内框架砌体结构设计最终版.doc

内框架砌体结构设计目录一设计基本资料及要求31.1设计资料31.2设计要求31.3参考资料3二确定房屋静力计算方案5三纵横墙和柱的高厚比验算53.1外横墙高厚比验算53.2外纵墙的高厚比验算63.2.1整片强的高厚比验算63.2.2壁柱间墙的高厚比验算63.3柱的高厚比验算6四荷载统计64.1屋面荷载64.2楼面荷载74.3墙体自重74.4女儿墙自重74.5次梁自重74.6主梁自重74.8风荷载7五外纵墙承载力和主梁梁端支撑处局部承载力计算85.1选取计算单元85.2确定计算截面85.3荷载计算85.4控制截面内力计算85.5纵墙承载力计算11六外横墙承载力和次梁梁端支撑处局部承载力计算146.1选取计算单元146.2确定计算截面156.3荷载计算156.4控制截面内力计算156.5横墙承载力计算16七过梁设计17八抗震验算及内框架柱设计188.1墙体的抗震设计188.1.1水平地震作用力计算：188.1.2墙体抗震验算198.2内框架柱的设计228.2.1框架柱水平地震作用力下内力计算238.2.2框架柱在竖向荷载作用下内力计算24九主梁的设计339.1截面尺寸及支座简化339.2荷载计算339.3主梁的计算跨度339.4内力设计值及包络图339.5配筋计算369.6主梁配筋图：38十基础设计3910.1纵墙下条形基础计算3910.2横墙下条形基础计算4010.3柱下独立基础计算40参考文献42一设计基本资料及要求1.1设计资料某二层混合结构房屋，主体平面及外纵墙剖面图如图所示（楼梯在此平面外），采用单向板肋梁楼盖，墙体为普通粘土砖砌体。面面层为水磨石地面，内墙面及天花板均为15mm厚混合砂浆（17kN/m3），外墙面为清水墙，原浆勾缝，窗户采用普通钢窗(0.45kN/m2)，屋面作法如图2所示。屋面为不上人屋面（活荷载标准值取0.5kN/m2，组合值系数），楼面活荷载标准值见表1（组合值系数）。楼盖混凝土可采用C20、C25，钢筋可采用HPB300级、HRB335级或HRB400级热轧钢筋，砌体（）采用MU10普通粘土砖、M7.5混合砂浆砌筑。主梁截面尺寸300mm650mm，次梁截面尺寸200mm400mm，主梁、次梁双面抹灰20mm。屋面，楼面做法如图（2）纵墙剖面图所示，柱采用C20混凝土,受力钢筋，。场地特征：抗震设防烈度为7度，场地类别为I类，地震分组为第二组，内框架为二级框架。地基土表层为杂填土，厚度为0.65m,重度为17kN/。其下为粘土层，重度为18kN/，承载力特征值180,空隙比为0.86，饱和度大于0.91，地下水位在地表下3m处。1.2设计要求（一）纵横向承重墙设计1.高厚比验算2.梁端支承处砌体局部受压承载力计算3.墙体受压承载力计算（二）内框架柱的设计（三）基础设计（四）抗震验算（五）绘制结构施工图包括结构平面图、剖面图，基础配筋图1.3参考资料1.混凝土结构设计规范（GB50010-2002）2.建筑结构荷载规范（GB50009-2001）3.砌体结构设计规范（GB50003-2001）4.钢筋混凝土连续梁和框架考虑内力重分布设计规程（CECS51：93）图1楼盖平面图图2一层平面图图3剖面图二确定房屋静力计算方案楼盖类别为类，横墙间距S=64=24m2H=8.2m，因横墙平面内无门窗洞口的影响，所以，所以满足要求。3.2外纵墙的高厚比验算由于外纵墙带壁柱，需分别对整片墙和壁柱间墙进行高厚比验算。3.2.1整片强的高厚比验算=2.40.37+0.620.12=0.9624=/0.9624=0.204m=0.49-0.204=0.286mm考虑门窗洞口的影响,满足要求。3.2.2壁柱间墙的高厚比验算H=4.1m,S=6m因HS178.862kN，满足要求。对于第二组内力，由于e相等，相等，而且通过第一组验算可以看出该墙体有足够的强度储备，所以不必验算第二组内力。（1）第二层截面22处窗间墙受压承载力验算:第一组内力：=314.546kN，=0第二组内力：=347.975kN，=0两组内力e=0,查表得=0.876，=0.8761.692.40.37=1315kN，满足要求。（1）梁端支撑处（截面11）砌体局部受压承载力验算:图5梁局部受压梁端设置尺寸的预制刚性垫块。通过分析前面的计算结果发现，墙顶部梁底面处得承载力由第一组内力组合控制，所以可只验算第一组内力。第二组内力:=0.0325，=156.96kN，=110mmkN6.0125+165.96=162.973kN代入公式(0.5+0.372)0.37=0.4588=2.481+0.35=1.4262=1.14080.3821.14081.690.185=136.2kN，满足要求。（1）第一层截面33处窗间墙受压承载力验算:第一组内力：=608.03kN=0.062m第二组内力：=596.659kN=0.055m对于第一组内力:=0.062/0.427=0.145，=9.6，查表得=0.56=0.561.690.9624=910.8kN=608.03kN，满足要求。对于第二组内力：=0.055/0.427=0.129，=9.6，查表取=0.61=0.611.690.9624=992kN=596.59kN，满足要求。（5）第一层截面44处窗间墙受压承载力验算:=777.41kN，=0=787.21kN，=0两组内力=0，=9.6，查表取=0.9=0.91.690.9624=1463kN，满足要求。（6）梁端支撑处（截面33）砌体局部受压承载力验算:梁端设置尺寸的预制刚性垫块。通过分析前面的计算结果发现，墙顶部梁底面处得承载力由第一组内力组合控制，所以可只验算第一组内力。第一组内力:=0.354MPa，=283.884N，=116mmkN65.49+283.884=349.374kN,=0.113/0.427=0.265，代入公式=0.543(只计算壁柱面积)0.4588/0.185=2.48，1+0.35=1.4262=1.14080.5431.14081.690.185=193.67kN，满足要求。六外横墙承载力和次梁梁端支撑处局部承载力计算6.1选取计算单元多层房屋承重横墙的计算原理与纵墙相同，但常沿墙轴线取宽度1m的墙作为计算单元。取轴线上横墙，承受由屋面和楼面传来的均布荷载，可取1m宽的横墙计算，受荷面积为。6.2确定计算截面对于多层混合结构房屋，当横墙的砌体材料和厚度相同、左右开间相等、楼面荷载相差不大时，可只验算底层截面4-4的承载力和底层3-3的局部受压承载力。6.3荷载计算屋面恒荷载4.4553+2.2723=20.181kN屋面活荷载0.53=1.5kN女儿墙自重5.0711=5.07kN楼面恒荷载3.3053+2.2723=16.731kN楼面活荷载73=21kN第二层墙体自重13.67.285=26.226kN第一层墙体自重14.17.285=29.87kN6.4控制截面内力计算1）第二层（1）第二层截面11处：轴向力包括屋面荷载、女儿墙自重1.2(20.181+5.07)+1.41.5=32.401kN1.35(20.181+5.07)+1.40.71.5=35.56kN(2)第二层截面22处：轴向力为上述荷载与本层墙体自重之和1)第一层(1)第一层截面33处：轴向力为上述荷载与本层楼盖重力之和=1.216.731+1.421=49.477kN=1.3516.731+1.40.721=43.167kN=(1)第一层44截面处：轴向力为上述荷载与本层墙体自重之和=83.949+29.871.2=119.793kN=93.552+29.871.35=133.877kN6.5横墙承载力计算(1)第一层墙体承载力验算,截面44处：第一组内力：=119.793kN第二组内力：=133.877kN两组内力e=0，=9.7，查表得=0.88=0.881.6910.37=550.264kN，满足要求。（2）33截面梁端支撑处砌体局部受压承载力验算：梁端设置尺寸为500mm370mm200mm的预制刚性垫块。=0.370.5=0.185第一组内力:，=83.949kN，=85.5mm=0.1730.185=32.005kN=32.005+49.477=81.482kN,=0.092/0.37=0.249代入公式=0.573=(0.5+0.372)0.37=0.45882.481+0.35=1.426=81.482kN，满足要求。对于第二组内力，由于相等，梁端反力比第一组小，对结构更有利，因此采用500mm370mm200mm的刚性垫块能满足承载力要求。七过梁设计假定钢筋混凝土过梁截面尺寸为，采用C15混凝土HPB235级钢筋。屋面荷载设计值组合一：1.24.4551.1+1.40.51.1=6.65kN/m组合二：1.354.4551.1+1.40.70.51.1=7.15kN/m楼面活荷载设计值组合一：1.23.3051.1+1.471.1=15.14kN/m组合二：1.353.3051.1+1.40.771.1=12.45kN/m作用于过梁上的荷载包括墙体自重和楼板传来的荷载两部分，其设计值为q=1.357.2851.2+15.14=26.94kN/mkN选用322（HRB335级钢筋）。kN/m=48.492kN/m因此过梁满足受剪承载力要求。八抗震验算及内框架柱设计该地区地震基本烈度为7度，抗震设计分组为1组，度场地土。8.1.墙体的抗震设计8.1.1水平地震作用力计算：荷载计算屋面重力荷载代表值：（4.455+0.50.5）2419.8+5.72619.83+2.727248=3012.16kN楼面重力荷载代表值:(3.305+0.57)2419.8+5.72619.83+2.272248=3012.16kN女儿墙自重：5.070.62(24+19.8)=226.479kN各层横墙总自重：7.2853.619.82=1038.55kN各层纵墙总自重：7.285（3.624-1.83.64）2+1.83.660.45=898.69kN二层柱总自重：0.40.43.6256=86.4kN一层柱总自重：0.40.44.1256=98.4kN各层重力荷载代表值为：第一层：=4010.08+1038.55+898.4+98.4/2+86.4/2=6039.72kN第二层：=3012.16+(1038.55+898.69)/2+86.4/2=4023.98kN女儿墙：=266.479kN等效总重力荷载=0.85(6039.72+4290.459)=8780.65kN总水平地震作用查表得=0.08，=0.088780.65=702.452kN根据内框架震害特点，考虑在顶部附加一个地震作用力，取=6039.724.1+4290.4597.7=57799.39kN水平地震作用标准值:第一层：=240.8kN第二层：=321.2kN女儿墙：=20.986kN顶部附加水平地震作用：=0.2各楼层剪力:+=240.8+321.2+140.49=702.49kN+=321.2+140.49=461.69kN8.1.2墙体抗震验算抗震规范规定多层砌体房屋可不进行竖向地震作用下的抗震强度验算，也可不进行水平地震作用下整体弯曲强度的验算（满足高宽比：），因此，多层房屋抗震强度验算指水平地震作用下的砌体墙片的抗震抗剪强度验算。代入公式得各楼层墙片的剪力如下:=461.69/2=230.845kN，=702.49/2=351.245kN墙体采用MU7.5烧结普通砖，M7.5混合砂浆，查表得=0.14N/女儿墙墙体强度验算规范规定，当采用底部剪力法时，对于突出屋面的女儿墙的地震作用效应，宜乘以增大系数3，以考虑鞭梢效应，此增大部分不往下层传递。即。在层高半高处由墙自重产生的平均压力为：墙体采用MU7.5烧结普通砖，M7.5混合砂浆，查表得=140，查表得=1.26，=1.260.14=0.176N/由于女儿墙为非承重墙，承载力抗震调整系数采用0.75，考虑到水平地震作用的影响，前要乘以地震作用分项系数1.3则代入抗震验算的基本公式：，满足要求。横墙验算轴线横墙相同。墙体在层高半高处自重产生的平均压力为（砖砌体容重按18kN/计）查表得=0.92，=0.920.14=0.129N/墙段两端均设置有构造柱，所以其承载力抗震调整系数采用0.9，则代入抗震验算的基本公式，满足要求。8.1.2.3纵墙验算纵墙承担全部纵向水平地震作用，各墙段承担的纵向水平地震作用如下表表一楼层墙段号墙段宽度m各墙段地震剪力kN二1、52、3、41.322.421.39119.64一1、52、3、41.322.432.54122.47第二层1、5号墙段验算：墙体采用MU7.5烧结普通砖，M7.5混合砂浆，查表得=140查表得=0.87，=0.87140=121.8kN=0.9，代入抗震验算的基本公式kN满足要求。第二层2、3、4号墙段验算：墙体采用MU7.5烧结普通砖，M7.5混合砂浆，查表得=140查表得=0.87，=0.87140=121.8kN=0.9,代入抗震验算的基本公式kN119.64kN,满足要求。第一层1、5号墙段验算：墙体采用MU7.5烧结普通砖，M7.5混合砂浆，查表得=140查表得=0.96，=0.96140=134.4=0.9，代入抗震验算的基本公式：,满足要求。第一层2、3、4号墙段验算：墙体采用MU7.5烧结普通砖，M7.5混合砂浆，查表得=140，查表得=0.96，=0.96140=134.4=0.9，代入抗震验算的基本公式：,满足要求。8.2.内框架柱的设计计算截面特性：C20混凝土弹性模量考虑现浇楼板影响的梁的刚度计算结果：表二部位断面bh（mmmm）跨度（mm）线刚度中间跨3006506600边跨3006506600柱线刚度表三部位断面bh（mmmm）高度线刚度一层40040041000.2131.3Nm二层40040036000.2131.5Nm框架柱在横向抗震能力稍差，故可只在横向进行框架柱的抗震设计。8.2.1框架柱水平地震作用力下内力计算内框架各层柱的地震作用按下式计算：查表得对于钢筋混凝土柱=0.012，求得各层柱的地震剪力为：=23.32kN，=15.33kN框架计算简图如下：(括号内为相对线刚度)图6框架计算简图第二层第一层（2）求出各柱柱端的弯矩值对于第二层，柱端弯矩等于反弯点水平剪力乘以柱高度的一半，故=27.594kNm对于第一层，反弯点距柱脚2/3，距柱顶1/3，故按杆件的相对线刚度求得水平地震梁端弯矩图7水平地震作用下的弯矩图水平地震荷载作用下框架柱轴力和剪力表四层次位置水平地震荷载下轴力水平地震荷载下轴力2柱顶6.56515.33柱底20.9651柱顶27.07323.32柱底41.4738.2.2框架柱在竖向荷载作用下内力计算1）荷载计算屋面均布重力代表值荷载：楼面均布重力代表值荷载屋面均布恒荷载：楼面均布恒荷载：屋面均布活荷载：楼面均布活荷载：2）内力计算由于框架对称，所以在竖向均布荷载下内力计算图如下（括号内为相对线刚度），右端为滑动支座。图8对称计算简图各构建的转动刚度如下：，采用直接分层法计算梁柱的弯矩图如下：a.重力荷载作用下第二层：图9二层弯矩分配第一层：图10一层弯矩分配两层计算结果叠加得：图11竖向重力荷载下弯矩图b.恒荷载作用下：二层：图12二层弯矩分配一层：图13一层弯矩分配两层计算结果叠加得：图14恒荷载下弯矩图C.活载作用下：二层：图15二层弯矩分配一层：图16一层弯矩分配两层计算结果叠加得：图17活荷载下弯矩图各种荷载代表值产生的柱轴力（kN）如下：表五层次位置重力荷载恒荷载G活荷载Q2柱顶260.436250.53619.8柱底274.836264.93634.21柱顶807.06469.932311.4柱底821.46484.332325.8表六层次位置静力组合（恒荷载+100%活荷载）地震组合（地震力+相应竖向荷载内力）内力组合取值恒荷载活荷载组合值地震作用竖向力组合值与之相应的N与之相应的M表六续2柱顶M-6.917-0.545-9.06-27.5-7.162-42.4-42.4339.1N250.5319.8328.36.565260.43339.1339.1-42.4柱底M-6.816-6.28-16.9-27.5-14.09-51.4-51.4375.1N264.9334.2365.820.96274.83375.1375.1-51.41柱顶M-3.946-5.336-12.2-31.9-10.24-51.59-51.51054.N469.93311.4999.827.07807.0610541054-51.5柱底M-1.973-2.668-6.10-63.7-5.123-83.1-83.11090.N484.33325.8103741.47821.410901090-83.1全部框架柱采用相同的截面尺寸，C20级混凝土，HRB335级钢筋，查表得，柱截面为正方形截，。正截面受压承载力计算：对于内框架柱计算长度=4.5m（5.1m）11.255故应该考虑偏心距增大系数，按下式计算：，一层柱底：，76+20=96mm求得=1.031，取为1.0，=1.021,取1.0，1.05190=199.5mm，故按大偏心受压计算。=199.5+200-35=364.5mm，按对称配筋计算，=3021，取为1.0，=1.031,取1.0，1.2168=127.05mm，故按大偏心受压计算。=127.05+200-35=292.05mm，按对称配筋计算，=2951，取为1.0=1.021,取1.0，1.19157=186.83mm，故按大偏心受压计算。=186.83+200-35=351.83mm，按对称配筋计算，=2471.82kN，满足要求。九主梁的设计9.1截面尺寸及支座简化主梁的截面高度应该满足h=()l=()6600mm=(408750)mm，主梁截面高度h=650mm，故满足要求。梁宽b=()h=(216325)mm，取b=300mm,亦满足要求。柱的截面为400mm400mm。将柱视为铰接对于主梁是偏于安全的。9.2荷载计算为简化计算，主梁自重亦按集中荷载考虑。次梁传来的荷载： 主梁自重： 主梁粉刷重： 恒载标准值： 恒载设计值： G=1.2=96.14kN活载标准值： 9.3主梁的计算跨度净跨：边跨：近似取中间跨9.4内力设计值及包络图主梁各截面弯矩组合计算表八序号荷载布置只恒载作用下只第1,3跨有活载只第2跨有活载只第1,2跨有活载只第3,4跨有活载87.965最不利荷载组合+326.552-212.569-32.74+126.245-212.569139.56+290.461-304.673(-189.801)124.03+134.847-189.801(-304.673)124.037竖向荷载作用下的各控制截面的弯矩：内力组合按照公式：表九竖向重力作用0.244/137.89-0.267/129.80.067/32.57水平地震作用-8.513-25.540内力组合115.8-141.7229.3对比表八和表九，在各个截面处竖向重力作用和水平地震作用的内力组合值均比各个截面处恒载作用和活载作用的内力组合值小，故取恒载和活载的内力组合值进行配筋计算。主梁各截面剪力组合计算表十序号荷载简图只在恒载作用下只第1,3跨有活载只第，2跨有活载只第3，4跨有活载最不利内力组合+150.489-226.591(-96.14)96.14(226.591)+134.134-242.946(-168.027)209.053(130.033)+-50.666-130.033(-209.053)168.027(242.946)竖向荷载作用下的各控制截面的剪力组合按照公式：表十一竖向重力作用0.733/63.633-1.267(1.000)/-109.9(-86.812)1.000(1.267)/86.812(109.99)水平地震作用3.87-10.288(-3.87)10.288(-3.87)内力组合61.043-102.764(-88.162)88.162(102.764)对比竖向重力作用和水平地震作用的内力组合值都小于相应的恒载与活载的组合值，故取恒载和活载的组合值进行配筋。将以上最不利组合下的弯矩图叠画在同一坐标系上，即可得到主梁的弯矩包络图，如下图：图18主梁弯矩包络图图19主梁剪力包络图9.5配筋计算1）主梁正截面受弯承载力计算时，支座截面按矩形截面计算，跨中截面按T型截面计算（），其翼缘宽度为判定T形截面类型：支座处时，=650mm-60mm=590mm故各跨中截面属于第一类T形截面。纵向钢筋采用HRB335（），箍筋采用HPB300（），混凝土采用C25（），。主梁正截面承载力计算表十二截面边跨跨中中间支座中间跨跨内弯矩M326.552-304.673139.56-32.7480.0350.2450.0150.0040.8120.5050.8770.940.5940.7480.5610.529331025581496372选用钢筋425432422414实际钢筋截面面积（mm2）196432171520615斜截面受剪承载力验算截面尺寸：=-=615-80=535mm，因/b=535/300=1.7840.25b=0.25111.9300615=549=242.946kN，截面尺寸满足要求。计算所需腹筋：采用8200双肢箍筋=270.97，因此支座B截面左右不需配置弯起钢筋。验算最小配箍率：=0.17%0.24=0.11%，满足要求。主梁两侧附加横向钢筋的计算：次梁传来集中力=70.07+102.96173.03kN，=650-400=250mm，附加箍筋布置范围s=2+3b=2250+3300=1400mm。取附加箍筋10150双肢，则在长度s内可布置附加箍筋的排数，m=1400/150+1=10排，次梁两侧各布置4排。由式mn=10227078.5=423.9，满足要求。因次梁的腹板高度小于450mm，不需在梁侧设置纵向构造筋。9.6主梁配筋图：1-12-23-3图20主梁配筋图十基础设计地基土表层为杂填土，厚度为0.65m,重度为17kN/。其下为粘性土层，重度为18kN/，承载力特征值180,空隙比为0.86，饱和度大于0.91，地下水位在地表下3.0m处。为了便于施工，基础宜建在地下水位以上，故选择粘性土层作为持力层，初步选择基础埋深d为0.8m。e=0.86和=0.910.85,查表得:，=1.0。埋深范围内土的加权平均重度:kN/持力层土的承载力特征值180+17.21.0（0.8-0.5）=185.16kPa10.1纵墙下条形基础计算=103.06kN/m基础宽度=0.61m取b=0.73m基础几何尺寸如图所示，采用毛石混凝土基础，混凝土等级为C15，,与