房屋建筑结构中基础选型和桩基应用探讨

刘会　朱强

摘要：最近几年，在经济发展的带动下，房屋建筑呈现出飞速发展的趋势，不仅功能越发丰富，结构也日渐趋于复杂，尤其是在高层房屋建筑中，对于建筑结构的设计要求极高。做好房屋建筑的基础选型，提升基础的稳定性和承载能力，关系着房屋建筑整体的施工质量。本文对房屋建筑结构中的基础选型进行了分析，并就桩基础的设计应用进行了探讨。

关键词：房屋建筑；基础选型；桩基设计

中图分类号：TU470 文献标识码：A 文章编号：1674-3024（2017）05-132-02

前言

对于房屋建筑结构设计而言，基础的选型和设计非常关键，其本身具有复杂性、系统性的特点，对于设计人员而言，必须重视基础选型工作，分析影响建筑基础选型的因素，充分考虑细节问题，确保基础能够满足建筑主体结构的各种要求。桩基础是当前房屋建筑尤其是高层建筑中一种非常常见的基础形式，能够对软土地基进行加固处理，提升基础的承载能力和稳定性，也因此受到了越发广泛的关注。

1房屋建筑結构中的基础选型问题

在房屋建筑基础设计环节，需要重点考虑两个方面的影响因素，一方面是地质条件，其本身的相对复杂，与建筑基础设计直接相关的特征同样有两个，其一，持力层特点，作为与基础直接接触的土层，持力层承受了来自房屋建筑的绝大部分荷载，其土壤形式、压缩模量、承载能力等都是基础设计必须关注的问题：其二，桩基穿越土层的情况，如地下水分布及特点、桩基深度等。另一方面是施工环境，分为自然和人工环境，自然环境包括了气候、温度、降水、抗震需求等。就目前而言，房屋建筑基础施工中采用的多是钢筋砼，其在低温环境下可能会出现开裂问题，必须采取有效的应对措施。抗震等级则直接关系着建筑对于地震灾害的抵御能力，要求做好抗震缝的设置工作。人工环境对于建筑基础设计的影响，一是施工振动，二是挤土桩的应用，都会在周边引发挤土效应，导致应力的变化，影响基础的受力状态，应该尽量避免。这里针对几种比较常见的基础形式，对建筑基础选型设计进行简单分析。

（1）独立基础：这种基础是传统房屋建筑中最为常见的基础形式，不仅适应性和抗震能力良好，而且成本低廉，在设计环节，需要充分考虑地籍图的特点，例如，在压缩性强的地基上，应该采用刚性基础，提升基础的稳定性和承载能力。一般情况下，独立基础设置在承重柱下，与现浇混凝土柱一同浇筑。

（2）桩基础：相比较其他基础形式，桩基础本身具备更强的承载能力和稳定性，可以有效应对地基的不均匀沉降问题，在软土地基中应用广泛，也可以对基础进加固处理。在进行桩基础的设计时，如果房屋建筑整体采用框架结构，则可以在基础的中部进行加密布桩，同时增加中部桩体的长度，对基础的支撑受力方式进行调整，以减小差异沉降问题。

（3）箱型或筏型基础：一般用于地基承载能力不足，或者对于基础承载能力要求较高的房屋建筑中，如果建筑设计有地下室，也可以采用筏板基础，将其直接作为地下室的地面。在设计环节，从降低基础弯曲应力的角度考虑，应该将上部结构和基础放在一起进行分析和设计。箱型基础和筏型基础为大体积混凝土，在设计时必须考虑温度裂缝的预防问题，设置伸缩缝来抵抗应力变形。

2房屋建筑结构中桩基础的设计应用

2.1类型选择

现阶段，在建筑工程领域，桩基础类型是多种多样的，依照施工方式可以大致将其划分为两种，一是预制桩，即依照建筑土建施工的要求预制钢筋混凝土桩，然后通过静力沉桩技术或者振动沉桩技术，将预制桩打入设计位置。预制桩的强度更高，而且质量相对稳定，也可以节约材料，适用于对基础要求较高的建筑，不过在实际施工中难度较大，工期长：二是灌注桩，指通过人工挖孔或者机械钻孔的方式，在施工现场设置相应的桩孔，然后放置钢筋笼，浇筑混凝土成桩，具有施工简单、工期短的优点，但是桩体的承载能力相对较差，而且容易浪费材料。对于设计人员而言，应该结合房屋建筑对于基础的实际需求、工期、成本等，做出合理的选择。

2.2参数设计

对于桩基础而言，桩型选择非常重要，直接关系着基础的设计质量，也影响了房屋建筑工程的整体效益。这里结合相应的工程实例进行分析：某房屋建筑结构设计中，建设方要求采用D400预应力管桩，结合地质勘查报告，桩体的长度为16m，单桩极限承载力为850kN，基础部分的预算造价达到了160元，m²。对此，设计人员结合自身经验，在充分满足基础稳定性和承载能力的前提下，将桩型改成了250mm×250mm的预制钢混方桩，桩身长度保持不变，单桩极限承载力降低到了600kN，不过依然可满足基础对于承载能力的要求。经计算，在优化设计后，基础预算造价为90元/m²，经济效益有了非常明显的提高。

桩身长度的合理选择同样关系着建筑的经济效益。以某高层房屋建筑为例，采用桩筏基础结构，选择D500预应力管桩，结合地质勘查和规划分析，可供选择的桩身长度有两种，一是25m，需要使用290根，二是34m，需要使用200根。如果单单考虑桩体的设计，这两种方案基本没有太大的区别，但是由于采用的是桩筏基础，从筏板的设计分析，25m桩属于满堂布桩，筏板的厚度为1200mm，34m桩则属于墙下布桩，筏板厚度为900mm，可以看出，后者的经济效益更好。因此，在进行桩基础的设计时，应该通过对比分析，选择合适的桩型和桩身长度，保证设计方案的合理性以及施工的可行性。

2.3设计方法

桩基础的设计在房屋建筑结构设计中占据了相当关键的位置，合理的桩基础形式可以保证施工的安全性，确保工程的按期完成，也可以在一定程度上降低施工成本，推动施工的顺利进行。设计人员应该加强与建筑方的沟通和交流，做好现场勘查工作，充分考虑地形地势、地质水文以及周边环境的影响，对桩基础的类型进行合理选择，做好优化设计。

为了保证设计的效率，应该在保证质量的前提下，对桩基础的设计方法进行适当简化。例如，在单桩设计环节，可以采用桩土分离模式，结合有限元模拟的方法，进行单桩分析，简化设计方法。在传统设计计算中，考虑到数据计算的复杂性和繁琐性，通常都会在一定程度上桩体与土体的相互作用力，而有限元法却能够对这些客观存在的因素进行综合考虑，分析土壤性质的空间差异、明确复杂的几何边界条件，该可以关注力学响应的非线性问题。有限元法在力学问题的解决方面有着良好的效果，而且操作简单，更能够实现二次开发设计，因此具有非常显著的优势。对于群桩的设计简化，可以采用桩土复合模式，同样进行有限元分析，将群桩基础看做是桩土合一的一种复合材料，获得较大的单元尺度，减少单元的数量，提升分析设计的可操作性。

3结语

总而言之，在房屋建筑结构设计中，基础选型非常重要，直接关系着建筑整体的稳定和使用安全，关系着建筑的经济效益。桩基础作为现代房屋建筑尤其是高层建筑中比较常见的一种基础形式，具有相当明显的优势，相关设计人员应该重视起来，做好桩基础的设计和应用，推动建筑行业的稳健发展。

本文由： 现代物业杂志社编辑部整理发布，如需转载，请注明来源。

现代物业杂志社

2020-01-21