砌体结构计算书综合性课程研究设计.docx

综合《砌体结构办公楼建筑结构》课程设计计算书
一. 设计资料：
建设地点：南京市
工程名称：南京市某办公楼
建筑总面积：约1200m2
总层数：三层
层高：3.3~3.6m
工程地质条件：自然地表下0.5m内为素填土，素填土下1m内为粘土（地基承载力特征值fak=170kpa）,其下层为砾石层（地基承载力特征值fak=300kpa），地下水位在地表下4.5m处。
建筑物安全等级：二级
建筑抗震设防：本次设计不考虑抗震设防
楼板：采用钢筋混凝土预应力预制板，容重为18kN/m3(包括灌缝)，板厚为120mm，版跨度为1.8m~6.0m，以0.3m进级，板宽有0.9m和1.2m两种。
墙体：墙体厚度全部为240mm，采用240厚多孔粘土砖。砖强度等级取用MU10，砂浆强度等级取用M5~M7.5。
屋面为不上人屋面，屋面活荷载：标准值为0.7kN/m2。
二．设计过程
（一）设计资料
（1）楼面做法：瓷砖地面，120mm厚钢筋混凝土预应力预制板，V性轻钢龙骨吊顶。
（2）屋面做法：三种毡四油防水层，20mm厚1:3水泥砂浆找平层，150mm厚水泥蛭石保温层，120mm厚钢筋混凝土预应力预制板，V型轻钢龙骨吊顶。
（3）墙面做法：内外墙面作20mm厚的混合砂浆粉刷后，再饰以乳胶漆。
（4）墙体：采用240厚多孔粘土砖，双面粉刷，均为20mm厚抹灰。砖强度等级为MU10，砂浆强度等级，底层为M7.5，二~三层为M5。
（5）女儿墙：高600mm。
（6）门窗：采用木门、铝合金框玻璃窗，门洞尺寸为2.0mX1.0m，窗洞尺寸为1.5mX1.5m。
(7)初步设计结构平面、剖面示意图如图A所示。

（二）结构承重方案选择
（1）该建筑物共三层，总高11.25m<21m（抗震规范表7.1.2），层高为3.6m；房屋的高宽比为11.25/14.04=0.8<2.5（抗震规范表7.1.4）；设计要求采用砌体结构，符合《建筑抗震设计规范》要求。
（2）变形缝的设置。建筑物总长度为28.44m<60m（砌体结构设计规范表6.3.1），可不设伸缩缝；场地土均匀，荷载差异不大，可不设沉降缝；由于不考虑抗震设防，可不设抗震缝。
（3）墙体布置。采用240厚多孔粘土砖。大部分采用横墙承重方案，对开间大于3300的房间，中间加设横梁，横梁间距3.0m，跨度为5.7m，为纵墙承重。所以该结构为纵横墙承重。最大横墙间距为9.0m<15m（抗震规范表F.1.3），房屋的局部尺寸满足要求。
（4）基础方案。根据上部结构形式和当地地质条件，选用墙下条形基础，基础底面做混凝土垫层。
（三）楼、屋盖结构平面布置
1、预制板的选择
根据楼面做法，计算其恒载为（不包括板自重和灌缝重）不大于1.35kN/m2,活荷载为2.0kN/ m2 (建筑结构荷载规范表4.1.1),房间的开间为3.3m，查江苏省结构构件标准图集苏G9201，选用YKB33-52或YKB33-62。对于屋面，由于自重较大，宜选用YKB33-53或YKB33-63,。板厚为120mm，基本上满足房屋的热工及隔声要求。
2、梁L-1的截面尺寸估算
由于梁L-1的跨度为l=5.7m，因此其截面尺寸估算如下
h=（~）l=（~）×5700=（712.5~475）mm
取h=500mm，则
b=（~）h=（250~167）mm
取b=250mm。由于梁的两侧需搁置预制板，为了增加房屋净高，可以采用花篮梁，但搁置在梁上的板长应相应减少。本设计因房屋层高较大，所以直接采用矩形截面。梁端伸入墙内240mm。
（四）荷载计算(查《建筑结构荷载规范》GB50009-2001)
1、屋面荷载
三毡四油防水层 0.4kN/㎡
20mm厚1：3水泥砂浆找平层 20×0.02=0.4kN/㎡
150mm厚水泥蛭石保温层 5×0.15=0.75kN/㎡
120mm厚钢筋混凝土预制板（含灌缝） 18×0.12=2.16kN/㎡
V型轻钢龙骨吊顶 0.25kN/㎡
屋面恒荷载标准值合计 3.96kN/㎡
屋面活荷载标准值（不上人） 0.7kN/㎡
（雪荷载标准值 0.65kN/㎡）
2、楼面荷载
瓷砖地面（包括水泥粗砂打底） 0.55kN/㎡
120mm厚钢筋混凝土预制板（含灌缝） 18×0.12=2.16kN/㎡
V型轻钢龙骨吊顶 0.25kN/㎡
楼面恒荷载标准值合计 2.96kN/㎡
楼面活荷载标准值 2.0kN/㎡
3、墙体荷载
双面粉刷的240mm厚砖墙 18×0.24+17×0.02×2=5.0kN/㎡
木门 0.2kN/㎡
铝合金框玻璃门 0.4kN/㎡
4、 梁L-1的自重标准值 0.25×0.5×25=3.125kN/m
（五）墙体验算
墙体验算包括墙体高厚比验算和墙体承载力验算两个方面的内容。
1、高厚比验算
《砌体结构设计规范》中规定用验算墙、柱高厚比的方法进行墙、柱的稳定性验算。这是保证砌体结构在施工阶段和使用阶段稳定性的一项重要构造措施。
高厚比验算包括两方面内容：根据砂浆强度等级由表查出墙、柱的允许高厚比；计算墙、柱实际高厚比
（1）确定静力计算方案。楼（屋）盖为装配式钢筋混凝土楼（屋）盖，最大横墙间距：=3.0×3=9.0m<32m，由《砌体结构设计规范》表4.2.1可知属刚性方案。
查砌体规范表6.1.1，墙允许高厚比：M7.5时为26，M5.0时为24。
（2）外纵墙高厚比验算
1）二层（H=3.6m）
房屋横墙间距=9.0m>2H=2×3.6m=7.2m,=1.0H=3.6m
有窗户墙的允许高厚比修正系数：
=1.5m，s=3.0m
==1-0.4X1.53.0=0.8>0.7
β=H0h=3600240=15<μ2β=0.8×26=20.8
满足要求。
2）底层：（H=4.35m）
H=3.6+0.45+0.3=4.35（m）
=6.0m<2H=2×4.35m=8.7m,且>H，
故： =0.4s+0.2H=0.4x6.0+0.2X4.35=3.27m
β=H0h=3270240=13.6<μ2β=0.8×26=20.8
满足要求。
（3）内纵墙的高厚比验算
的计算同外纵墙。
=1.0m，s=3.3m
==1-0.4X1.03.3=0.88>0.7
1）二层：（H=3.6m，=3.6m）
β=H0h=3600240=15<μ2β=0.88×24=21.1
2）底层：（H=4.35m，=3.27m）
β=H0h=3270240=13.6<μ2β=0.88×26=22.9
满足要求。
（4）横墙高厚比验算
=0m，s==5.7m
==1.0
1）二层（H=3.6m）
H<<2H,H0=0.4s+0.2H=0.4X5.7+0.2X3.6=3.0m
β=H0h=3000240=12.5<μ2β=1.0×24=24
2）底层（H=4.35m）
H<<2H,H0=0.4s+0.2H=0.4X5.7+0.2X4.35=3.15m
β=H0h=3150240=13.1<μ2β=1.0×26=26
满足要求。
2 、墙体承载力计算
该建筑的静力计算方案为刚性方案，由《建筑结构荷载规范GB50009-2001》可知，南京地区基本风压为。根据《建筑结构荷载规范GB50009-2001》表4.2.6可知，可以不考虑风荷载的影响，仅考虑竖向荷载。墙体在每层高度范围内均可简化为两端铰接的竖向构件计算。
（1） 纵墙的内力计算和承载力计算
1）计算单元。房屋的纵墙较长，可选取有代表性的一个开间作为计算单元。此设计中最危险（受荷最大）的纵墙位于A轴线和D轴线L-1下。取图中D轴线纵墙上斜线部分为纵墙计算单元的受荷面积，窗间墙为计算截面。内纵墙（轴线B和轴线C）由于开洞面积较小，不起控制作用，不需进行验算。各层墙体承受轴向力如图1所示。
2）控制截面。每层墙取两个控制截面，上截面取墙体顶部位于大梁（或板）底的砌体截面，该截面承受弯矩和轴力，因此需进行偏心受压承载力和梁下局部受压承载力验算。下截面可取墙体下部位于大梁（或板）底稍上的砌体截面，该截面轴力最大，底层则取基础顶面，该截面轴力较大，按轴心受压验算。
对于此设计，二、三层材料相同，所以仅需验算底层及二层墙体承载力。二、三层墙体强度为f=1.50MPa，底层墙体强度为f=1.69MPa。墙体的计算截面面积为A1=A2=A3=1500X240=36000mm2。
3）各层墙体内力标准值计算
·墙体自重：
女儿墙和顶层梁高范围内墙重：（0.6+0.5）X3.0X5.0=16.5kN
2~3层墙重：G2k=G3k=(3.0X3.6-1.5X1.5)X5.0+1.5X1.5X0.4=43.65kN
底层墙重(算至大梁底)：G1k=(3.0X4.35-1.5X1.5)X5.0+1.5X1.5X0.4=54.9kN
·梁端传来的支座反力：
屋面梁支座反力：
由恒荷载传来 Nl3gk=0.5X3.96X3.0X5.7+0.5X3.125X5.7=42.76kN
由活荷载传来 Nl3qk=0.5X0.7X3.0X5.7=5.99kN
楼面支座反力：
由恒荷载传来 Nl2gk=Nl1gk =0.5X2.96X3.0X5.7+0.5X3.125X5.7=34.21kN
由活荷载传来 Nl2qk=Nl1qk=0.5X2.0X3.0X5.7=17.1kN
·梁端有效支承长度（《砌体结构设计规范5.2.4-5）：
二、三层楼面梁有效支承长度

底层楼面梁有效支承长度

4）内力组合。各层墙体承受轴向力和计算截面如图1和图2所示。
图2 计算截面
内力组合有两种，取其中最不利的进行验算。
·二层墙截面
第一种组合（）：
截面累计轴向力设计值为

=1.2X(16.5+43.65+42.76+34.21)+1.4X(5.99+17.1)=196.87kN
梁端传来的支反力设计值为
Nl2=1.2Nl2gk+1.4Nl2qk=1.2X34.21+1.4X17.1=64.99kN
el2=h2-0.4a02=240/2-0.4X182.6=46.96mm
e=Nl2el2N2l=64.99X46.96196.87=15.50mm
第二种组合（以承受自重为主的内力组合，）

=1.35X(16.5+43.65+42.76+34.21)+1.4X0.7X(5.99+17.1)=207.74kN
梁端传来的支反力设计值为
Nl2=1.35Nl2gk+1.4X0.7XNl2qk=1.35X34.21+1.4X0.7X17.1=62.94kN
e=Nl2el2N2l=62.94X46.96207.74=14.23mm
·二层墙截面
第一种组合：
N2II=1.2G2k+N2I=1.2X43.65+196.87=249.25kN
第二种组合：
N2II=1.35G2k+N2I=1.35X43.65+207.74=266.67kN
可直接取轴力为266.67KN。
·底层墙截面（考虑2-3层楼面活荷载折减系数0.85）。
第一种组合（）：
截面累计轴向力设计值为
NII=1.2(Gk+G3k+G2k+Nl3gk+Nl2gk+Nl1gk)+1.4(Nl3qk+0.85X(Nl2qk+Nl1qk)
=1.2X(16.5+43.65X2+42.76+34.21X2)+1.4X(5.99+0.85X17.1X2)
=307.06kN
梁端传来的支反力设计值为
Nl1=Nl2=64.99kN

e=Nl1el1N1l=64.99X51.20307.06=10.84mm
第二种组合（以承受自重为主的内力组合，）：
NII=1.35X(Gk+G3k+G2k+Nl3gk+Nl2gk+Nl1gk)+1.4X0.7X(Nl3qk+0.85X(Nl2qk+Nl1qk)=1.35X(16.5+43.65X2+42.76+34.21X2)+1.4X0.7X(5.99+0.85X17.1X2)
=324.78kN
Nl1=Nl2=64.99kN
e=Nl1el1NIl=64.99X51.20324.78=10.25mm
·底层墙截面:
第一种组合：
N1II=1.2G1k+N1I=1.2X54.9+307.06=372.94kN
第二种组合：
N1II=1.35G1k+N1I=1.35X54.9+324.78=398.90kN
可直接取轴力为398.90kN
5） 截面承载力根据《砌体结构设计规范》GB50003-2001中5.1规定验算。（见表1）
表1 纵墙截面承载力计算表
控制截面
二层
底层
Ⅰ-Ⅰ
Ⅱ-Ⅱ
Ⅰ-Ⅰ
Ⅱ-Ⅱ
N(kN)
196.87
207.74
266.67
307.06
324.78
398.9

15.50
14.23
0
10.84
10.25
0

0.065
0.059
0
0.045
0.043
0

3.6
3.27

15
13.6

0.606
0.617
0.745
0.688
0.681
0.786
f（MPa）
1.50
1.69

327.24
333.18
402.3
418.58
414.32
478.20
结论
满足要求
满足要求
满足要求
满足要求
满足要求
满足要求
注：1、本设计为砖砌体，故。
2、轴向力的偏心距不应超过0.6y=144mm，本设计都满足要求。
（2）横墙的内力计算和承载力验算
1）计算单元的选取。横墙承受屋盖，楼盖传来的均布线荷载，且很少开设洞口，取1m宽墙体作为计算单元，沿纵向取一个开间3.3m为受荷宽度，受荷面积见图1中横墙上的斜线部分，计算简图为每层横墙视为两端不动铰接的竖向构件，构件的高度为层高。
由于楼面活荷载较小，横墙的计算一般不考虑一侧无活荷载时的偏心受力情况，由于房屋的开间相同，因此近似按轴压验算。
2）控制截面的选取。横墙的控制截面取轴力最大处，即每层墙体的底部截面。由于二，三层材料强度相同，所以只需验算二层和底层的截面。
3）内力计算
·第二层墙体的截面：
第一种组合：
N2II=1.2X(1X3.6X5.0X2+1X3.3X3.96+1X3.3X2.96)+1.4X(1X3.3X0.7+1X3.3X2.0)
=83.08kN
第二种组合：
N2II=1.35X(1X3.6X5.0X2+1X3.3X3.96+1X3.3X2.96)+1.4X0.7X(1X3.3X0.7+1X3.3X2.0)
=88.17kN
所以取N2II=88.17kN.
承载力验算
e=0,β=γβH0h=1.0X3.00.24=12.5
M5混合砂浆，
φ=φ0=11+αβ2=11+0.0015X12.52=0.81
则
φAf=0.81X0.24X1.0X1.50X103=291.6kN>N=88.17kN
满足要求。
·底层墙体的截面：
第一种组合：
N2II=1.2X(1X3.6X5.0X2+1X4.35X5.0+1X3.3X3.96+1X3.3X2.96X2)+1.4X(1X3.3X0.7+1X3.3X2.0X2X0.85)
=127.37kN
第二种组合：
N2II=1.35X(1X3.6X5.0X2+1X4.35X5.0+1X3.3X3.96+1X3.3X2.96X2))+1.4 X0.7X(1X3.3X0.7+1X3.3X2.0X2X0.85)
=135.24kN
所以取N2II=135.24kN。
承载力验算：
e=0,β=γβH0h=1.0X3.150.24=13.13
M7.5混合砂浆，
φ=φ0=11+αβ2=11+0.0015X13.132=0.79
则
φAf=0.79X0.24X1.0X1.69X103=322.31kN>N=135.24kN
满足要求。
根据以上计算结果，该办公楼底层采用MU10多孔砖，M7.5混合砂浆，二、三层采用MU10孔砖，M5混合砂浆，满足要求。
3.大梁下局部受压承载力验算
(1)、二、三层局部受压承载力验算
首先计算第三层梁端传来的支反力设计值
第一种组合（）：
Nl3=1.2Nl3gk+1.4Nl3qk=1.2X42.76+1.4X5.99=59.70kN
第二种组合（以承受自重为主的内力组合，）：
Nl3=1.35Nl3gk+1.4X0.7XNl3qk=1.35X42.76+1.4X0.7X5.99=63.60kN
所以取Nl3=63.60kN
大梁下局部承载力验算公式为

其中a02=a03182.6mm
局部受压面积
Al=182.6X250=45650mm2
影响砌体局部抗压强度的计算面积
A0=240X(250+2X240)=175200mm2<240X1500=360000mm2
A0/Al=175200/45650=3.84>3，上部荷载折减系数 ψ=0
可不考虑上部传来的荷载的影响。

ηγfAl=0.7X1.59X1.50X45650=76.21kN>Nl3=63.6kN
>Nl2=64.99kN
满足要求。
(2)、底层局部受压承载力验算

A0=240X(250+2X240)=175200mm2<240X1500=360000mm2
A0/Al=175200/43000=4.07>3，上部荷载折减系数 ψ=0
可不考虑上部传来的荷载的影响。

ηγfAl=0.7X1.61X1.69X43000=81.9kN>Nl1=64.99kN
满足要求。
（六）L-1设计
1.屋面梁
恒载 g3=3.96X3.0+3.125=15.005kN/m
活载 0.7X3=2.1kN/m
荷载组合设计值
q3=1.35X15.005+1.4X0.7X2.1=22.31kN/m
楼面梁
恒载 g1=2.96X3.0+3.125=12.005kN/m
活载 2.0X3=6kN/m
荷载组合设计值
q1=1.2X12.005+1.4X6.0=22.81kN/m
屋面梁和楼面梁荷载接近，为方便施工，取较大荷载设计，即q1=22.81kN/m。梁端按简支计算,混凝土采用C25，fc=11.9MPa,钢筋采用HRB335。
M=18q1l2=22.81X5.72/8=92.6kN·m
αs=Mα1fcbh0=92.6X1061.0X11.9X250X(500-40)2=0.147
γs=1+1-2αs2=0.92
As=Mγsfyh0=92.6X1060.92X300X460=729mm2
选用4B16，As=804mm2,配筋率ρs=804250X460=0.7%>0.2%，配筋率满足要求。
由于
Vmax=0.5X22.81X5.7=65kN<0.7ftbh0=0.7X1.27X250X460=102kN
故箍筋可按构造要求配置，取B10@180，同时满足最小配箍率要求。
（七）墙下基础设计
根据地质资料，基础应埋在第Ⅱ层粘土中，地基承载力特征值标准值为170kPa。根据上部结构形式，拟采用刚性条形基础形式。
本设计房屋中的所有横墙均为承重墙体，而纵墙只有③-⑥轴线间的纵墙为承重墙体。为施工方便起见，所有横墙采用一种基础形式，纵墙采用一种基础形式。
1、横墙基础设计
（1）计算单元的选取。取中间任一开间横墙的1m长度的基础为计算单元，
（2）基础埋深的确定。基础埋深的确定主要与持力层的位置、水文地质条件，地基冻融条件有关，初步确定基础埋深为1.0m（从室外地坪起）。
（3）预估基础宽度
应采用荷载效应的标准组合。基础顶面以上墙体下来的荷载为
Nk=(1X3.6X5.0X2+1X4.35X5.0+1X3.3X3.96+1X3.3X2.96X2)
+(1X3.3X0.7+1X3.3X2.0X2X0.85)
=103.88kN
b=Nkƒak-γGd=103.88170-20X1=0.69m
取b=0.9m。
（4）求修正后地基承载力特征值
因为b<3m，但d>0.5m，需对承载力特征值进行深度修正，预估该层粘土孔隙比e=0.9,重度为γ=16.8kN/m3,由相应表格可知，

=170+1.0×16.8×（1.0-0.5）
=178.4kPa
（5）基础尺寸的确定
基础的宽度应为
b=Nkƒa-γGd=103.88178.4-20X1=0.66m
因b<3m，不需再调整。最后取基础宽度b=0.9m.
（6）复核刚性角是否满足要求：
砖大放脚部分：
素混凝土垫层部分：210460=0.46<1.0
2、纵墙基础设计
（1）计算单元的选取。取开间9.0米有梁纵墙的3.0m长度的基础为计算单元，这样考虑了集中荷载作用，偏于安全。
（2）基础埋深的确定。基础埋深的确定主要与持力层的位置、水文地质条件，地基冻融条件有关，参考横墙基础，初步确定基础埋深为1.0m（从室外地坪起）。
（3）预估基础宽度
应采用荷载效应的标准组合。基础顶面以上墙体下来的荷载为
N总=(3.6X2+4.35+0.6)X3.0x5.0+3.0X(2.85+1.2)X3.96+3.0X(2.85+1.2)
X2.96X2+3.0X(2.85+1.2)X0.7+3.0X(2.85+1.2)X2.0X0.85X2
=352.1kN
每延米荷载
Nk=N总L=352.13=117.4kN
b=Nkƒa-γGd=117.4170-20X1=0.78m
取b=0.9m。
（4）求修正后地基承载力特征值
由横墙验算可知fa=178.4kN。
（5）基础尺寸的确定
基础的宽度应为
b=Nkƒa-γGd=117.4178.4-20X1=0.74m
因b<3m，不需再调整。最后取基础宽度b=0.9m.
（6）复核刚性角是否满足要求：
砖大放脚部分：
素混凝土垫层部分：
满足要求。基础详图如图3所示。

3、变形验算
根据《建筑地基基础设计规范》该建筑物的地基可不做变形验算。