某砌体结构四层教学楼设计

 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

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学    号：    ************    

专业班级：   土木工程1341班  

专业课程：      砌体结构      

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2016 年6月26日

某砌体结构四层教学楼设计

一、设计资料

本人学号************，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

（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

   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

 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

（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）    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）    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。