武汉理工大学 工程结构课程设计

1、 工程结构课程设计 工程管理1102班 目录1. 设计任务.21.1设计题目.21.2设计资料.21.3设计成果.22. 结构设计方案.32.1楼盖、梁的选择.42.2墙体截面尺寸及材料选择.43.静力计算方案.44.板的设计（按照塑性理论）.44.1板的构造.44.2板的荷载计算.44.3板的内力计算及配筋.55. 次梁的设计（按照塑性理论）.75.1次梁的构造.75.2次梁荷载的计算.75.3次梁的内力计算及配筋.76. 主梁的设计（按照弹性理论）.106.1主梁构造.106.2主梁荷载的计算.106.3主梁内力计算及配筋.117. 墙的设计.147.1材料选用及结构方案.147.2墙体承

2、载力计算.147.3局部抗压承载力.187.4墙体高厚比验算.198.个人总结.229.参考文献.23附：建筑施工图，结构施工图 工程结构课程设计计算书1.设计任务 某三层砌体结构办公楼，层高由各位同学自己确定。房屋的安全等级为二级，该工程不考虑抗震设防，拟采用钢筋混凝土整浇楼盖，设计之。1.1设计题目 宜昌利人服装厂办公楼设计。 平面尺寸B*L=18m*30m；每层层高4m。本办公楼内有会议室，办公室，档案，陈列室，资料室，男女厕所，楼梯等。1.2设计资料 该工程位于非地震区，不考虑抗震防设； 风荷载标准值Wk(及雪荷载标准值）等荷载查荷载规范：宜昌地区海拔高度133.1m，重现期为50年的

3、风荷载和雪荷载分别为：风荷载（基本风压） 0.30KN/m2雪荷载 0.30KN/m2 结构安全等级：二级 永久荷载为梁、板自重，结构层中，其容重分别为： 钢筋混凝土 25kNm3 水泥砂浆 20kNm3 石灰砂浆 17kNm3 楼面活荷载标准值：2.5kNm3 永久荷载分项系数：G=1.2， 楼面活荷载分项系数Q=1.4或1.3 材料强度值：C20混凝土；一类环境下，s=20mm，fc=9.6kNm2，ftk=1.54Nmm2，ft=1.10Nmm2。钢筋：HPB300级，fy=270Nmm2；HRB335，fy=300Nmm21.3设计成果 设计成果分为计算书和结构施工图两部分。本课程设计

4、砌体结构墙柱设计及混凝土楼盖设计，主要包括如下内容：1.3.1设计书（计算内容） 1墙柱承载力计算、墙柱高厚比验算。 2混凝土楼面板（梁）设计：包括板的布置、混凝土强度等级、板厚、板面标高、内力计算等。可按考虑塑性内力重分布的方法计算板的内力。计算板的正截面承载力。 3.次梁设计（按塑性理论） 4.主梁设计（按弹性理论） 5.格式及内容要求 封面及目录； 课程设计任务书； 工程概况以及结构设计方案的选择； 主体工程的详细结构计算书； 对所完成设计的小结； 参考文献。 计算正确，书写工整，字体端正，简图及表格应按先后顺序统一编号。计算书由封面、目录、正文及参考文献组成，正文应编页码。一律用A4

5、纸书写或打印，并装订整齐。应满足教务处关于课程设计格式的要求。1.3.2施工图（图纸内容） 1.建筑施工图：标准层建筑施工图； 2结构施工图： 结构设计说明； 楼盖结构平面布置图，板的配筋图，比例1：100； 次梁、主梁配筋图（或剖面图）、材料弯矩抵抗图，比例1：20 或1：40； 3. 图纸要求 1）图纸上应有必要的结构设计说明，其内容一般为：砌体类型和强度等级（砌块和砂浆）、 钢筋强度等级、混凝土强度等级、混凝土保护层厚度及其他需要说明的内容。 2）图纸右下角图签内容：项目名称、图名、比例、图别、图号、制图（学生姓名、班级及学号）、校核、审定、日期等。 3）绘图要求：图面整洁，线条流畅、有

6、层次，字体端正，符合建筑结构制图统一标准 （GB/T 50105-2001）。手工绘图或者电脑绘图。 4.进度安排（10天） 1）下达设计任务、结构布置及查找资料 1天 2）确定基本参数荷载统计 3天 3）.设计计算及整理计算书 4天 4）绘制施工图 2天 2. 结构设计方案 本结构为三层砌体结构办公楼方案，荷载相对较小。墙体和基础均采用砌体结构，楼面和屋盖采用现浇钢筋混凝土结构。2.1楼盖、梁的选择 楼盖和梁采用钢筋混凝土现浇，有利于结构整体性的保证。 楼面、梁的做法如下： 楼面：20mm水泥砂浆面层，钢筋混凝土现浇板，15mm厚石灰砂浆粉刷天棚。 梁：钢筋混凝土现浇梁，15mm石灰砂浆粉刷

7、。2.2墙体截面尺寸及材料选择 墙体承重方案是纵墙承重方案，承重墙体截面尺寸当采用多孔粘土砖时，不应小于240mm，故除男女厕所的分隔墙采用120mm外，其余所有墙体一律采用240mm。 墙体的做法如下： 采用MU15砖，M15混合砂浆砌筑（经计算后再视具体情况确定是否需要调整）。 外墙粉刷20mm厚水泥砂浆，内墙粉20mm厚石灰砂浆。3. 静力计算方案 根据房屋现浇楼面和屋面的方案以及设计的最大横墙间距来确定。 根据尺寸初步确定最大横墙间距为S=12m（会议室），楼盖类型为一类（整体式、装配整体式和装配式无檩体系钢筋混凝土屋面或楼盖），其房屋静力计算方案为刚性方案（S32m）。 刚性方案房屋

8、的横墙应满足如下要求： 横墙中开有洞口时，洞口的水平截面积不超过横墙截面积的50%。 横墙厚度不小于180mm。 横墙长度18m，不小于横墙高度的（横墙总高度为4*4=16）。4. 板的设计（按照塑性理论） 设计采用单向肋形楼盖，荷载传递路线为：板-次梁-主梁-墙。4.1板的构造按照h2000/40=50mm，并且应不小于民用建筑楼面最小厚度70mm。所以初步设计楼板厚度h=80mm。4.2板的荷载计算 表4-1 板的荷载计算表（KN/m2）具体做法荷载标准值20mm水泥砂浆面层20*0.02=0.4钢筋混凝土现浇板80mm25*0.08=2.015mm厚石灰砂浆粉刷天棚17*0.015=0.

9、255活荷载2.5 恒荷载：g=1.2*（0.4+2.0+0.255）=3.186 KN/m2 活荷载：q=1.4*2.5=3.5 KN/m2 设计值：g+q=3.186+3.5=6.686 KN/m24.3板的内力计算及配筋 计算简图的确定： 取板宽b=1000mm为计算单元，实际一共有9跨，取其中的5跨，由板和次梁尺寸可得板的计算简图。次梁截面b*h=240*450，现浇板在墙上的支乘长度不小于100mm，取120mm，按塑性内力重分布设计，板的计算跨度：边跨：L01=Ln1+h/2=(2000-120-200/2)+80/2=1820Ln1+a/2=(2000-120-200/2)+12

10、0/2=1840所以取L01=1820mm中间跨：L02=Ln2=2000-200=1800因为边跨与中间跨的计算跨度相差（1820-1800）/1820=1.1%10%，所以可按等跨连续板计算内力。 表4-2 板的配筋设置截面 1 B 2 C弯矩系数0.06-0.0590.04（0.032）-0.046（-0.037）128.0-125.8685.33（68.27）-98.13（-78.93）选用钢筋8200820082008200实际钢筋面积251251251251注： 括号内数字用于轴间。 对四周与梁整浇的单向板跨中和中间支座处，弯矩可减少20%（如表4-2中括号中的数值）。也可以直接采

11、用钢筋面积折减，即将非折减处的钢筋面积直接乘以0.8，这样计算简便并且误差不大，偏于安全。 在一般情况下，楼面所承受的动力荷载不大，可采用分离式配筋。配筋图如施工图中所示。5. 次梁的设计（按照塑性理论）5.1次梁的构造 次梁间距L=6000mm，按照h=（1/181/12）L初估，为333mm500mm，取450；截面宽b=（1/21/3）h，为150mm225mm，取200mm。5.2次梁荷载的计算 荷载：（计算单元宽度为2m）板传来的恒荷载 3.186*2=6.372kN/m 次梁自重 1.2*25*0.2*（0.45-0.08）=2.22kN/m次梁粉刷 1.2*17*0.015*（0

12、.45-0.08）*2=0.23kN/m恒荷载 g=6.372+2.22+0.23=8.822kN/m活荷载 q=1.4*2*2.5=7kN/m g+q=15.822kN/m q/g=0.7935.3次梁的内力计算及配筋5.3.1计算简图的确定次梁在墙上的支乘长度为240mm，计算长度：边跨：L01=Ln1+a/2=（6000-120-250/2）+240/2=58751.025Ln1=5898.875 故L01=5875mm中间跨：L02=Ln2=6000-250=5750mm边跨和中间跨计算跨度相差（5875-5750）/5750=2.1%10%，可按等跨连续梁计算。5.3.2正截面承载力

13、计算 次梁跨中截面按T形截面计算，翼缘计算宽度按规定有： Bf L0 /3=5780/3=1917 Bf b+Sn=200+（2000-200）=2000mm取h0=450-35=415，hf /h0=80/415=0.1931.故取bf=1917mm，且fcbfhf（h0-hf /2）=552.1kN/m，以此作为判断T形截面类别的依据。 次梁支座截面按b*h=200*450的矩形截面计算，取h0=415mm，支座截面应满足0.35.次梁受力纵筋采用HRB335（fy=300N/mm2) 表5-1 次梁正截面受弯承载力计算截面 1 B 2 C弯矩系数m 截面类别及尺寸一类T形b*h=1917

14、*450矩形b*h=200*450一类T形b*h=1917*450矩形b*h=200*450 0.0158 -0.158 0.0104 -0.120 367 419 265 318选用钢筋 314 314212+110 312实际钢筋面积（mm2） 462 462 304.5 339注： ，得Amin=180mm2.5.3.3斜截面受剪承载力计算：剪力设计值 表5-2 次梁剪力设计值计算表截面 A B左 B右 C弯矩系数v 0.45 0.6 0.55 0.550.45*15.822*5.875=41.830.6*15.822*5.875=55.770.55*15.822*5.75=50.030

15、.55*15.822*5.75=50.03截面尺寸校核：hw/b=415/200 0.25fch0b=0.25*9.6*415*200=199.2V 故截面尺寸满足要求。箍筋设计 表5-3 次梁箍筋计算表截面 A B左 B右 CV（KN） 41.83 55.77 50.03 50.03 63910 63910 63910 63910 91300 91300 91300 91300箍筋支数、直径 26 26 26 26VVVVS （mm2） 200 200 200 200注： 实际配筋率0.12% 满足要求。6. 主梁的设计（按照弹性理论）6.1主梁构造 主梁截面尺寸的选择： 主梁间距L0=80

16、00mm，按照h=（1/141/8）L0初估，为571mm1000mm，取h=600mm；截面宽b=（1/21/3）h，为200mm300mm，取250mm。则主梁截面尺寸为b*h=250mm*600mm。6.2主梁荷载的计算 荷载 次梁传来的恒荷载 8.822*6=52.932KN 主梁自重 1.2*25*2*0.25*(0.6-0.08)=7.8KN 梁侧抹灰 1.2*17*0.015*2*(0.6-0.08)=0.64KN 恒荷载 g=52.932+7.8+0.64=61.372KN 活荷载 q=6*7=42 g+q=103.372KN 6.3 主梁内力计算及配筋该结构的主梁为单跨，只需

17、计算跨中弯矩，根据规定当主梁支承在砌体上时，应保证主梁有足够的支承长度，一般不少于370mm。所以设置办公楼的主梁一端支承在3700mm的外纵墙上，另一端支承在370mm的壁柱上。净跨度：Ln=8000-2*120=7760mm， 0.025Ln=194a/2=270/2=185故取计算跨度L0=Ln+a/2+b/2=7760+185+185=8130mm 6.3.1主梁正截面弯矩计算 弯矩设计值m 剪力设计值 主梁跨中截面按T形截面设计，其翼缘跨度按规定： 故取 跨中钢筋按一排考虑，h0=h-as=565mm，且mM，为一类T形截面。 表6-1 主梁正截面受弯计算 截面 边跨中 弯矩M（KN

18、m） 420.2 截面尺寸 0.046 2254 选用钢筋 525 实际钢筋面积 2454注： 实际配筋 0.2%，满足配筋要求。6.3.2 主梁斜截面受剪 表6-2 主梁斜截面受剪计算表 截面 边支座 V（KN） 51.686 339V 108762.5 155375V 箍筋支数和直径 N=2，8 计算值s（mm） 实际箍筋间距（mm） 350 注：抗剪计算时的b均为腹板宽度，b=250mm，h0=565mm。箍筋最大间距Smax=350mm。6.3.3附加横向钢筋计算 由次梁传至主梁的集中荷载设计值： F=52.935+42=94.935KN附加横向钢筋应配置在s=3b+2h1=3*200

19、+2*（600-450）=900的范围内。方案1：仅选择箍筋由并取8双箍筋，则个，取m=4，在主次梁相交处的主梁内。每侧附加固2870箍筋。方案2：选择吊筋 由，并选用HRB335级刚，则： 可选212（Asb=226 mm2）吊筋。7. 墙的设计7.1材料选用及结构方案（1） 墙体材料及尺寸 各层墙均采用MU15砖，M5混合砂浆砌筑；纵墙均设计为370mm厚，所有横墙均采用240mm厚，墙体双面抹灰，施工质量等级为B级。（2）主体结构布置方案 该服装厂办公楼为三层，纵向总长30m，横向总长18m，小房间-门宽1500mm；每层的层高为4m，总高12m；每层纵墙开窗，窗高2400mm，窗宽18

20、00mm，外横墙开窗，窗宽1200mm。（3） 静力计算方案 根据砌体结构设计规范（GBJ3-88）中的“房屋静力计算方案”的规范，该工程最大横墙间距为12m32m，所以属于刚性方案。 根据砌体结构设计规范（GBJ3-88）中的“外墙不考虑风荷载影响时的最大高度”的规定，本工程层高4m4m，房屋总高12m28m，所以在设计时可以不考虑风荷载的影响。 根据要求，本工程不考虑抗震设防。7.2墙体承载力计算7.2.1承重纵墙（1） 对于承重纵墙，选取一个窗间墙作为计算单元，其受荷面积为4.2*4=16.8m2.（2） 控制截面 该办公楼各层墙体截面尺寸相同，砌体材料也相同，那么荷载最大的截面即为最不

21、利截面，所以选择第二层顶端和底端的截面，以及第一层顶端和底端的截面分别进行承载力验算。纵墙墙体的计算截面积：A=4.2*0.37=1.554m2。（3） 荷载相关数据女儿墙自重（厚240mm，高600mm） 5.24*0.6*4.2=13.2KN楼面荷载 表7-1 楼面荷载计算表 项目 （KN/m2） 20mm水泥砂浆楼面 20*0.04=0.4 现浇80mm厚楼板 25*0.08=2.0 15mm厚板底抹灰 17*0.015=0.255 楼面恒荷载标准值合计 0.4+2.0+0.255=2.655 楼面活荷载标准值 2.5墙体荷载 双面抹灰240mm砖墙荷载标准值为5.24KN/m2；双面抹

22、灰370mm砖墙标准值为7.71KN/m2钢窗自重：0.45KN/m2（4） 荷载计算 每层墙体自重（含窗自重）： 0.45*1.8*2.4+7.71*（6*4-1.8*2.4）=153.7 楼面传来的竖向荷载 恒荷载标准值： 2.655*4*4.2=44.6KN 活荷载标准值： 2.5*4*4.2=42KN 主梁剪力值： 51.686+51.686*0.58=95.6KN（5） 内力计算及截面承载力验算 第二层顶端截面： 上部传来的荷载：Nk1=13.2+153.7+2*（44.6+42）=340.1KN 上部荷载设计值：N1=1.2*（13.2+153.7+44.6*2)+1.4*42*2

23、+95.6=520.52KN MU15砖和M15混合砂浆砌筑的砌体抗压强度设计值查表得f=2.79MPa，主梁高h=600mm，则梁的有效支撑长度（实际支承长度a=370mm）a N1对形心轴的偏心距： N1k引起的弯矩：M1k=（44.6+42）*0.061=5.28KNm 高厚比： 0.6y=0.6*120=72mm 查表，按线性取值，得，N1=520.52KN，故承载力满足要求。 第二层底端截面： N2k=N1k+153.7=493.8KN N2=N1+1.2*153.7=704.96 e2=0， 0.6y=0.6*120=72mm 查表，按线性取值，得，N2=704.96KN，故承载力

24、满足要求。 第一层顶端截面： N3k=N2k+44.6+42=719.56KN N3=N2+1.2*44.6+1.4*42+51.686*0.85=861.2KN a0=147,e1=y-0.4a0=61mm不变 M3k=（44.6+42）*0.061=5.28KNm 高厚比 e3=7.3mm0.6y=72mm， 查表，按线性取值，得，N3=861.2KN，故承载力满足要求。 第一层底端截面 N4k=N3k+153.7=873.26KN N4=N3+1.2*153.7=1045.64KN e4=0， e40.6y=0.6*120=72mm， 查表，按线性取值，得，N4=1045.64KN，故承

25、载力满足要求。7.2.2承重横墙（1） 选取计算单元和确定受荷面积 对于承重横墙，取1m宽的墙作为计算单元，受荷面积为1*4=4m2。（2） 控制截面 该服装厂办公楼各层墙体截面尺寸相同，砌体材料也相同，那么荷载最大的截面即为最不利截面，所以选第二层的顶端和底端截面，以及第一层的顶端和底端截面分别进行承载力验算，则横墙墙体的计算截面积：A=1*0.24=0.24m2 。 外横墙总长度较长，此处只取1m宽的横墙进行研究，所以不对面积进行折减。另外东西两道横墙开设了窗，但因墙体荷载与不设窗的相比较轻，所以此处只对不开窗的外横墙进行验算。（3） 荷载相关数据 女儿墙自重（厚240mm，高600mm）

26、 5.24*0.6*1=3.14KN 钢窗自重：外横墙上不设开窗，无钢窗自重。（4） 荷载计算 每层墙体自重（含窗自重）： 5.24*1*4=20.96KN 楼面传来的竖向荷载 恒荷载标准值： 2.655*4*1=10.62KN 活荷载标准值： 2.5*4*1=10KN 次梁剪力值： 41.83+0.85*41.83=77.4KN（5） 内力计算及截面承载力验算 第二层顶端截面： 上部传来的荷载： N1k=3.14+20.96+2*（10.62+10）=65.34 上部荷载设计值： N1=1.2*（3.14+20.96+2*10.62）+1.4*2*10+77.4=159.8KN MU15砖和

27、M15混合砂浆砌筑的砌体抗压强度设计值f=2.79MPa，次梁高h=450mm，则梁的有效支撑长度（实际支乘长度a=240mm）a=240mm N1对形心轴的偏心距： e1=y-0.4a0=69mm N1k引起的弯矩： M1k=（10.62+10）*0.069=1.42KNm 高厚比： e10.6y=0.6*120=72mm 查表，按线性取值，得，N1=159.8KN，故承载力满足要求。 第二层底端截面: N2k=N1k+20.96=65.34+20.96=86.3KN N2=N1+1.2*20.96=184.95KN e2=0， e20.6y=0.6*120=72mm， 查表，按线性取值，得

28、， N2=184.95KN，故承载力满足要求。 第一层顶端截面： N3k=N2k+10.62+10=106.92KN N3=N2+1.2*10.62+1.4*10+41.83*0.85=247.2KN a0=127mm，e1=y-0.4a0=69mm不变 M3k=（10.62+10）*0.069=1.42KNm 高厚比： e3=13.30.6y=72mm 查表，按线性取值，得，N3=247.2KN，故承载力满足要求。 第一层底端截面： N4k=N3k+20.96KN=127.88KN N4=N3+1.2*20.96=272.35KN e4=0， e40.6y=72mm， 查表，按线性取值，得，

29、N4=272.35KN，故承载力满足要求。 7.3局部抗压承载力 在墙体截面尺寸相同，所用材料也相同的情况下，因为第一层顶端截面上部结构传来的荷载较大，所以分纵横墙两种情况分别验算第一层顶端截面处的局部抗压承载力。7.3.1纵墙局部抗压承载力 为了满足局部受压承载力要求，梁端支承边的最大应力不应超过砌体局部受压强度，即： 式中： A0=（b+2h）h=366300mm2 Al=a0b=146.6*250=36650mm2 3，故 Nl=1.2*44.6+1.4*42=112.32KN 2，故取 Nl=112.32， 故梁端局部受压满足要求，不需要设置梁垫。7.3.2横墙局部受压承载力 A0=（

30、b+2h）h=（200+2*240）*240=163200mm2 Al=a0b=127*200=25400mm2 3，故 Nl=1.2*10.62+1.4*10=26.74KN 2 Nl=26.74KN，故梁端局部受压满足要求，不需要设置梁垫。7.4 墙体高厚比验算 底层层高最大并且各层截面尺寸相同，如果底层高厚比满足要求则整个房屋的高厚比也就满足要求，所以只需验算底层高厚比即可。矩形截面高厚比验算应按下式进行： 7.4.1横墙高厚比验算 层墙高H=4m，横墙最大间距S=8m。该房屋的静力计算方案为刚性方案，屋类别为无吊车的多层房屋，且2H=8mSH，查表的计算高度H0=0.4S+0.2H=4

31、m。 由砂浆强度等级为M15M7.5，查表确定。横墙为承重墙取，东侧墙上开设了窗，为较薄弱截面，只需验算此处高厚比即可。 不开洞外横墙，满足高厚比要求。 表7-3 开窗外横墙高厚比验算表 墙体计算高度H0（mm） 4000墙体厚度（mm） 240在宽S范围内的门窗洞口总宽度bs（mm） 1200相邻纵墙之间的距离（mm） 2000承重墙允许高厚比修正系数 1.0有门窗洞口允许高厚比修正系数 0.76墙体允许高厚比 26 1x0.76x26=19.76墙体计算高厚比 结论，满足要求7.4.2纵墙高厚比验算（1） 外纵墙 每层墙高H=4m，横墙最大间距S=12m。该房屋的静力计算方案为刚性方案，屋

32、类别为无吊车的多层房屋，且2H=8S，查表得计算高度H0=1.0H=4m。 由砂浆强度等级为M15M7.5，查表确定。 表7-2 外纵墙高厚比验算表墙体计算高度H0（mm） 4000墙体厚度（mm） 370在宽S范围内的门窗洞口总宽度bs（mm） 3600相邻纵墙之间的距离（mm） 12000承重墙允许高厚比修正系数 1.0有门窗洞口允许高厚比修正系数 0.88墙体允许高厚比 26 1x0.88x26=22.88墙体计算高厚比 结论，满足要求（2） 内纵墙 内纵墙是非承重墙，允许高厚比修正系数=1.2 表7-3 内纵墙高厚比验算表 墙体计算高度H0（mm） 4000墙体厚度（mm） 370在宽

33、S范围内的门窗洞口总宽度bs（mm） 3000相邻纵墙之间的距离（mm） 12000非承重墙允许高厚比修正系数 1.2有门窗洞口允许高厚比修正系数 0.9墙体允许高厚比 26 1.2x0.9x26=28.1墙体计算高厚比 结论，满足要求 8. 个人总结 本次工程结构课程设计历时10天，我设计的项目名称是宜昌利人服装厂办公楼，该办公楼规模不大，占地尺寸是30m*18m，总楼层是三层。虽然整个项目看上去很简单，但是实际操作起来，我依旧是严格按照规范，认真完成每一个步骤的设计和验算。按时完成了计算书和施工图，整个过程很幸苦也充实，巩固了很多自己在之前的课堂上没有掌握好的知识，达到了课程设计的目的。 课程设计的第一步是听知道老师布置任务，并且自己查相关资料并确定结构布置。设计任务是设计一个三层的砌体结构房屋，层高自行确定。房屋的安全等级为二级，位于非抗震区故不考虑