房屋建筑結構中基礎選型和樁基應用探討

劉會　朱強

摘要：最近幾年，在經濟發展的帶動下，房屋建筑呈現出飛速發展的趨勢，不僅功能越發豐富，結構也日漸趨于復雜，尤其是在高層房屋建筑中，對于建筑結構的設計要求極高。做好房屋建筑的基礎選型，提升基礎的穩定性和承載能力，關系著房屋建筑整體的施工質量。本文對房屋建筑結構中的基礎選型進行了分析，并就樁基礎的設計應用進行了探討。

關鍵詞：房屋建筑；基礎選型；樁基設計

中圖分類號：TU470 文獻標識碼：A 文章編號：1674-3024（2017）05-132-02

前言

對于房屋建筑結構設計而言，基礎的選型和設計非常關鍵，其本身具有復雜性、系統性的特點，對于設計人員而言，必須重視基礎選型工作，分析影響建筑基礎選型的因素，充分考慮細節問題，確保基礎能夠滿足建筑主體結構的各種要求。樁基礎是當前房屋建筑尤其是高層建筑中一種非常常見的基礎形式，能夠對軟土地基進行加固處理，提升基礎的承載能力和穩定性，也因此受到了越發廣泛的關注。

1房屋建筑結構中的基礎選型問題

在房屋建筑基礎設計環節，需要重點考慮兩個方面的影響因素，一方面是地質條件，其本身的相對復雜，與建筑基礎設計直接相關的特征同樣有兩個，其一，持力層特點，作為與基礎直接接觸的土層，持力層承受了來自房屋建筑的絕大部分荷載，其土壤形式、壓縮模量、承載能力等都是基礎設計必須關注的問題：其二，樁基穿越土層的情況，如地下水分布及特點、樁基深度等。另一方面是施工環境，分為自然和人工環境，自然環境包括了氣候、溫度、降水、抗震需求等。就目前而言，房屋建筑基礎施工中采用的多是鋼筋砼，其在低溫環境下可能會出現開裂問題，必須采取有效的應對措施。抗震等級則直接關系著建筑對于地震災害的抵御能力，要求做好抗震縫的設置工作。人工環境對于建筑基礎設計的影響，一是施工振動，二是擠土樁的應用，都會在周邊引發擠土效應，導致應力的變化，影響基礎的受力狀態，應該盡量避免。這里針對幾種比較常見的基礎形式，對建筑基礎選型設計進行簡單分析。

（1）獨立基礎：這種基礎是傳統房屋建筑中最為常見的基礎形式，不僅適應性和抗震能力良好，而且成本低廉，在設計環節，需要充分考慮地籍圖的特點，例如，在壓縮性強的地基上，應該采用剛性基礎，提升基礎的穩定性和承載能力。一般情況下，獨立基礎設置在承重柱下，與現澆混凝土柱一同澆筑。

（2）樁基礎：相比較其他基礎形式，樁基礎本身具備更強的承載能力和穩定性，可以有效應對地基的不均勻沉降問題，在軟土地基中應用廣泛，也可以對基礎進加固處理。在進行樁基礎的設計時，如果房屋建筑整體采用框架結構，則可以在基礎的中部進行加密布樁，同時增加中部樁體的長度，對基礎的支撐受力方式進行調整，以減小差異沉降問題。

（3）箱型或筏型基礎：一般用于地基承載能力不足，或者對于基礎承載能力要求較高的房屋建筑中，如果建筑設計有地下室，也可以采用筏板基礎，將其直接作為地下室的地面。在設計環節，從降低基礎彎曲應力的角度考慮，應該將上部結構和基礎放在一起進行分析和設計。箱型基礎和筏型基礎為大體積混凝土，在設計時必須考慮溫度裂縫的預防問題，設置伸縮縫來抵抗應力變形。

2房屋建筑結構中樁基礎的設計應用

2.1類型選擇

現階段，在建筑工程領域，樁基礎類型是多種多樣的，依照施工方式可以大致將其劃分為兩種，一是預制樁，即依照建筑土建施工的要求預制鋼筋混凝土樁，然后通過靜力沉樁技術或者振動沉樁技術，將預制樁打入設計位置。預制樁的強度更高，而且質量相對穩定，也可以節約材料，適用于對基礎要求較高的建筑，不過在實際施工中難度較大，工期長：二是灌注樁，指通過人工挖孔或者機械鉆孔的方式，在施工現場設置相應的樁孔，然后放置鋼筋籠，澆筑混凝土成樁，具有施工簡單、工期短的優點，但是樁體的承載能力相對較差，而且容易浪費材料。對于設計人員而言，應該結合房屋建筑對于基礎的實際需求、工期、成本等，做出合理的選擇。

2.2參數設計

對于樁基礎而言，樁型選擇非常重要，直接關系著基礎的設計質量，也影響了房屋建筑工程的整體效益。這里結合相應的工程實例進行分析：某房屋建筑結構設計中，建設方要求采用D400預應力管樁，結合地質勘查報告，樁體的長度為16m，單樁極限承載力為850kN，基礎部分的預算造價達到了160元，m²。對此，設計人員結合自身經驗，在充分滿足基礎穩定性和承載能力的前提下，將樁型改成了250mm×250mm的預制鋼混方樁，樁身長度保持不變，單樁極限承載力降低到了600kN，不過依然可滿足基礎對于承載能力的要求。經計算，在優化設計后，基礎預算造價為90元/m²，經濟效益有了非常明顯的提高。

樁身長度的合理選擇同樣關系著建筑的經濟效益。以某高層房屋建筑為例，采用樁筏基礎結構，選擇D500預應力管樁，結合地質勘查和規劃分析，可供選擇的樁身長度有兩種，一是25m，需要使用290根，二是34m，需要使用200根。如果單單考慮樁體的設計，這兩種方案基本沒有太大的區別，但是由于采用的是樁筏基礎，從筏板的設計分析，25m樁屬于滿堂布樁，筏板的厚度為1200mm，34m樁則屬于墻下布樁，筏板厚度為900mm，可以看出，后者的經濟效益更好。因此，在進行樁基礎的設計時，應該通過對比分析，選擇合適的樁型和樁身長度，保證設計方案的合理性以及施工的可行性。

2.3設計方法

樁基礎的設計在房屋建筑結構設計中占據了相當關鍵的位置，合理的樁基礎形式可以保證施工的安全性，確保工程的按期完成，也可以在一定程度上降低施工成本，推動施工的順利進行。設計人員應該加強與建筑方的溝通和交流，做好現場勘查工作，充分考慮地形地勢、地質水文以及周邊環境的影響，對樁基礎的類型進行合理選擇，做好優化設計。

為了保證設計的效率，應該在保證質量的前提下，對樁基礎的設計方法進行適當簡化。例如，在單樁設計環節，可以采用樁土分離模式，結合有限元模擬的方法，進行單樁分析，簡化設計方法。在傳統設計計算中，考慮到數據計算的復雜性和繁瑣性，通常都會在一定程度上樁體與土體的相互作用力，而有限元法卻能夠對這些客觀存在的因素進行綜合考慮，分析土壤性質的空間差異、明確復雜的幾何邊界條件，該可以關注力學響應的非線性問題。有限元法在力學問題的解決方面有著良好的效果，而且操作簡單，更能夠實現二次開發設計，因此具有非常顯著的優勢。對于群樁的設計簡化，可以采用樁土復合模式，同樣進行有限元分析，將群樁基礎看做是樁土合一的一種復合材料，獲得較大的單元尺度，減少單元的數量，提升分析設計的可操作性。

3結語

總而言之，在房屋建筑結構設計中，基礎選型非常重要，直接關系著建筑整體的穩定和使用安全，關系著建筑的經濟效益。樁基礎作為現代房屋建筑尤其是高層建筑中比較常見的一種基礎形式，具有相當明顯的優勢，相關設計人員應該重視起來，做好樁基礎的設計和應用，推動建筑行業的穩健發展。