎(chǔ)施工完成后，才能夠進行上層建筑的施工，樁基礎(chǔ)設(shè)計不僅關(guān)乎整個工程的施工質(zhì)量、安全性，對于施工進度還有很大的影響。目前使用比較多的是豎向荷載作用下的樁基礎(chǔ)，在豎向荷載的作用下，樁與土之間會相互作用，對于樁基的設(shè)計會產(chǎn)生很大的影響。在以往的樁基礎(chǔ)工程設(shè)計中，試樁和靜載試驗的結(jié)果都無法滿足設(shè)計的要求標準，設(shè)計師在對設(shè)計參數(shù)進行調(diào)整之后，意圖通過加密樁的方式來進行調(diào)整，這種情況下，靜載的試驗結(jié)果會高于設(shè)計標準很多，雖然在安全性方面可以保證，但是經(jīng)濟系數(shù)卻大大的提高。這種矛盾的現(xiàn)象需要不斷的改善，如果超過設(shè)計的標準太多就需要重新進行試樁，但是建設(shè)的周期也相應(yīng)的延長，會影響到整個工程的建設(shè)進度。如果在靜載試驗結(jié)果出來之后再進行樁基的設(shè)計工作，既不利于建設(shè)周期，同時也無法滿足建設(shè)的標準。所以目前急需解決的就是如何縮短靜載試驗與試樁設(shè)計之間的差距，并且對單樁靜載試驗的結(jié)果進行進一步研究，盡量將各項參數(shù)預(yù)估的更加精確。

1.2 樁基礎(chǔ)簡化設(shè)計分析

由于高層建筑龐大的工程會對基礎(chǔ)部分造成巨大的作用，所以基礎(chǔ)工程需要能夠程序較大的荷載，埋深都較大。而在現(xiàn)階段，在很多的高層建筑中，都會有人防工程或者是地下停車場等結(jié)構(gòu)需求，所以在進行基礎(chǔ)工程施工時，需要耗費大量的材料，并且施工技術(shù)比較復(fù)雜，耗費的工期較長。一般情況下，能夠直接建設(shè)在堅硬巖石上的建筑并不多，所以大部分的基礎(chǔ)工程都會采用鋼筋混凝土片筏式基礎(chǔ)、箱形基礎(chǔ)以及樁基礎(chǔ)。由于樁基礎(chǔ)的承載力較大，具有良好的穩(wěn)定性，并且在沉降差較小的情況能夠保持的比較均勻，這些特點都決定了其能夠承受較強的水平力以及上拔力，在動荷載方面的性能較好，所以在基礎(chǔ)工程中應(yīng)用的比較廣泛。

在高層建筑結(jié)構(gòu)中，上部結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)之間會相互產(chǎn)生作用力，從這個問題來看，在傳統(tǒng)的計算中存在很多的假定，都可以利用在樁和土之間的作用力上。在傳統(tǒng)的設(shè)計算法中有一種Winker的假定，這種假定主要是針對地基的反力系數(shù)法，其中把土體對樁造成的反力作用簡化成單純的反力系數(shù)作用于樁上，這是傳統(tǒng)設(shè)計算法中針對于樁土作用力問題在理論層面從沒有通過的。高層建筑中各個部分之間產(chǎn)生的作用力，應(yīng)該將樁、土以及結(jié)構(gòu)作為一個整體來進行考慮。通過上述分析可知，如果利用傳統(tǒng)的設(shè)計算計來解決現(xiàn)實中的這些問題還具有很大的困難。而從目前的現(xiàn)狀來看，就分析的手法而定，還有有限元法的前景比較廣闊，通過有限元數(shù)值模型能夠?qū)ν馏w材料性質(zhì)的空間差異性、力學響應(yīng)的非線性，復(fù)雜的幾何邊界條件等進行詳細的分析，并且還可以通過數(shù)值技術(shù)對施工過程進行模擬，將施工過程中可能會遇到的各種耦合性因素都模擬出來，在編程以及電算方面都具有較強的效率，并且簡化了樁基礎(chǔ)設(shè)計的工作量，具有很強的現(xiàn)實意義。

2 高層建筑結(jié)構(gòu)樁基礎(chǔ)簡化設(shè)計措施

2.1 “樁土分離模式”進行單樁簡化

在進行單樁計算時，可以通過有限元分析來達到簡化的目的。因為傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計計算方法采用的都是不同程度回避樁土結(jié)構(gòu)間的相互作用，對其不做過多的考慮。比如使用地基反力系數(shù)法把土地對樁的反作用力等復(fù)雜因素通過Winker進行假定，認為其僅僅為單純的反力系數(shù)作用于樁上。而有限元分析卻可以綜合考慮這些客觀存在的事實條件。它可以對力學響應(yīng)的非線性、土地材料性質(zhì)的空間差異性和比較復(fù)雜的幾何邊界條件進行綜合分析等，不僅求解力學問題簡便，同時便于二次開發(fā)，相較傳統(tǒng)的計算理論有明顯的優(yōu)勢。

因此，對單樁的簡化分析采取的是將樁和土分別劃分單元的方法，要注意這兩種單元也不是固定不變的，在它們其中還可以細化設(shè)置單元。在利用有限元進行單樁簡化分析時，要特別注意單元尺寸的選取對計算結(jié)構(gòu)的影響。其實有時候，單元數(shù)量會劃分的特別巨大，從而造成計算的困難，因此在實際操作中，可以適當刪繁就簡，抓住主要部分，以提高工作效率。

2.2 “樁土復(fù)合模式”進行群樁簡化

在進行計算時，可以通過有限元分析的方法來模擬樁的沉降和荷載關(guān)系，以達到簡化算法的目的。在實際中，通過群樁基礎(chǔ)規(guī)范法計算出來的沉降和實際荷載作用下的沉降相比，其值要大得多。為了盡量使其值接近且簡化運算，可以采用將垂直于樁軸線的樁土共同作用的平面作為各向同性的面，把樁土三維結(jié)構(gòu)體系作為橫觀各向同性體。依據(jù)樁土各自的彈性模量和泊松比以及樁土這兩種材料復(fù)合成新的橫觀各向同性體的九個材料參數(shù)（其中只有五個材料參數(shù)是獨立的），用等效復(fù)合體模型計算樁土荷載沉降反應(yīng)分析。同時要注意群樁上面作用荷載的特點與單樁靜力試樁有很大的差別，這點不在贅述。對計算的簡化，可以通過下面的方法來達到：把等效復(fù)合體模型的參數(shù)計算編成程序，修改樁、土的五個參數(shù)，在matlab軟件上運行即可得到復(fù)合模型的九個參數(shù)。計算時需注意xoz平面是各向同性的平面。因此，在實際中可以證明，該種方法模擬的樁基沉降，比著規(guī)范上要精確許多，在工程實測中有重要的現(xiàn)實意義。

3 結(jié)束語

基礎(chǔ)工程是建筑工程中的重要組成部分，直接影響到整個建筑的質(zhì)量和安全，尤其是對于高層建筑來講，基礎(chǔ)工程更為重要，因為其要承受巨大的荷載以及各種作用力。樁基礎(chǔ)是基礎(chǔ)工程施工形式的一種，在高層建筑中應(yīng)用的比較廣泛，因為其具有較強的穩(wěn)定性，沉降性能好，在各種力矩的作用下，都能夠保證高層建筑的安全性，所以樁基礎(chǔ)的設(shè)計非常重要。隨著建筑工程的不斷發(fā)展，對于樁基礎(chǔ)的設(shè)計要求越來越高，所以要充分的利用先進的理念和技術(shù)，提高樁基礎(chǔ)的設(shè)計水平，為建筑工程的長久發(fā)展創(chuàng)造有利的條件。

參考文獻

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