煤矿采空区地基上建筑结构的分析与计算方法摘要：对于煤矿采空区地基上建筑结构，利用大型有限元程序分析软件ANSYS对建筑结构进行有限元分析。关键词：采空区地基；建筑结构；分析与计算DOI：10.16640/jki.37-1222/t.2015.23.0351前言1996年，陶阳煤矿在其原有的矿区宿舍西边征得108亩采煤塌陷地，在前期调研分析的基础上，建设了职工小区，小区每栋住宅均有三个单元组成，平面长度均为36.6米，宽为11.7米。地下室层高2.2米，标准层层高2.9米，楼房顶标高+15.250。住宅墙体材料为MU10机制砖，M5.0混合砂浆，砼为C20。利用大型有限元程序分析软件ANSYS对建筑结构进行有限元分析。2整体结构ANSYS计算分析（1）几何参数：混凝土筏板厚度400mm，地基梁400mm×1000mm，圈梁240mm×300mm，预制楼板厚度130mm，砖墙厚240mm。底层层高2.2m，其余五层层高均为2.9m。---本文来源于网络，仅供参考，勿照抄，如有侵权请联系删除---（2）材料参数：普通粘土砖强度等级MU10，混合砂浆强度等级M5.0，砌体抗压强度设计值1.5MPa，砌体弹性模量为2400MPa。砌体抗压强度设计值为1.5MPa，抗剪强度设计值为0.11MPa，抗拉强度设计值为0.13MPa。（3）荷载参数：混凝土容重取25kN/m3，砌体容重取21.8kN/m3。住宅楼楼面活荷载取2.0kN/m2。（4）计算结果。1）在恒载和活载共同作用下结构分析：本有限元模拟分析中，用弹簧模拟地基对筏板的支撑作用。地基和筏板间只受压、不受拉力作用。荷载组合只考虑恒荷载和活荷载作用，分项系数分别为1.2和1.4。在自重作用下，结构最大竖向变形2.1mm，出现在阳台板位置。建筑结构整体下沉量约为12mm。墙体中σx最大值为0.15MPa，σy最大值为0.17MPa，σz最大值为5.4MPa。Τxy墙体中最大值0.56MPa，楼板中为3.88MPa。τyz墙体中应力值0.11MPa。τxz墙体中剪应力最大值为0.43MPa。2）建筑端部400mm沉降作用下：根据实测，长度为36.6m住宅楼长方向两端最大沉降差约为400mm，在墙体中会产生附加应力。由于筏板的整体作用以及沉降的连续变化，则有利于减小上部结构中的应力。本有限元模拟分析中，用弹簧模拟地基对筏板的支撑作用，筏板一端固定，另一端施加-400mm位移作用。结构-筏板-弹簧模型及应力分布计算结果：房屋底部一端下沉400mm，顶层侧移169mm，沿长方向倾斜1.01%。σx筏板基础中压应力1.4MPa，拉应力0.4MPa，局部应力集中部位压应力8.87MPa。顶部楼板拉应力为0.4MPa，压应力1.4MPa。墙体中压应力1.4MPa。σy筏板中压应力为0.9MPa，局部应力集中部位应力为2.7MPa，出现在筏板下沉400mm端部。顶层楼板和墙体中压应力为0.9MPa。σz筏板中压应力0.28MPa。顶部楼板拉应力为0.05MPa。墙体中压应力0.28MPa，局部为0.6～0.9MPa。τxy筏板基础应力0.14～0.39MPa。顶部楼板和墙体中应力0.39MPa。τyz墙体和楼---本文来源于网络，仅供参考，勿照抄，如有侵权请联系删除---板中应力0.04MPa，筏板应力最大值为0.43MPa。τxz在筏板中最大应力为0.72MPa，存在应力集中现象。墙体中剪力为0.05MPa，局部0.2～0.7MPa。3）条形基础结构分析：设结构基础形式为墙下条形基础，地基为砂垫层。在自重作用下，结构竖向变形竖向沉降量约为28mm。端部施加400mm竖向位移荷载，得到结构应力分布。4）计算结果：σx顶部楼板拉应力为1.03MPa，局部2.94MPa。墙体中0.87MPa。σy顶部楼板拉、压应力为0.5MPa。墙体中0.5MPa。σz墙体中应力0.6～0.9MPa，局部1.2～1.5MPa。楼板中拉应力为0.09MPa。τxy墙体中应力0.04MPa。顶层楼板应力0.2～0.4MPa。τyz墙体和楼板中拉应力0.46MPa，最大压应力0.42MPa。τxz在墙体中剪力值为0.13MPa，局部0.3～0.8MPa，最大拉、压应力分别为0.7、0.8MPa。（5）计算结果分析。通过36.6m长筏板基础形式、36.6m长条形基础形式和48.8m长筏板基础形式的结构对比分析，可以发现：①自重作用下，筏板基础形式结构沉降量约为12mm，条形基础形式结构约为28mm；②结构端部地基出现400mm沉陷时，建筑沿长度方向倾斜约1.0%；③通过筏板基础、圈梁及构造柱的整体作用，结构应力分布明显小于条形基础形式的结构应力，基本符合规范规定的强度要求，...