三层办公楼砌体结构设计.docx
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一、设计资料
南京市某三层办公楼，底层层高4.59m，二、三层为3.84米，室内外高差为0.6m，建筑总高为12.27m。
（1）楼面做法：
瓷砖地面，120mm厚钢筋混凝土预制板，V型轻钢龙骨吊顶。
（2）屋面做法：
三毡四油防水层，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，再饰以乳胶厚漆。
（4）墙体：
采用240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M7.5，二~三层均为M5。
（5）门窗：
采用木门、铝合金框玻璃窗，门洞尺寸：
2.0m×1.2m、2.5m×1.0m、3.0m×2.5m；窗洞尺寸1.5m×1.8m、0.8m×1.8m、1.8m×1.8m、1.5m×1.0m。
（6）地质资料：
自然地表下0.5m内为素填土，素填土下1m内为粘土，其下层为砾石层，地下水位在地表下4.5m处。
二、设计过程
（一）结构承重方案的选择
（1）该建筑物共三层，总高为12.27m<21m,层高分别为4.59、3.84、3.84m；房屋的高宽比为12.27/10.24=1.198<2.5；横墙较多，可以采用砌体结构，符合《建筑抗震设计规范》的要求。
（2）变形缝的设置：
该建筑物的总长度为40.24m<60m，可不设伸缩缝；根据所给地质资料，场地土均匀，可不设沉降缝；根据《建筑抗震设计规范》，可不设抗震缝。
（3）墙体布置：
采用240厚多孔粘土砖。
大部分采用横强承重方案，对于开间大于3.9m的房间，中间加设横梁，横梁跨度为4.0m，所以此设计为为纵横墙承重。
最大横墙间距为8.8m<15m，房屋的局部尺寸都满足要求。
（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。
（二）楼、屋盖结构平面布置
层布置图：
立面图如图：
1、预制板的选择
根据楼面的做法，计算其恒荷载为（不包括板自重及灌缝重）不大于1.35kN/㎡，活荷载为2.0kN/㎡,房间的开间为3.6m，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、横梁的截面尺寸估算
由于梁L-1的跨度为l=4.0m，因此其截面尺寸估算如下
h=（~）l=（~）×4000=（500~333）mm
取h=500mm，则
b=（~）h=（500~333）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。
三、荷载计算
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0.5kN/㎡）
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240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、横梁的自重标准值0.25×0.5×25=3.125kN/m2
四、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：
=8.8m<32m，由表1可知属刚性方案。
查表2，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=3.84m）
=8.8m>2H=2×3.84m=7.68m,=1.0H=3.84m
有窗户墙的允许高厚比修正系数：
bs1=1.5m，s1=3.9m
μ21=1-0.4×bs1s1=1-0.4×1.53.9=0.85>0.7
β1=H0h=3840240=16<μ2β=0.85×24=20.4
bs2=1.8m，s2=4.4m
μ22=1-0.4×bs2s2=1-0.4×1.84.4=0.84>0.7
β2=H0h=3840240=16<μ2β=0.84×24=20.16
bs3=0.8m，s3=2.76m
μ23=1-0.4×bs3s3=1-0.4×0.82.76=0.88>0.7
β3=H0h=3840240=16<μ2β=0.88×24=21.12
bs4=1m，s4=2m
μ24=1-0.4×bs4s4=1-0.4×12=0.8>0.7
β4=H0h=3840240=16<μ2β=0.8×24=19.2
满足要求。
2）底层：
（H=4.59m）
H=3.84+0.6+0.15=4.59（m）
H<=8.8m<2H=2×4.59m=9.18m
=0.4s+0.2H=4.438m
有窗户墙的允许高厚比修正系数：
β1=H0h=4438240=18.49<μ2β=0.85×24=20.4
β2=H0h=4438240=18.49<μ2β=0.84×24=20.16
β3=H0h=4438240=18.49<μ2β=0.88×24=21.12
β4=H0h=4438240=18.49<μ2β=0.8×24=19.2
β5=H0h=4438240=18.49<μ2β=（1-0.4×3.08.8）×24=20.73
满足要求。
（3）内纵墙的高厚比验算
bs1=1.2m，s1=3.9m
bs2=1.2m，s2=4.4m
bs3=1.2m，s3=2.76m
μ21=1-0.4×bs1s1=1-0.4×1.23.9=0.88>0.7
μ22=1-0.4×bs2s2=1-0.4×1.24.4=0.89>0.7
μ23=1-0.4×bs3s3=1-0.4×1.22.76=0.83>0.7
1）二层：
（H=3.84m，=3.84m）
β1=H0h=3840240=16<μ2β=0.88×24=21.12
β2=H0h=3840240=16<μ2β=0.89×24=21.36
β3=H0h=3840240=16<μ2β=0.83×24=19.92
满足要求。
2）底层：
（H=4.59m，=4.59m）
β1=H0h=4438240=18.49<μ2β=0.88×24=21.12
β2=H0h=4438240=18.49<μ2β=0.89×24=21.36
β3=H0h=4438240=18.49<μ2β=0.83×24=19.92
满足要求。
（4）横墙高厚比验算
1）二层（H=3.84m）
H<=4.0m<2H,=0.4s+0.2H=2.368m
=0m，s==4.0m
==1.0>0.7
β=H0h=2368240=9.87<μ2β=1.0×24=24
2）底层（H=4.59m）
H>=4.0m,=0.6s=2.4m
=0m，s==4.0m
==1.0>0.7
β=H0h=2400240=10<μ2β=1.0×24=24
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。
根据表3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轴线的L-1下。
内纵墙由于开洞面积较小。
不起控制作用，因此可不必计算。
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=240×2960=710400mm2
3）各层墙体内力标准值计算
墙体自重
顶层梁高范围内墙重：
Gk=0.5×4.76×5.0=11.9kN
2~3层墙重：
G2k=G3k=4.76×3.84-1.8×1.8×5.0+1.8×1.8×0.4=76.488kN
底层墙重：
G1k=4.76×4.59-1.8×1.8×5.0+1.8×1.8×0.4=61.43kN
梁端传来的支座反力：
屋面梁支座反力：
由恒荷载传来
Nl3gk=12×3.96×4.76×4.0+12×3.125×4=43.95kN
由活荷载传来:
Nl3qk=12×0.7×4.76×4=6.66kN
楼面支座反力：
由恒荷载传来
Nl2gk=Nl1gk=12×2.96×4.76×4.0+12×3.125×4=34.43kN
由活荷载传来Nl2qk=Nl1qk=12×2.0×4.76×4=19.04kN
·梁端有效支承长度：
二、三层楼面梁有效支承长度
a02=a03=10hf=105001.50=182.6mm<240mm
底层楼面梁有效支承长度
a01=10hf=105001.69=172.0mm<240mm
4）内力组合。
各层墙体承受轴向力及计算截面如图所示。
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
=1.2×11.9+76.488+43.95+34.43+1.4×6.66+19.04=236.10kN
梁端传来的支反力设计值为
Nl2=1.2Nl2gk+1.4Nl2qk=1.2×34.43+1.4×19.04=67.97kN
el2=h2-0.4a02=2402-0.4×182.6=46.96mm
e=Nl2el2N21=67.97×46.96236.10=13.52mm
第二种组合（以承受自重为主的内力组合，）
=1.35×11.9+76.488+43.95+34.43+1.4×0.7×6.66+19.04=250.32kN
梁端传来的支反力设计值为
Nl2=1.35Nl2gk+1.4×0.7×Nl2qk
=1.35×34.43+1.4×0.7×19.04=65.14kN
e=Nl2el2N21=65.14×46.96250.32=12.20mm
·二层墙截面
第一种组合：
N211=1.2G2k+N21=1.2×76.488+236.77=328.56kN
第二种组合：
N211=1.35G2k+N21=1.35×76.488+250.32=353.58kN
可直接取轴力为353.58KN。
·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
=1.2×11.9+76.488×2+43.95+34.43×2+1.4×6.66+0.85×19.04×2
=387.86kN
梁端传来的支反力设计值为
Nl1=Nl2=67.97kN
el1=h2-0.4a01=2402-0.4×172=51.20mm
e=Nl1el1N11=67.97×51.20387.86=8.97mm
第二种组合（以承受自重为主的内力组合，）：
=1.35×11.9+76.488×2+43.95+34.43×2+1.4×0.7×6.66+0.85×19.04×2=413.12kN
Nl1=Nl2=65.14kN
e=Nl1el1N11=65.14×51.20413.12=8.07mm
·底层墙截面:
第一种组合：
N111=1.2G1k+N11=1.2×94.34+387.86=501.07kN
第二种组合：
N111=1.35G1k+N11=1.35×94.34+413.12=540.48kN
可直接取轴力为540.48kN
5）截面承载力验算（见表5）
表5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）
236.10
250.32
353.38
387.86
413.12
540.48
13.52
12.20
0
8.97
8.07
0
0.056
0.051
0
0.037
0.034
0
3.84
4.59
16
19.1
0.589
0.608
0.72
0.571
0.576
0.643
f（MPa）
1.50
1.69
637.23
647.88
767.23
685.53
691.53
771.97
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，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3.6m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：
N211=1.2×2×3.84-1.5×1.0×5.0×2+1.5×1.0×0.4×2+2×1×3.96+2×1×2.96+1.4×（2×1×0.7+2×1×2）=99.77kN
第二种组合：
N211=1.35×2×3.84-1.5×1.0×5.0×2+1.5×1.0×0.4×2+2×1×3.96+2×1×2.96+1.4×0.7×（2×1×0.7+2×1×2）=109.03kN
所以取N211=109.03kN。
承载力验算
e=0,β=γβH0h=1.0×2.3680.24=9.87
M5混合砂浆，
φ=φ0=11+αβ2=11+0.0015×9.872=0.873
则
φAf=0.873×0.24×1×1.5×103=314.28kN>N=109.03kN
满足要求。
·底层墙体的截面：
第一种组合：
N211=1.2×2×3.84-1.5×1.0×5.0×2+1.5×1.0×0.4×2+2×1×3.96+2×1×2.96×2+2×4.59-1×2.5×5.0+1×2.5×0.2+1.4×2×1×0.7+2×1×2.0×2×0.85=151.47kN
第二种组合：
N211=1.35×2×3.84-1.5×1.0×5.0×2+1.5×1.0×0.4×2+2×1×3.96+2×1×2.96×2+2×4.59-1×2.5×5.0+1×2.5×0.2+1.4×0.7×2×1×0.7+2×1×2.0×2×0.85=165.53kN
所以取N211=165.53kN。
承载力验算：
e=0,β=γβH0h=1.0×2.40.24=10
M7.5混合砂浆，
φ=φ0=11+αβ2=11+0.0015×102=0.870
则
φAf=0.87×0.24×1×1.69×103=352.87kN>N=165.53kN
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，M7.5混合砂浆，满足要求。
（四）大梁下局部承载力验算
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=1.2×43.95+1.4×6.66=62.06kN
第二种组合（以承受自重为主的内力组合，）：
Nl3=1.35Nl3gk+1.4×0.7Nl3qk=1.35×43.95+1.4×0.7×6.66=65.86kN
所以取Nl3=65.86kN。
第二层梁端传来的支反力设计值
第一种组合（）：
Nl2=1.2Nl2gk+1.4Nl2qk=1.2×34.43+1.4×19.04=67.97kN
第二种组合（以承受自重为主的内力组合，）：
Nl2=1.35Nl2gk+1.4×0.7Nl2qk=1.35×34.43+1.4×0.7×19.04=65.14kN
所以取Nl2=67.97kN。
大梁下局部承载力验算公式为
其中a02=a03=182.6mm,Al=182.6×250=45650mm2
A0=240×250+2×240=175200mm2>240×2960=710400mm2
A0Al=3.84>3,ψ=0
可不考虑上部传来的荷载的影响。
η=0.7，γ=1+0.35A0Al-1=1.59<2.0
ηγfAl=0.7×1.59×1.50×45650=76.21kN>Nl2=67.97kN
满足要求。
2、底层局部受压承载力验算
a0=172.0mm,Al=172.0×250=43000mm2
A0=240×250+2×240=175200mm2>240×2960=710400mm2
A0Al=3.84>3,ψ=0
可不考虑上部传来的荷载的影响。
η=0.7，γ=1+0.35A0Al-1=1.59<2.0
ηγfAl=0.7×1.59×1.50×45650=76.21kN>Nl2=67.97kN
满足要求。
（五）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，拟采用墙下条形基础形式。
通过结构布置图可以发现除去⑤~⑥轴线之间的纵墙以外其余纵墙与横墙的板均为双向板，⑤~⑥轴线之间为单向板，而且除去⑤~⑥轴线之间的纵墙以外其余纵墙与横墙的受荷面积相差不大，故可以只计算受荷面积最大的横墙，纵墙计算只需计算⑤~⑥轴线之间的最大受荷纵墙。
1、横墙基础设计
（1）计算单元的选取。
取图中的横墙阴影部分作为计算对象，然后将荷载均分到横墙上即可计算每一延米的荷载，即取横墙上的一延米作为计算单元。
（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1m（从室外地坪起）。
（3）预估基础宽度
作用面积为：
12×3.9×1.95×2+0.1×3.9=8.09m2
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=4.0×3.84×5.0×2+4.0×4.59×5.0+8.09×3.96+8.09×2.96×2+8.09×0.7+8.09×2.0×2×0.85=358.498kN
Nk=N总L=358.4984.0=89.625kN
b=Nkfak-γGd=89.625170-20×1.0=0.598m
取b=0.6m。
（4）求修正后地基承载力特征值
因
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