高層建筑樁筏基礎承載機理與沉降控制設計

【摘要】樁筏基礎在高層建筑中因其承載力強、基礎剛度大、調節性能好、沉降控制能力強等特點而被廣泛應用，樁筏同時還具有一定的抗震抗災能力，當地震發生時具有抗顛覆能力，因為種種優點，樁筏基礎已成為高層建筑中不可缺少的一個重要部分。關于軟土地基的高層建筑應該以樁筏基礎為主，提高建筑物的承載能力以及控制系統。本文從高層建筑樁筏基礎承載能力方面入手，探究樁筏基礎的沉降控制設計機制。

【關鍵詞】高層建筑；樁筏基礎；沉降機制

前言：近幾年高層建筑在世界范圍內受到追捧，除了高層建筑能成為當地地標性建筑的目的之外，各國大都市都面臨著城市人口過快膨脹、住房面積不斷縮小等問題，污染嚴重、交通堵塞。高層建筑在一定的單位面積內能向上延伸更廣闊的空間。這樣可以一定程度上緩解大都市人口飽和的壓力。高層建筑是社會生產力以及科學技術進步的一個標志，也讓建筑業的發展邁上了一個新的臺階。讓人類在地球上的生存空間不斷的向上延伸。但是，高層建筑因為高度高，所以地基的設計非常的重要，地基沉降小、防災抗震、提供超強的承載力，否則高層建筑一旦發生事故，將是災難性的。這時采用樁筏基礎，保證高層建筑有效的承載能力。樁筏因為各種優點已經成為了高層建筑的主要基礎形式之一。

一·高層建筑樁筏基礎的承載機理

樁筏基礎作為高層建筑地基設計的重要部分，必然有著樁筏基礎的復雜性等特性，樁筏不是單樁以及其他部分的簡單組合。樁筏是一個高層建筑與地基土層相結合的復雜結構，人們通常從力學角度出發來考慮高層建筑樁筏基礎的承載機理樁筏只有基礎承載的簡單作用，不能越俎代庖的進行分擔壓力的承載，而筏板的厚度卻和整體的耐壓性成正比關系，通過厚度的直觀觀察就可以發現承載壓力的能力，在施工方面非常的直觀，因此被廣泛應用到高層建筑的建設中。這樣不僅使得樁筏在客觀上成為了地基設計中的主要部分，在荷載的范圍內可以承受絕大部分壓力，同時，地基施工結束以后，上部建筑的施工是一層層進行的，所以對于上層建筑的混凝土結構也不是一次性澆筑成型的。混凝土在施工過程中本身有一個凝結，加固的過程。這時候，樁筏基礎上承載力逐步呈上升的趨勢。如何形成樁伐的剛性結構，將過程簡化為以下三個部分。

第一部分，第一部分即為線性階段。單樁承載力小于單樁極限承載力時，每個立柱的平均承載力度相對較低。隨著時間的增長越來越少。樁體本身的彈性遠遠大于地基土層上的荷載量。并且關于摩擦力以及承載力的作用，都需要較小的摩擦力進行荷載量的承載極限值。所以當地基發生變形時，荷載的壓力全部由樁筏的柱體量承擔。第二部分，第二部分可以稱為臨界值階段當數值超過限定范圍時，總的荷載量不斷的增加，讓各樁的承載力都達到極限值，樁體已經達到承載力的上限。

第三部分，可以叫做非線性階段，在這個已經沖過限定范圍值的階段，整個數值已經超過了限定值。在下潛的同時應該保留一定的壓縮空間。

二·樁筏基礎的沉降計算方式

高層建筑對于樁筏基礎的控制非常嚴格。在沉降的距離之間確定好沉降的數值。目前有關于樁筏基礎的計算方式要優先考慮沉降的有關要求。計算方式包括：簡易法、經驗理論法、經驗法。

1·有限單元法

對于高層建筑的基礎測量值應該在地基位置確定的基礎上進行合理的設置，包括基礎的格式。其他結構基礎的部分和傳統的相比并沒有特別之處。但是因為高層建筑的高度問題，各個分散的部分構成造成了各個單元的形狀初始數據都不同。特別是在一些結構比較復雜的地方，關于樁筏的尺寸以及力學的特征都有著非常嚴格的要求。所以如何能更好的利用各部分結構的特點對工程的工序進行簡化，是高層建筑樁筏基礎的關鍵。因此，上述的位移位置應該滿足荷載的基準關系以及簡單的有效疊加。

2·簡單理論法

有效的理論基礎是支撐高層建筑樁筏基礎的關鍵。樁柱和樁土之間存在著千絲萬縷的關系，整合后的樁筏就如同復合式地基，這樣更符合搞成建筑的基本結構。計算一定范圍內的樁徑，樁的平面結構圖，對基準沉降的影響非常大。但是對于實際操作中的最終沉降距離還需要依賴于多年的工作實踐經驗。

3·經驗理論法

關于建筑物的總荷載量以及筏底的基礎土木結構，可以將樁筏的結構視為一個剛性體。剛性群體結構以及計算公式是由Poulos， H.G.和 Davis， E.H.公式確定的，樁筏的沉降距離和整體的沉降距離相同。建筑物在接近工程完成的時候，沉降距離將進一步下陷，這時候就需要根據經驗修正之前的距離誤差，這不是僅靠理論知識能完全計算出來的，所以需要根據多年的高層建筑樁筏設計經驗，來布置前期的地基沉降方式。

三·沉降控制設計

沉降控制的設計方式應該充分考慮到地基土在施工過程中的承載極限值，應該采取最大間距的樁柱布置原則。當單樁的工作狀態呈非線性分布時，需要按照樁筏基礎機構進行整體平均到沉降量來得出樁柱置于樁筏之內的設計方法，它是通過地基與上部結合的方式優化關于樁基的承載力度。通常沉降的控制力度是非常重要的，常規的設計方式英愛占到樁柱數目的40%左右。這種方式表明，可以在費用最低的情況下達到最好的承載力效果。

1·筏板以下地基土和樁分擔外荷載的基礎

如果荷載的長期效應組合值，通過Q大于各單樁的極限值，單樁的極限承載力之和為承載值的范圍，筏板底部的地基的承載量為Qs=Q-Qr，設樁數為n，定義筏板的分擔率為N，并且N=Qs/Qr.

2·沉降控制樁柱的基礎沉降方式

在現代社會可以通過商業化的計算軟件進行沉降計算。例如北京清華同方生產的沉降計算系統。對于沉降計算方法的規定，可以采用土體正分層法的非線性，計算樁筏的基礎沉降值，該方法不光要考慮關于土層的土質因素，還要考慮到水平向心力對于整個高層建筑樁筏的沉降控制的影響。這樣除了可以對沉降設計進行測量，還兼顧了樁長、樁徑、樁距離等設計控制因素。

3·沉降控制樁筏關于基礎樁數的確定

沉降控制的樁筏基礎數量應該是根據基礎的沉降計算方式進行的。計算出不同的樁筏基礎數量，求得單樁的數量和沉降數量關系。根據建筑物設計的要求，確定各個單位樁柱的數目。簡化計算的操作流程，并且根據線性的變化規律，求得近似的數值以及沉降關系數。樁數值固定以后，可以計算出三種不同的數值。并且按照線性的變化規律來確定建筑物限定的沉降限定值。樁筏的基礎沉降量設為S，只有當S≤Sa，總體的安全數值大于2才能允許沉降的雙重控制量。因為定義數U=fA/S，U為材料本身的承載力限度值。A為承載截面的面積。F為豎直結構的設計參數。基礎設計的數字應該覆蓋基礎的土壤數量。

結束語

高層建筑建設的快速發展，已經得到了社會的廣泛認同。為了更精確的確定樁筏的限定值，通過理論計算以及經驗判斷來確定地基的數量，在各個單樁的沉降限定值及沉降控制設計方面要遵循力學以及土木工程學的基本原理，確保荷載數量的精確，力求設計方案的完善。

參考文獻

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