砌体结构课程设计实例

2一、设计资料某三层教学楼（无地下室）平面剖面如图，才用1类楼盖体系，大梁尺寸250mm×500mm。墙体用MU10砖，M5砂浆砌筑，墙厚均为240mm。屋面和楼面构造做法及相应荷载可由标准图集98ZJ001查取（自定），空心板自置按2.5kN/㎡，190mm厚双面粉刷，墙自重2.08kN/㎡，240mm厚双面粉刷墙自重5.24kN/㎡，铝合金窗按025kN/㎡计算。屋面、楼面活荷载查《建筑结构荷载规范》。工程地质资料：自然地表下0.5m内为填土，填土下0.8秒内为粉质粘土（af=130MPa），其下为1.2m厚粘土（af=220MPa），再下面是砾石层（af=355MPa）。该地区的基本风压值为0.55kN/㎡。抗震设防烈度为7度，设计地震分组为第一组，II类场地。二、设计要求1、确定房屋的结构承重方案；2、确定房屋的静力计算方案；3、熟练掌握各种方案多层房屋墙体设计及墙、柱高厚比验算方法；4、熟悉梁端下砌体的局部受压承载力验算；5、熟悉过梁、挑梁的设计计算；6、掌握墙体设计中的构造要求，确定构造柱和圈梁的布置；7、熟悉基础结构设计；8、掌握绘制结构施工图。34设计计算书1.房屋的静力计算方案和承重体系因为本教案楼的楼盖采用1类楼盖体系，横墙的最大间距S=3.3×3=9.9m32m,因此本房屋属刚性方案。采用纵横墙承重体系。2.墙体的高厚比验算1外纵墙高厚比验算：取轴线D上横墙间距最大的一段外纵墙进行高厚比验算。因为此教学楼采用M5砂浆砌筑，所以=24对于第一层：H=3.75mS=3.3×3=9.9m2H=7.5m∴0H=1.0H=3.75m对于第二、三层：H=3.3mS=3.3×3=9.9m2H=6.6m∴0H=1.0H=3.3m考虑窗洞的影响：2=1-0.4bss=1-0.4×1.539.9=0.8207因为墙厚均为240mm,所以第一层0HH=3.750.24=15.625而2=0.82×24=19.68所以2满足要求第二、三层0Hh=3.3/0.24=13.752=19.682内纵墙高厚比验算考虑门洞口的影响，选取①-②定位轴线之间的内纵墙进行验算[B]=24，2=1-0.4bss=1-0.4×13.3=0.880.82故不必验算可知内纵墙高厚比符合要求。3横墙高厚比验算横墙厚度为240mm,墙长s=6m,对于第一层2HSH=3.75,所以0H=0.4s+0.2H=0.4×6+0.2×3.75=3.15m所以0HH=3.150.24=13.13=24因为第二层和第三层高度H=3.3m所以无需验算便知高度比一定满足需求，所以横墙高度比符合要求。3.荷载计算根据设计要求，荷载资料如下：1屋面横荷载标准值：5合成高分子防水涂膜5撤蛭石保护层0.1kN/㎡20mm厚水泥砂浆找平层0.4kN/㎡20mm厚聚苯乙烯保温层0.01kN/㎡合成高分子卷材防水层0.3kN/㎡20mm厚水泥砂浆找平层0.4kN/㎡煤渣砼找坡2%平均厚度811.134kN/㎡120密码厚预应力多孔板（汗灌缝、顶棚抹灰等）2.1kN/㎡20mm厚顶棚抹灰0.34kN/㎡4.79kN/㎡层面梁自重25×0.25×0.5=3.13kN/㎡2楼面横荷载标准值大理石面层：28×0.02=0.56kN/㎡20mm厚水泥砂浆找平：20×0.02=0.4kN/㎡120mm厚预应力多孔板（包括灌缝）：2.1kN/㎡20厚板底粉刷：0.34kN/㎡3.4kN/㎡楼面自重：25×0.25×0.5=3.13kN/㎡3墙体自重标准值240后墙体自重：5.24kN㎡（双面粉刷）190后墙体自重：2.08kN/㎡（双面粉刷）铝合金窗自重：0.25kN/㎡（按窗面积计）45人层面的活荷载标准值：2.0kN/㎡5楼面活荷载标准值根据《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001），教室、实验室、办公室的楼面活荷载标准值为2.0kN/㎡。因本教学综合楼使用荷载较大，根据实际情况楼面活荷载标准值去3kN/㎡。此外按照荷载规范，实际房屋墙和基础时，楼面活荷载标准值采用与其楼面梁相同的折剪系数，而楼面梁的从属面积为：6×3.3=19.8㎡50㎡,因此楼面活荷载不必折剪。由于本地区的基本风压值0W=0.55kN/㎡，且房屋高度小于4m，房屋总高小6于18m，洞口水平截面面积小于截面的2/3，屋面自重大于0.8kN/㎡，所以不考虑风载的影响。4.纵墙承载力验算1选取计算单元该房屋有内、外纵墙。对于外纵墙，相对而言，D轴线强比A轴线墙更不利。而内纵墙，虽然走廊楼面荷载是内纵墙上的竖向压力有所增加，但梁支乘处墙体的轴向力偏心距却有所减小，并且内纵墙上的洞口宽度较外纵墙上的小。所以可只在D轴线上取一个开间的外纵墙作为计算单元，其受荷面积为：3.3×3=9.9㎡。2确定计算面积：每层墙的控制截面位于墙的顶部梁（或板）的底面和墙低的底面处。因为墙的顶部梁（或板）的底面处，梁（或板）传来的支撑压力产生的弯矩最大，且为梁（或板）端支承处，其偏心承压和局部变压均为不利。而墙底的底面处承受的轴向压力最大。所以此处对截面：1-1～6-6的承受力分别进行计算。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：层面横荷载：4.79×9.9+3×3.3=56.82kN女儿墙自重：5.24×3.3×0.6=10.38kN二、三楼面活荷载：3.4×3.3×3+3×3.13=43.05kN屋面活荷载：2.0×9.9=19.8kN二、三层楼面活荷载：3×9.9=29.7kN二、三层墙体和窗自重：5.24×（3.3×3.3-2.1×1.5）+0.25×2.1×1.5=41.35kN一层墙体和窗自重：5.24×（3.75×3.3-2.1×1.5）+0.25×2.1×1.5=49.13kN4控制截面的内力计算：1第三层：①第三层截面1-1处：由屋面荷载产生的轴向力涉及值应考虑两种内力组合，由可变荷载效应控制的组合，G=1.2，Q=1.4则7(1)1N=1.2×（56.82+10.38）+1.4×19.8=108.36kN(1)11N=1.2×56.82+1.4×19.8=95.91kN由永久荷载效应控制的组合：G=1.2，Q=1.4(2)1N=1.35×（56.82+10.38）+1.4×0.7×19.8=110.13kN(2)11N=1.35×56.82+1.4×0.7×19.8=96.12kN因为本教学楼采用MU10，M5砂浆砌筑，查表2—4得，砌体的抗压强度设计值f=1.5MPa。屋（楼）面均设有刚性垫块，0f0，1=5.4，此时刚性垫块上表面处梁端有效支承长度0,ba=5.4hcf=5.4×5001.5=99mm(1)1M=(1)11N（y-0.40,ba）=95.91×(0.12-0.4×0.099)=7.72kN/m(2)1M=(2)11N（y-0.40,ba）=96.12×（0.12-0.4×0.099）=7.73kN/m(1)1e=(1)1(1)1MN=7.72108.36=0.072m(2)1e=(2)1(2)1MN=7.73110.13=0.071m②第三层截面2-2处轴向力为上述荷载lN和本层墙自重之和(1)2N=108.36+1.2×41.35=158kN(2)2N=110.13+1.35×41.35=165.96kN2第二层①第二层截面3-3处：轴向力为上述荷载2N和本层楼盖荷载3lN之和(1)3lN=1.2×43.05+1.4×29.7=93.24kN8(1)3N=158+93.24=251.24kN(1)0=-3158100.241.80.366MPa，(1)0f=0.3661.5=0.244查表3-5，11（）=5.74，则：10ba（），=5.74×5001.5=105mm(1)3M=(1)3lN（y-0.410ba（），）=93.24×（0.12-0.4×0.105）=7.28kN/m(1)0e=(1)3(1)3MN=7.28251.24=0.029m(2)3lN=1.35×43.05+0.7×1.4×29.7=87.23kN(2)3N=165.96+87.23=253.19kN(2)0=-3165.96100.241.8=0.385MPa(2)0f=0.3851.5=0.266查表3-51（2）=5.80ba（2），=5.8×5001.5=106m(2)3M=(2)3lN（y-0.40ba（2），）=87.23×（0.12-0.4×0.106）=6.77kN/m(2)3e=(2)3(2)3MN=6.77253.19=0.027m②第二层截面4-4处轴向力为上述荷载3N与本层墙自重之和，(1)4N=251.24+1.2×41.35=300.86kN(2)4N=253.19+1.35×41.35=309.02kN93第一层：①第一层截面5-5处轴向力为上述荷载4N和本层楼盖荷载之和(1)5lN=93.24kN(1)5N=300.86+93.24=394.1kN(1)0=-3300.8610(0.241.8)=0.697MPa(1)0f=0.6971.5=0.465查表(1)1=6.3010ba（），=6.30×5001.5=115mm(1)5M=(1)5lN×（y-10b0.4a（），）=93.24×（0.12-0.4×0.115）=6.90kN/m(1)5e=(1)5(1)5MN=6.90394.1=0.018m(2)5lN=87.23kN(2)5N=309.02+87.23=396.25kN(2)0=-3309.2100.24?1.8=0.716MPa(2)0f=0.7161.5=0.478查表3-5(2)1=6.350ba（2），=6.35×5001.5=116mm(2)5M=(2)5lN×（y-0ba（2），）=87.23×（0.12-0.4×0.116）=6.42kN/m(2)5e=(2)5(2)5MN=6.42396.25=0.016m10②第一层截面6-6处轴向力为上述荷载5N与本层本层墙自重之和(1)6N=394.1+1.2×49.13=453.06kN(2)6N=396.25+1.35×49.13=462.58kN5第三层窗间墙承载力验算①第三层截面1-1处窗间墙受压承载力验算：第一组内力：(1)1N=108.36kN，(1)1e=0.072m第二组内力：(2)1N=110.13kN，(2)1e=0.071m对于第一组内力：eh=0.0720.24=0.3且e=0.0720.6y=0.6×0.12=0.0721=0HH=3.30.24=13.75查表3-1，=0.275fA=0.275×1.5×1.8×0.24×310=178.2kN108.36kN满足要求对于第二组内力：eh=0.0710.24=0.296E=0.0710.6×0.12=0.072=13.75查表3-1，=0.278fA=0.278×1.5×1.8×0.24×310=180.14kN110.13kN满足要求②第三层截面2-2处窗间墙受压承载力验算：第一组内力：(1)2N=158kN，(1)2e=0(2)2N=165.96kN，(2)2e=0·eh=0，=13.75，查表3-1，=0.78fA=0.78×1.5×1.8×0.24×310=505.4kN165.96kN满足要求。11③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740mm×240mm×300mm的预制刚性垫块。bA=ba×bb=0.24×0.74=0.17762m第二组内力：0=10.381.80.24=0.024MPa，1lN=96.12kN，0,ba=99mm；0N=0bA=0.0242/Nmm×0.1776×610=4.26kN0N+1lN=4.26+96.12=100.4kN