某砌体结构四层教学楼设计.docx

河南工程学院《砌体结构》
课程设计

某砌体结构四层教学楼设计

学生姓名： 赵晨
学 号： 201310810122
专业班级： 土木工程1341班
专业课程： 砌体结构
指导教师： 许卫华

2016 年6月26日

目录
一、设计资料 1
1.某砌体结构四层教学楼设计平面图、剖面图 1
2.荷载 3
3.材料 3
4.屋面构造层做法 3
5.楼面构造层做法 3
二、 选择合理的承重方案 3
三、确定房屋的静力计算方案 4
四、 墙体高厚比验算 4
1.外纵墙高厚比验算 4
2.内纵墙高厚比验算 5
3.横墙高厚比验算 5
五、 承载力验算 5
（一）荷载资料 5
（二）纵墙承载力计算 6
（三） 横墙承载力计算 19
（四）横墙承载力验算 20
六、梁受力及配筋计算 20
（一）梁L-1 20
（二）梁L-2 23
七、绘制施工图 25

某砌体结构四层教学楼设计
一、 设计资料
本人学号201310810122，根据任务书所选数据为：
楼面活荷载标准值：学号倒数第一位为2，选取值为1.4
C-D轴线房间进深：学号倒数第二位为2，选取值为5200mm
二层以上层高值：学号倒数第三位为1，选取值为3100mm
1.某砌体结构四层教学楼设计，其平面图、剖面图如附图所示。

图1 教学楼建筑平面图
（一层外纵墙厚370，其他墙体厚240；二、三、四层墙厚均为240）

图2 一、二层窗间墙示意图

图3 教学楼剖面
2.荷载：
上人屋面活荷载标准值为2.0 kN/m2
该地区基本风压力0.45 kN/m2
墙体自重标准值
240mm厚墙体自重：5.24 kN/m2 (按墙面计)
370mm厚墙体自重：7.71 kN/m2 (按墙面计)
500mm厚墙体自重：10.52 kN/m2 (按墙面计)
铝合金玻璃窗自重：0.4 kN/m2 (按墙面计)
3.材料：
屋盖、楼盖采用预应力混凝土空心板，一、二层墙体采用MU25烧结普通砖和M10砂浆砌筑，三、四层墙体采用MU20轻骨料混凝土砌块M7.5砂浆砌筑，施工质量控制等级为B级。各层墙厚如图所示。图中梁L-1截面为250mm×500mm，两端伸入墙内190mm，窗洞尺寸为1800mm×2100mm，门洞尺寸为900mm×2400mm及1200mm×2400mm。
4.屋面构造层做法：
35mm厚配筋细石混凝土板
三毡四油沥青防水卷材；
40mm厚防水珍珠岩；
20mm厚1：2.5水泥砂浆找平层；
120mm厚预应力混凝土空心板；
15mm厚板底抹灰。
5.楼面构造层做法：
大理石面层
20mm厚水泥砂浆找平
120mm厚预应力混凝土空心板
15mm厚板底抹平
其他所需未知材料容重可参阅《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012）， 或网络搜寻自行查找。
二、 选择合理的承重方案
本设计为砌体结构四层教学楼设计，而纵横墙承重方案适用于教学楼等建筑，且纵横墙承重方案房屋平面布置较灵活，房间可以有较大的空间，可以很好地满足教学功能，故本设计采用纵横墙承重方案。
三、确定房屋的静力计算方案
本房屋的屋盖、楼盖采用预制钢筋混凝土空心板，属第一类屋盖和楼盖；横墙的最大间距为，因此本房屋属于刚性方案。
本房屋中的横墙也符合刚性方案房屋对横墙的要求。
四、 墙体高厚比验算
1.外纵墙高厚比验算
取D轴线上横墙间距最大的一段外纵墙进行高厚比验算。对于三、四层外纵墙，，，查表5-4，。
相邻窗间墙间距s=3.6m,则

三、 四层墙的砂浆强度等级为M7.5，查表5-5，[β]=26。
一、二层墙的砂浆强度等级为M10，查表5-5，[β]=26。
考虑窗洞的影响，。
三，四外纵墙的实际高厚比，满足要求。
对于第二层外纵墙，属带壁柱墙，其几何特征为：

S=10.8m>2H=6.2m，查表5-4，
整片墙的高厚比
，满足要求。
验算壁柱间墙时，S=3.6m>H=3.1m，查表5-4 ：

壁柱间墙的高厚比，亦满足要求。
对于一层外纵墙，，查表5-4：

一层外纵墙的实际高厚比，满足要求。
2.内纵墙高厚比验算
C轴线上横墙间距最大的一段内纵墙上开有两个门洞，，大于上述0.8，故不必验算便可知三、四层内纵墙高厚比符合要求。
对于一层内纵墙：

，满足要求。
二层内纵墙的计算高度比一层内纵墙的小，显然其高厚比亦能满足要求，不必再验算。
3.横墙高厚比验算
横墙厚度为240mm，墙长s=5.4m和5.2m，且墙上无洞口，其允许高厚比较纵墙的允许高厚比有利，不必再验算。
五、 承载力验算
（一）荷载资料
1.屋面荷载标准值
35mm厚配筋细石混凝土板
三毡四油沥青防水卷材
40mm厚防水珍珠岩
20mm厚1:2.5水泥砂浆找平层
120mm厚预应力混凝土空心板
15mm厚板底粉刷
屋面荷载合计
屋面活荷载(上人)

2. 楼面荷载标准值
大理石面层
20mm厚水泥砂浆找平
120mm厚预应力混凝土空心板
15mm厚板底抹平
楼面恒载合计
楼面活荷载

3. 墙体荷载标准值
240mm厚墙体自重
370mm厚墙体自重
500mm厚墙体自重
铝合金玻璃窗自重

4.屋面梁、楼面梁自重标准值

本地区的基本风压为，且房屋层高小于4m，房屋总高小于28m，故该设计可不考虑风荷载的影响。
（二）纵墙承载力计算
1.选取计算单元
该房屋有内、外纵墙，D轴墙较A轴墙不利。对于B、C轴内纵墙，走廊楼面传来的荷载，虽使内纵墙上的竖向压力有所增加，但梁（板）支承处墙体轴向力的偏心距却有所减少，且内纵墙上的洞口宽度较外纵墙上的小。因此，可只在D轴取一个开间的外纵墙为计算单元，其受荷面积为（按理需扣除一部分墙体的面积，这里仍近似地以轴线尺寸计算）。
2.确定计算截面
通常每层墙的控制截面位于墙顶部梁（或板）底面（如截面1-1）和墙底底面（如截面2-2）处。在截面1-1等处，梁（板）传来的支承压力产生的弯矩最大，且为梁（板）墙支承处，其偏心受压和局部受压均不利。在截面2-2等处，则承受的轴心压力最大。
本房屋中第四层和第三层墙体所采用的砖、砂浆强度等级和墙厚虽相同，但轴心力的偏心距不同；第一层和第二层墙体的墙厚不同，因此需对截面1-1~截面8-8的承载力分别进行计算。
3.荷载计算
取一个计算单元，作用于纵墙的荷载标准值如下：
屋面恒荷载：
女儿墙自重（厚240mm,高900mm,双面粉刷）:

二、 三、四层楼面恒荷载：

屋面活荷载：
二、三、四层楼面活荷载：
三、四层墙体和窗自重：

二层墙体（包括壁柱）和窗自重：

一层墙体和窗自重：
KN
4.控制截面的内力计算
（1）第四层
第四层截面1-1处：
由屋面荷载产生的轴向力设计值应考虑两种内力组合

三、四层墙体采用MU20轻骨料混凝土砌块M7.5砂浆砌筑，查表2-4，砌体的抗压强度设计值为,一二层墙体采用MU25烧结普通砖和M10砂浆砌筑，查表2-3,砌体的抗压强度设计值。
屋（楼）面梁端均设有刚性垫块，由公式（3-50）和表3-8，
取，，此时刚性垫块上表面处梁端有效支承长度a0,b为

第四层截面2-2处：
轴向力为上述荷载与本层墙自重之和：

（2）第三层
第三层截面3-3处：
轴向力为上述荷载与本层楼盖荷载之和：

查表3-5，，由公式得

查表3-5，，由公式得

第三层截面4-4处：
轴向力为上述荷载与本层墙自重之和：

（3） 第二层
第二层截面5-5处：
轴向力为轴向荷载N4与本层楼盖荷载之和：

由表3-5，，由公式得：

由表3-5，，由公式得：

第二层截面6-6处：
轴向力为上述荷载N5与本层墙体自重之和：

（4） 第一层
第一层截面7-7处：
轴向力为上述荷载N6与本层楼盖荷载之和：

查表3-5，，由公式得：

查表3-5，，由公式得：

第一层截面8-8处：
轴向力为上述荷载与本层墙体自重之和：

5.第四层窗间墙承载力验算
（1）第四层截面1-1处窗间墙受压承载力验算
第一组内力：
第二组内力：
对于第一组内力有

查表3-4，，按公式有
，满足要求
对于第二组内力有

查表3-3，，按公式3-16有
，亦满足要求
（2）四层截面2-2处，窗间墙受压承载力验算
第一组内力：
第二组内力：

查表3-3，，按公式有
，满足要求
（3）梁端支撑处（截面1-1）砌体局部受压承载力验算
梁端设置尺寸为的预制刚性垫块
垫块面积
第一组内力：

按，查表3-4，。同时

按公式（3-25）有

按公式有
，满足要求。
对于第二组内力，由于相等，梁端反力非常接近，因此采用的刚性垫块能满足局部承压力的要求。
6.第三窗间墙承载力验算
(1)窗间墙受压承载力验算结果列于表4-1。

表5-1 第三层窗间墙受压承载力验算结果
项 目
第一组内力
第二组内力
截面
截面
3-3
4-4
3-3
4-4

216.14
266.62
228.76
285.55

25
0
24
0

0.10
_
0.10
_

120
_
120
_

0．21
_
0.21
_

13.3
13.3
13.3
13.3

0.574
0.789
0.574
0.789

0.432>0.3
0.432>0.3
0.432>0.3
0.432>0.3

2.39
2.39
2.39
2.39

592.6>216.14
784.0>266.62
592.6>228.76
784.0>285.55

满足要求
满足要求

(2)梁端支撑处（截面3-3）砌体局部受压承载力验算
梁端设置尺寸为的预制预制刚性垫块。
第一组内力：

垫块面积：

按查表3-4，。同时
，

,满足要求。
第二组内力 ，
第二组内力与上组内力相比，基本相等，而梁端反力却小些，这对局部受压有利，因此采用的刚性垫块能满足局部承载力的要求。
7.第二层间窗间墙承载力验算
（1）窗间墙受压承载力验算结果列于表4-2。
表5-2 第二层窗间墙受压承载力验算结果
项目
第一组内力
第二组内力
截面
截面
5-5
6-6
5-5
6-6

327.85
384.21
350.82
414.23

12
0
9
0

12/329=0.036
_
9/329=0.027
_

221
_
221
_

12/221=0.054
_
9/221=0.041
_

10.0
10.0
10.0
10.0

0.762
0.870
0.792
0.870

0.5126
0.5126
0.5126
0.5126

2.98
2.98
2.98
2.98

1164.0>327.85
1329.0>384.21
1209.8>350.82
1329.0>414.23

满足要求
满足要求
（2）两端支撑处（截面5-5）砌体局部受压承载力验算
梁端设置尺寸为的刚性垫块

第一组内力：

按查表3-4，。同时（只计算壁柱面积），并取，则按公式有
承载力的要求
第二组内力：

采用上述刚性垫块时

e=65.27/166.25=0.061m
e/h=0.061/0.37=0.16
按

因此，采用的预制刚性垫块可满足局部受压承载力要求。
8.第一层窗间墙承载力验算
（1）窗前墙受压承载力验算结果列于表4-3。

表5-3 第一层窗间墙受压承载力验算结果
项目
第一组内力
第二组内力
截面
截面
7-7
8-8
7-7
8-8

445.44
584.57
479.50
636.02

10
0
11
0

10/3700.027
_
11/3700.030
_

212
_
212
_

0.047
_
0.052
_

13.0
13.0
13.0
13.0

0.721
0.795
0.714
0.795

0.666
0.666
0.666
0.666

2.98
2.98
2.98
2.98
/KN
1431．0>445.44
1577.8>584.57
1417.1>479.50
1577.8>636.02

满足要求
满足要求
(2)

（三） 横墙承载力计算
以3轴线上的横墙为例，横墙上承受由屋面和楼面传来的均布荷载，可取1m宽的横墙进行计算，其受力面积为。由于该横墙为轴心受压构件，随着墙体材料，墙体高度不同，可只验算第三层的截面4-4，第二层的截面6-6以及第一层的截面8-8的承载力
（1）荷载计算
取一个计算单元，作用于横墙的荷载标准值如下：
屋面恒荷载：
屋面活荷载：
二、 三、四层楼面恒荷载：
二、 三、四层楼面活荷载：
二、 三、四墙体自重：
一层墙体自重：
（2）控制截面内力计算
①第三层截面4-4处
轴向力包括屋面荷载、第四层楼面荷载和第三、四层墙体自重。
N4(1)=1.2×(15.41+11.74+2×18.86)+1.4×(7.2+5.04)=94.98kN/m
N4(2)=1.35×(15.41+11.74+2×18.86)+1.0×(7.2+5.04)=99.81kN/m
②第二层截面6—6处
轴向力为上述荷载N4和第三层楼面荷载及第二层墙体自重之和。
N6(1)=94.98+1.2×(11.74+18.86)+1.4×5.04=138.76kN/m
N6(2)=99.81+1.35×(11.74+18.86)+1.0×5.04=146.16kN/m
③第一层截面8—8处
轴向力为上述荷载N6和第二层楼面荷载及第一层墙体自重之和。
N8(1)=138.76+1.2×(11.74+25.68)+1.4×5.04=190.72kN/m
N8(2)=146.16+1.35×(11.74+25.68)+1.0×5.04=201.72kN/m
（四）横墙承载力验算
1.三层截面4—4
e/h=0，H（=3.1）<s(=5.2)<2H,查3-3，H0=0.4s+0.2H=0.4×5.2+0.2×3.1=2.720m，
β=H0/h=2.70/0.24=11.30,查表3-4,=0.838同时A=1×0.24=0.24m2
按公式（3-16）有
fA=0.838×2.39×0.24×103=480.67kN>99.81kN,满足要求。
2.二层截面6—6
e/h=0,β=10，查表3-4，=0.870,按公式有
fA=0.870×2.98×0.24×103=622.22kN>140.62kN,满足要求。
3.一层截面8—8
e/h=0，H（=4.9）<s(=5.2)<2H,查3-3，H0=0.4s+0.2H=0.4×5.2+0.2×4.9=3.06m，
β=H0/h=3.06/0.24=12.75,查表3-4,=0.81
按公式（3-16）有
fA=0.81×2.98×0.24×103=579.31kN>194.21kN,满足要求。
上述验算结果表明，该横墙有较大的安全储备，显然其他横墙的承载力均不必验算
六、梁受力及配筋计算
（一）梁L-1
已知梁L-1的截面尺寸，设环境类别为一类，混凝土强度等级为C30，钢筋采用HRB400级钢筋。由混凝土强度和钢筋等级查表可得，，，，，C30时梁的混凝土保护层最小厚度。
假设箍筋直径为8mm，下部纵向受拉钢筋为一层，直径为22mm,则，取整，则。
1.荷载计算
屋面恒荷载和屋面梁自重合计，上人屋面活荷载标准值为。该教学楼C-D轴线房间进深5.2m。
（1）由可变荷载控制作用时：
永久荷载设计值
可变荷载设计值
荷载总设计值
（2）由永久荷载控制作用时：
永久荷载设计值
可变荷载设计值
荷载总设计值
2.验算正截面受弯承载力：
则荷载总设计值取 。将L-1视为简支梁，弯矩设计值按跨中最大弯矩计算，即最大弯矩值
截面抵抗矩系数：

＜，可以。
截面纵向受拉钢筋最大截面面积：

选用418，，L-1配筋图见图4所示，验算在b=250mm宽度内能否放的下：＜，可以放下。

图4 L-1配筋图
验算最小配筋率：
，

＞，则最小配筋率满足要求。
故正截面受弯承载力满足要求。
3.验算斜截面受剪承载力：
支座边缘处剪力最大，剪力设计值：

验算截面尺寸：
，，属于厚腹梁，，应满足：
，截面符合要求。
箍筋按热轧HPB300级钢筋（）。
验算是否需要按计算配置箍筋：
>，故按构造配置箍筋即可，采用双肢箍筋，实有：
，满足要求。
验算最小配箍率：
，满足
故斜截面受剪承载力满足要求。为了满足构造，另放置214，架立筋选用214。
（二）梁L-2
已知梁L-2的截面尺寸，设环境类别为一类，混凝土强度等级为C30，钢筋采用HRB400级钢筋。由混凝土强度和钢筋等级查表可得，，，，，C30时梁的混凝土保护层最小厚度。
假设箍筋直径为8mm，下部纵向受拉钢筋为一层，直径为22mm,则，取整，则。
1.荷载计算
屋面恒荷载和屋面梁自重合计，上人屋面活荷载标准值为。该教学楼A-B轴线房间进深5.4m。
（1）由可变荷载控制作用时：
永久荷载设计值
可变荷载设计值
荷载总设计值
（2）由永久荷载控制作用时：
永久荷载设计值
可变荷载设计值
荷载总设计值
2.验算正截面受弯承载力：
则荷载总设计值取 。将L-2视为简支梁，弯矩设计值按跨中最大弯矩计算，即最大弯矩值

截面抵抗矩系数：

＜，可以。
截面纵向受拉钢筋最大截面面积：

选用322，，L-2配筋图见图5所示，验算在b=250mm宽度内能否放的下：＜，可以放下。

图5 L-2配筋图
验算最小配筋率：
，

＞，则最小配筋率满足要求。
故正截面受弯承载力满足要求。
3.验算斜截面受剪承载力：
支座边缘处剪力最大，剪力设计值：

验算截面尺寸：
，，属于厚腹梁，，应满足：
，截面符合要求。
箍筋按热轧HPB300级钢筋（）。
验算是否需要按计算配置箍筋：
＜，需按计算配置箍筋。
只配箍筋不配弯起钢筋：

采用双肢箍筋，实有：
，满足要求。
验算最小配箍率：
，满足
故斜截面受剪承载力满足要求。为了满足构造，另放置214，架立筋选用214。
七、 绘制施工图
按照建筑结构制图要求绘制剖面图平面图以及建筑详图，见所附图纸。

参考资料：
(1)《混凝土结构设计规范》(GB 50010—2010)，中国建筑工业出版社；
(2)《建筑结构荷载规范》(GB 50009—2012)，中国建筑工业出版社；
(3)《砌体结构设计规范》(GB 50003—2011)，中国建筑工业出版社；
(4)《建筑结构制图标准》(GB／T 50105—2010)，中国建筑工业出版社。

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