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中文科技期刊数据库（引文版）工程技术

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高层建筑桩基础承载特性数值模拟分析

张祖强

赣州市国豪建设工程质量检测有限公司，江西赣州341000

摘要：随着高层建筑的快速发展，桩基础在建筑结构中的重要性日益增强。桩基础承载力的准确评估对于高层建

筑的安全设计至关重要。传统的桩基分析方法主要依赖于经验公式和现场试验，然而随着计算机技术的发展，数

值模拟方法，特别是有限元分析（FEM），成为桩基础承载力分析的主要工具。本研究通过数值模拟方法，探讨

了高层建筑桩基础承载特性，分析了桩长、桩径、土层类型及桩基与土体相互作用对桩基承载力的影响。研究结

果表明，桩长、桩径及土层类型对承载力具有显著影响，特别是桩长的增加能显著提高桩基承载力。

关键词：高层建筑；桩基础；承载特性；数值模拟；有限元分析

中图分类号：TU7

0引言模型。

伴随高层建筑的迅猛发展，作为承载系统中必不1.3边界条件和加载方式

可少的部分，已然成为维护建筑稳定性与安全性的关当开展桩基础的数值模拟之际，边界条件的合理

键结构，桩基础的设计及分析意义重大，尤其对于承设置对模拟结果准确性极为关键，为合理模拟实际工

载力精准预估而言，其直接关乎建筑物安全与否及经程中桩基的受力情形，一般是在模型底部设置固定的

济上的成效，以往桩基承载特性分析多借助经验公式约束情形，这恰似模拟地基土体的无限拓展，保障模

与试验数据，但随着计算机技术、数值模拟方法逐步型呈现稳定状态，顾及到高层建筑荷载具备的多样性，

发展，以有限元分析为依托的数值模拟方法，渐成桩要给模型施加各个方向的荷载，涉及竖向、侧向和偶

基础分析的重要办法。然三类荷载，一般竖向荷载就是建筑物的自重和使用

荷载，诸如风力、地震等水平荷载构成了侧向荷载的

1.数值模拟方法

主要部分，类似设备振动的特殊荷载，就是偶然荷载。

1.1有限元法概述

在模拟荷载的逐渐增加过程中，荷载通常采用以下形

采用的有限元法，FEM是在工程分析方面广泛采式的线性加载模型：

用的数值计算方式，此方法采用把结构分割成有限小()

Pt=P（1+α·t）

0

单元的方式，综合考量各单元的物理特性、边界条件其中，P(t)为某一时刻的施加荷载，P为初始荷

0

及外力作用，求解整个结构力学响应的数值，就桩基载，为荷载增长率，为时间。这个公式可以描述荷

础的相关分析而言，有限元方法可精准模拟桩与土体载随时间变化的过程，尤其在模拟高层建筑物逐渐施

[1]

之间的相互作用，以此计算桩基承载方面的特性值。加荷载时非常有用。

1.2模拟模型建立2.数值模拟分析结果

为实施高层建筑桩基础的数值模拟，首当其冲是