清华大学土木系砌体结构设计计算书结02 陈伟2010010131陈伟2012/7/20目录一、设计任务二、设计条件三、建筑方案设计四、结构方案设计五、选择计算方案和计算单元六、荷载计算七、墙体高厚比验算八、外纵墙承载力验算九、梁下砌体局部承压验算十、风荷载计算十一、基础设计十二、抗震设计一、设计任务设计题目北方某地区一单位拟建多功能职工文化中心，建筑场地平面如图所示，结构形式采用混合结构（墙体为砌体结构，楼屋盖为钢筋混凝土结构）。

设计规模与要求为三层办公和小型活动场所，包括阅览室、游艺室、储藏室、办公室等。

建议采用混凝土砌块砌体混合结构，层高3.3m～3.9m，标准开间3.3m～3.9m，进深4.8m～6.0m，无吊顶，内墙抹灰或涂料，外墙为水刷石或清水墙。

设两个楼梯间，首层有门厅和主要出入口，每层设男女卫生间各一间。

除标准单开间房间外，每层设双开间和三开间房间各二间。

单开间房间在内纵墙设一M4门，双开间房间设一M4门和一C4高窗，窗台距室内地面1.8m，三开间房间设两M4门和一C4高窗。

外纵墙每开间设一C1窗，窗台距室内地面1.0m。

其它门窗尺寸由设计者决定。

建筑立面处理，如女儿墙、阳台、雨罩、台阶等，由设计者自行处理。

二、设计条件工程地质条件建筑物场地地势平坦，地表高程38.56～38.72m，地下水位标高33.4m，无腐蚀性，标准冻融深度为0.8～1.2m。

经地质勘测，地层剖面为：表层0.8～1.2m耕杂土；以下有2.5m深的粉土（孔隙比e<0.85，饱和度Sr<0.5）；再往下为厚砂卵层。

粉土层可做持力层，地基承载力标准值为190kN/m2。

场地土的类型为中软土，场地土覆盖厚度为60m，地基土容重19kN/m3。

基本荷载条件活荷载：屋面活载（不上人）0.7kN/m2，（上人）1.5kN/m2；楼面活载2.0kN/m2，走廊活载2.5kN/m2；挑棚、罩雨、天沟、施工活荷载0.7kN/m2；基本风压：0.45kN/m2；基本雪压：0.3kN/m2恒荷载：由具体设计决定；抗震设防烈度：6度主要结构材料强度等级和规格砌块强度≥MU10，砂浆≥M5，梁板混凝土≥C30，圈梁、构造柱和基础混凝土≥C30，垫层混凝土≥C15。

三、建筑方案设计本次设计标准开间3.6m,进深均为5.4m，走廊宽度2.0m，层高3.6m ，无吊顶，共三层。

每层设双开间、三开间房间各两间,单开间房间六间，设楼梯间两间。

底层设有一大厅和另外一主要出入口；二、三层布置与底层基本一致，对应底层门厅处改为休息大厅。

双开间房间设一M4门和一C4 高窗，窗台距室内地面1.8m，三开间房间设两M4 门和一C4 高窗。

外纵墙每开间设一C1 窗，窗台距室内地面1.0m。

屋顶为不上人屋顶，外墙为水刷石，内墙为抹灰。

主要入口设一M5 门与一M6门。

女儿墙、台阶等附属设施设计及屋面、楼面、地面等的做法见建筑设计图。

墙体厚度190mm，室内外地坪差0.6m，由四个台阶组成，踢面150mm，踏面300mm。

走廊两侧一侧为次入口，设有一M5钢铁门，另一侧为C5的高窗。

楼梯由4 个梯段组成，每段由12 个台阶组成，台阶踢面150mm，踏面250mm。

梯井宽为240mm，扶手宽为70mm。

墙身采用390x190x190的混凝土砌块砌筑，墙厚190mm，层高3.6m。

地面采用水磨石地面，与基础之间设有地基圈梁，同时起防潮层作用。

楼面采用水磨石楼面，屋面采用不上人屋面做法，顶部设女儿墙，并设混凝土压顶。

详见墙身剖面图。

建筑方案详见图纸（建筑设计图）四、结构方案设计受力体系：墙体为砌体结构，楼屋盖为钢筋混凝土结构。

本结构为纵横墙混合承重体系，单开间房间为横墙承重，双开间及三开间房间为纵墙承重，荷载通过楼板传到梁，再传到纵墙。

首层门厅处内凹，形成自然遮阳，二层开始为全部的矩形，为支撑内凹处上部荷载，在首层该处设有两个300x300的柱子。

由于基础设在有门的墙处，为防止偏心距过大，圈梁也设在该墙的位置，二层以上该处的矩形边缘为剪力墙，详见建筑详图。

主要结构材料的选定：墙体采用混凝土小型空心砌块，截面尺寸290mm×190mm×190mm，强度等级MU10。

砂浆为混合砂浆，强度等级M5。

根据砌筑方式，墙宽定为190mm。

梁、板、圈梁、构造柱和基础混凝土等级选C30，垫层混凝土等级为C15。

板的设计：楼板的长跨与短跨分别为：5400mm、3600mm, 长边不大于短边的三倍，因此为双向板。

一般情况下，双向板厚度不宜小于80mm，也不宜大于160mm。

结构采用整体式现浇钢筋混凝土楼板，因此为连续板，双向板厚度与短跨跨长的比值应满足刚度要求：板厚h与短跨跨长L之比应满足：h/L≥1/50，即：h≥L/50=3600/50=72mm，故取板厚100mm。

梁：依照规范，梁高h应按梁的跨度L来估计，应满足：1/14≤h/L≤1/8。

而梁宽应按梁的厚度h来估计，梁宽b应满足：1/3≤b/h≤1/2。

本次设计中，梁的最大跨度为5400mm，因此可以确定梁的高度范围大致为：380～675mm，为保证建筑物安全，梁高定为600mm；梁的宽度范围大致为：200mm～300mm，梁宽定为200mm，与墙宽相近。

圈梁构造柱的设计：为增加建筑物的整体刚度及墙身的稳定性，使得楼盖屋盖对强身的约束相当于水平不动铰，同时为了减少因基础不均匀沉降而引起的墙身开裂，较大振动荷载对建筑的不利影响破坏，抵抗地震力的影响，加固墙身。

本次设计在各层均设有圈梁，并设有基础圈梁，浇筑方式为与钢筋混凝土楼板一起现浇。

圈梁尺寸的一般规定为：宽度不小于240mm；高度不小于120mm。

但由于圈梁的宽度一般应与墙身宽度保持一致，因此圈梁宽度定为190mm ，高度定为400mm。

为了形成墙体内部空间骨架，加强墙体抗弯、抗剪能力；增加建筑物的整体刚度和稳定性，防止房屋倒塌，本次设计在内外横纵墙连接处均设置了构造柱，利用混凝土空心砌块中的孔洞，插入，与圈梁构成整体。

可有效地提高建筑物的整体刚度，对抗震十分有利。

五、选择计算方案和计算单元：选择计算方案：结构横墙满足规范要求:1 横墙中开有洞口时洞口的水平截面面积不应超过横墙截面面积的50%；2 横墙的厚度不宜小于180mm；3 单层房屋的横墙长度不宜小于其高度，多层房屋的横墙长度不宜小于H/2(H 为横墙总高度)。

横墙最大间距s＝3.6×3＝10.8m<32m，满足规范中房屋静力计算方案为刚性方案的最大横墙间距要求，故为刚性方案。

根据规范规定，刚性方案多层房屋在竖向荷载作用下墙柱在每层高度范围内可近似地视作两端铰支的竖向构件，在水平荷载作用下墙柱可视作竖向连续梁。

对本层的竖向荷载应考虑对墙柱的实际偏心影响当梁支承于墙上时梁端支承压力Nl 到墙内边的距离应取梁端有效支承长度a0 的0.4 倍，由上面楼层传来的荷载Nu 可视作作用于上一楼层的墙柱的截面重心处。

选择计算单元：在房屋层数、墙体所用材料种类、材料强度、楼面（屋面）荷载、墙体厚度均相同的情况下，可分别计算各墙体负载面积和墙垛长度的比值来确定最不利计算位置，以此做为计算单元。

通过计算可见，外纵墙的窗间墙垛为最不利计算位置，故选择此处为计算单元。

六、荷载计算屋盖荷载（kN / m2）静荷载：静荷载总计6.33 kN /m2活荷载施工荷载0.7,雪荷载0.3,活荷载取为0.7。

静＋活 6.93（标）由可变荷载效应控制的基本组合6.33×1.2＋0.7×1.4＝8.576（设）由永久荷载效应控制的基本组合6.33×1.35+0.7×1.4×0.7＝9.232（设）（采用此值）则由屋盖传给计算墙垛的荷载为6.93x0.5x5.4x3.6=67.36（标）9.232x0.5x5.4x3.6=89.74（设）（说明：公式中Y 0取1.0，活载组合值系数取0.7）楼盖荷载：静荷载总计3.45 kN /m2活荷载楼面活载2.0，走廊活载2.5,活荷载取为2.5。

静＋活 6.95（标）由可变荷载效应控制的基本组合3．45×1.2＋2.50×1.4＝7.64（设）（采用该值）由永久荷载效应控制的基本组合3.45×1.35+2.50×1.4×0.7＝7.11（设）则由楼面大梁传给计算墙垛的荷载为：6.95x0.5x5.4x3.6=67.55（标）7.64x0.5x5.4x3.6=74.26（设）（说明：公式中Y 0取1.0，活载组合值系数取0.7）墙体、门窗、钢筋混凝土梁的自重：七、墙体高厚比验算由于底层墙体计算高厚比时，高度为楼板到构件下端支点的距离，下端支点可取到基础顶面，因此底层墙体的计算高度比其它层高，验算时，只需验算底层墙的高厚比，若底层墙的高厚比满足要求，则其余各层墙体均满足要求。

本次设计采用M5 混合砂浆，查表得允许高厚比[β] =24；墙体均为承重墙，μ1=1.0；墙厚h=190mm；墙高高度从圈梁顶面（标高－0.50）计算到一层顶板板底（标高＋3.465），H=3600-135+500=3965mm=3.965m。

各墙段高厚比验算如下（先不考虑构造柱的影响）：其中，三开间的外纵墙和内纵墙加构造柱（600x190）（实际为570mm，按600计算），双开间的加构造柱（200x190）（为了使与梁宽一致）。

由验算结果可以看出，所有墙段均满足高厚比要求，由此可见圈梁的重要性。

并且在结构设计中，所有内外横纵墙交接处均设有构造柱，可大大增加墙体的抗屈曲能力，构造柱与圈梁紧密联结，大大增加了建筑物的整体刚度。

八、外纵墙承载力验算选取外纵墙三开间处为承载力的危险截面。

基本参数: f =2.22 N/ mm 2，梁高h=600mm外纵墙承载力验算(α=0.0015 )由验算结果得出结论，各层外纵墙承载力满足要求。

其中φ的值为查表得出九、梁下砌体局部承压验算由砌体规范，对于跨度大于6 米的屋架和跨度大于4.8m的梁，其支撑面下的砌体应设垫块。

本次设计中梁跨5.4m，故设钢筋混凝土垫块尺寸如下：垫块尺寸（mm）各层均布荷载及偏心荷载如下：各层梁的局部承载力验算如下：计算面积: A b =(b+2h)h偏心距: e=(N l x e l+N0 x e0)/(N l+N0)，其中，e0=0−1)≥1.0有利影响系数：γl=0.8γ=0.8×(1+0.35×√A0A b合力影响系数：φ=1/(1+12(e/h)^2)，其中，h为刚性垫块伸入墙的长度，即190mm；由验算结果得出结论，各层梁下砌体局部承压均满足要求。

十、风荷载计算关于风荷载的影响：规范规定，当刚性方案多层房屋的外墙符合下列要求时静力计算可不考虑风荷载的影响:1 洞口水平截面面积不超过全截面面积的 2/3（本结构为 7.011/18.544=0.378<2/3）；2 对于多层砌块房屋 190mm 厚的外墙，当层,高不大于 2.8m总高不大于 19.6m 基本风压不大于 0.7kN/ m2时可不考虑风荷载的影响（本结构外墙厚190mm,层高 3.6m，总高10.8m，基本风压 0.45kN/m2)；3 屋面自重不小于 0.8kN/ m2（本结构屋面自重标准值 6.33 kN/m2）。