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某教学楼设计
摘要
本设计主要是结合大学四年所学的专业知识所做。根据任务书的要求，进行明德教学楼的建筑设计和结构设计。
建筑设计是根据现行中小学设计规范、砌体结构设计规范、建筑总体规划要求、建筑用地条件和基地周边的环境特点，依次进行平面设计、立面设计、剖面设计及细部构件设计。最后运用天正建筑2013进行绘图并打印。
在结构设计中，以现行的结构设计规范等为依据，确定结构体系，布置结构构件，选择一个计算单元为本次手算的对象，明确计算简图和各个计算参数，计算竖向荷载、水平荷载，进行荷载组合和内力计算；进而对墙柱高厚比和承载力进行验算，并进行抗震验算。另外，还对砌体结构中的现浇钢筋混凝土楼板、雨篷、楼梯和基础进行截面设计和配筋计算；最后利用PKPM2010建模、计算配筋、最后出图。
关键词：教学楼设计，砌体结构，建筑设计，内力计算，抗震设计，配筋计算
目 录
1建筑设计 1
1.1 工程概况 1
1.2 建筑要求 1
1.3 设计构思 1
1.4 墙体设计 3
1.5 工程做法 3
1.6 设计标高 5
1.7 无障碍设计 5
1.8 建筑设计依据 5
2建筑节能计算 7
2.1 基本参数 7
2.2 窗墙面积比的计算 7
2.3 建筑围护结构 8
2.4 结论 11
3结构设计 13
3.1 基本设计资料 13
3.2 变形缝设置 14
3.3 承重方案选择 14
3.4确定计算方案 15
3.5 结构尺寸 15
4 墙体高厚比验算 17
4.1 一层墙体的高厚比验算 17
4.2 三～四层墙体的高厚比验算 19
5重力荷载代表值计算 23
5.1 荷载标准值计算 23
5.2 活荷载标准值 28
5.3 各层重力荷载代表值计算 28
6 内力组合及承载力验算 35
6.1 确定静力计算方案 35
6.2 纵墙内力计算和截面承载力验算 35
6.3 横墙内力计算和截面承载力验算 42
7 地震荷载的计算及抗震验算 45
7.1 水平地震剪力 45
7.2 截面抗震承载力验算 46
8.砌体局部受压承载力验算 53
8.1 门过梁 53
8.2窗过梁的设计 54
9 楼梯设计 57
9.1 梯段板设计 57
9.2 平台板设计 59
9.3 平台梁设计 60
10雨篷设计 63
10.1雨篷板的抗弯强度计算 63
10.2雨篷梁计算 65
10.3雨篷梁抗倾覆验算 68
10.4雨篷梁下砌体局部受压验算 69
11 板的设计 71
11.1 楼面板设计 72
11.2层面板设计 78
12 基础设计 83
12.1 基础材料 83
12.2 地基持力层和基础埋深的确定 83
12.3 外墙基础设计 83
12.4内墙基础设计及验算 86
12. 5 伸缩缝处基础设计 87
12.6 地基沉降量验算 92
参考文献 93
致 谢 95
附录1《混凝土结构设计规范》规定的材料力学指标 97
附录2钢筋的计算截面面积及公称重量 98
附录3施工图 99
1 建筑设计
建筑设计是在现有的自然环境与总体规划的前提下，根据设计任务书的要求，综合考虑基地环境、使用功能、结构施工及建筑艺术等问题，着重解决建筑物内部使用功能和使用空间的合理安排，建筑物与周围环境、与各种外部条件的协调配合，内部和外表的艺术效果、各个细部的构造方式等，创造出既符合科学性又具有艺术性的生产和生活环境，为使用者提供一个有组织的内部空间环境的同时，也创造一个有组织的外部空间环境。
建筑设计在整个工程中起着主导和先行作用，除了考虑上述各种要求以外，还应综合考虑建筑与结构、建筑与各种设备等相关技术的综合协调，以及如何以更少的材料、劳动力、投资和时间来实现各种要求，使建筑物做到安全、适用、经济、美观的原则。
1.1 工程概况
（1）本建筑为西宁明德中学教学楼工程。
（2）本工程基地地势平坦，场地内通水、通电、通路、平整土地基本条件已具备，满足“三通一平”的条件。
（3）总建筑面积为：
，建筑基底面积
。
（4）建筑层数及高度：建筑形状呈U形，地上主体四层，建筑主体高度为
。实验室三层，高度11.7m。局部两层，高度8.1m。
（5）建筑结构形式为砖混结构，设计使用年限为50年，抗震设防烈度为7度。
（6）防火设计的建筑分类：根据《建筑设计防火规范》按其使用性质，火灾危险疏散和扑救难
度本工程为多层中学建筑，耐火等级为二级。
1.2 建筑要求
（1）层高：该建筑主体部分一层层高高3.9m，二到四层层高均为3.6m。实验室部分一层至三层层高均为3.9m，阶梯教室首层4.2m，二层层高3.9m。
（2）门窗：70系列铝塑复合平开窗（中空玻璃）；所有的门窗洞口处均做1:3水泥砂浆护角。
1.3 设计构思
1.3.1 建筑平面设计
一层平面布置：
设置有两个主入口并带有防寒门斗和两个次入口，在主入口处设有无障碍坡道；普通教室设有六间、四间老师办公室，化学实验室、药品存放室及仪器准备室一间，同时设有一间阅览室和140人阶梯教室一间；男女卫生间各两间，楼梯三部分别设置于主入口处和两端建筑处，并且设有乙级防火门；主体走廊形式为内廊式，局部为外廊式。
二层平面布置：
设置有普通教室六间，生物实验室、实验准备室及标本室一间，合班教室一间，教师办公室四间，教研室一间；男女卫生间各两间，楼梯及防火门设置同一层。
三层平面布置：
设置有普通教室六间，物理实验室、仪器室及实验准备室一间，大会议室一间，教师办公室四间；男女卫生间各两间，楼梯及防火门设置同一层。
四层平面布置：
设置有普通教室六间，教师办公室四间；走廊形式为内廊式；男女卫生间各两间，楼梯及防火门设置同一层。
一至四层平面图见附图（建筑图）。
（1）实验室
每间教室都具有良好的朝向、采光、声学环境与隔绝外部噪声干扰及保证室内良好的音质条件。根据实验室功能要求，设置演示台、上下推拉黑板、教师讲桌、学生实验课桌、窗帘杆、银幕挂钩等。
（2）普通教室
普通教室每班按45人计，根据普通教室的功能要求，设置有讲台、黑板、学习园地、清洁柜及窗帘盒等，讲台宽0.9m、高0.2m，配备音响、幻灯投影幕、计算机、电视机等教学设备，教室的前后墙各设置一组电源插座。
（3）卫生间
根据学校设计规范，按性别分别设置，卫生间采用延时自闭冲洗蹲位厕所及小便斗，盥洗间采用盥洗槽及拖布池，地面为防滑易清洁地面。
1.3.2 建筑立面设计
立面设计是在满足房间的使用要求条件下，运用建筑造型和立面构图的一些规律，结合平面、剖面的内部空间组合而进行的。建筑物的体型和立面，必须受内部使用功能和技术经济条件所制约，并受基地环境群体规划等外界因素的影响。建筑物体型的大小和高低，体型组合的简单或复杂，通常总是先以房屋内部使用空间的组合要求为依据，立面上门窗的开启和排列方式，墙面上构件的划分和安排，主要也是以使用要求、所用材料结构布置为前提的。
本设计建筑整体形状为U形，整个立面采用现代建筑风格，以错层层高变化、外墙窗大小变化、组合，色彩搭配等建筑处理手法，形成具有现代气息的立面设计，并结合周边原有建筑、道路、景观环境情况，与原有建筑群落统筹考虑，进行明暗、虚实对比，使整个校园体现出学校特有的活泼与朝气。
1.3.3 建筑剖面设计
剖面设计主要分析建筑物各部分应有的高度、建筑层数、建筑空间的组合和利用，以及建筑剖面中的结构、构造关系等。它主要任务是确定建筑物各部分应有的高度、建筑的层数和建筑空间在垂直方向房屋各部分的组合关系。
要根据房间的使用性质确定房间的高度，同时要考虑到室内的采光与通风、结构类型的特点及所占空间的高度、设备及管道的布置、室内空间的比例等因素。
根据房屋本身的使用要求、城市规划的要求、选用的结构类型以及建筑防火等因素确定房屋层数。
在建筑空间组合中，着重从垂直方向考虑各种高度房间的空间组合、楼梯在剖面的位置，以及建筑空间的利用等。
该教学楼为左右层高有变化，在不同层高处做出了剖面，详见剖面图。
1.3.4 总体规划设计
各组成部分功能分区明确、布局合理、联系方便，各建筑物、构筑物协调一致，与校园绿化、美化融为一体，构成优美的校园环境，给师生创造一个良好的学习、生活、休息、活动、交流的环境。
1.3.5 总平面设计
根据《中小学校设计规范》（GB 50099-2011），校园总平面设计按教学、体育运动、生活等不同功能进行分区，合理布局。主入口正对公路，交通便利。学校各个区域的布置合理，联系方便、互不干扰。校园内各建筑之间、校内建筑和校外相临建筑之间的间距符合城市规划、卫生防护、日照、防火等有关规定。
整个学校内动、静区布局合理。在校园空地内设置学习园地、休息亭及绿化带。并在靠近校外的四周种植能吸滞噪音的树木，形成隔音带，给学生提供一个安静、舒适、清洁的学习、生活、运动场所。
1.4 墙体设计
（1）墙体均采用蒸压粉煤灰砖，外墙厚370mm，内墙厚240mm。
（2）外墙均贴40厚聚苯乙烯保温板。
（3）墙体均由混合砂浆砌筑。
1.5 工程做法
表1-1 工程做法
1.6 设计标高
（1）
所对应的绝对标高由甲方自定。
（2）建筑物室内外高差为450mm。
（3）实验室首层下沉300mm，阶梯教室下沉300mm，具体标高见平面图。
1.7 无障碍设计
根据《无障碍设计规范》（GB50763-2012）的要求，在建筑物主入口处设有无障碍坡道，坡度为1/10，坡道为用直线型坡道，在坡道凌空侧设有扶手，且在扶手下设有50高的安全挡台，建筑物入口门均采用平开门，同时在首层卫生间内设置无障碍厕位。
1.8 建筑设计依据
[1]建筑设计防火规范(GB 50016-2012)
[2]中小学校设计规范(GB 50099—2011)
[3]建筑地基基础设计规范(GB 50007-2011)
[4]砌体结构设计规范(GB50003-2011)
[5]建筑结构荷载规范(GB50009-2012)
[6]建筑抗震设计规范(GB50011-2010)
[7]无障碍设计规范 (GB50763-2012)
[8]建筑结构制图标准(GB50105-2010)
[9]《公共建筑节能设计标准青海省实施细则》DB63/617-2007
[10]《公共建筑节能设计标准》GB50189-2005
[11]《房屋建筑学》、《砌体结构》等相关课本。
1 建筑设计
建筑设计是在现有的自然环境与总体规划的前提下，根据设计任务书的要求，综合考虑基地环境、使用功能、结构施工及建筑艺术等问题，着重解决建筑物内部使用功能和使用空间的合理安排，建筑物与周围环境、与各种外部条件的协调配合，内部和外表的艺术效果、各个细部的构造方式等，创造出既符合科学性又具有艺术性的生产和生活环境，为使用者提供一个有组织的内部空间环境的同时，也创造一个有组织的外部空间环境。
建筑设计在整个工程中起着主导和先行作用，除了考虑上述各种要求以外，还应综合考虑建筑与结构、建筑与各种设备等相关技术的综合协调，以及如何以更少的材料、劳动力、投资和时间来实现各种要求，使建筑物做到安全、适用、经济、美观的原则。
1.1 工程概况
（1）本建筑为西宁明德中学教学楼工程。
（2）本工程基地地势平坦，场地内通水、通电、通路、平整土地基本条件已具备，满足“三通一平”的条件。
（3）总建筑面积为：
，建筑基底面积。（4）建筑层数及高度：建筑形状呈U形，地上主体四层，建筑主体高度为
。实验室三层，高度11.7m。局部两层，高度8.1m。（5）建筑结构形式为砖混结构，设计使用年限为50年，抗震设防烈度为7度。
（6）防火设计的建筑分类：根据《建筑设计防火规范》按其使用性质，火灾危险疏散和扑救难
度本工程为多层中学建筑，耐火等级为二级。
1.2 建筑要求
（1）层高：该建筑主体部分一层层高高3.9m，二到四层层高均为3.6m。实验室部分一层至三层层高均为3.9m，阶梯教室首层4.2m，二层层高3.9m。
（2）门窗：70系列铝塑复合平开窗（中空玻璃）；所有的门窗洞口处均做1:3水泥砂浆护角。
1.3 设计构思
1.3.1 建筑平面设计
一层平面布置：
设置有两个主入口并带有防寒门斗和两个次入口，在主入口处设有无障碍坡道；普通教室设有六间、四间老师办公室，化学实验室、药品存放室及仪器准备室一间，同时设有一间阅览室和140人阶梯教室一间；男女卫生间各两间，楼梯三部分别设置于主入口处和两端建筑处，并且设有乙级防火门；主体走廊形式为内廊式，局部为外廊式。
二层平面布置：
设置有普通教室六间，生物实验室、实验准备室及标本室一间，合班教室一间，教师办公室四间，教研室一间；男女卫生间各两间，楼梯及防火门设置同一层。
三层平面布置：
设置有普通教室六间，物理实验室、仪器室及实验准备室一间，大会议室一间，教师办公室四间；男女卫生间各两间，楼梯及防火门设置同一层。
四层平面布置：
设置有普通教室六间，教师办公室四间；走廊形式为内廊式；男女卫生间各两间，楼梯及防火门设置同一层。
一至四层平面图见附图（建筑图）。
（1）实验室
每间教室都具有良好的朝向、采光、声学环境与隔绝外部噪声干扰及保证室内良好的音质条件。根据实验室功能要求，设置演示台、上下推拉黑板、教师讲桌、学生实验课桌、窗帘杆、银幕挂钩等。
（2）普通教室
普通教室每班按45人计，根据普通教室的功能要求，设置有讲台、黑板、学习园地、清洁柜及窗帘盒等，讲台宽0.9m、高0.2m，配备音响、幻灯投影幕、计算机、电视机等教学设备，教室的前后墙各设置一组电源插座。
（3）卫生间
根据学校设计规范，按性别分别设置，卫生间采用延时自闭冲洗蹲位厕所及小便斗，盥洗间采用盥洗槽及拖布池，地面为防滑易清洁地面。
1.3.2 建筑立面设计
立面设计是在满足房间的使用要求条件下，运用建筑造型和立面构图的一些规律，结合平面、剖面的内部空间组合而进行的。建筑物的体型和立面，必须受内部使用功能和技术经济条件所制约，并受基地环境群体规划等外界因素的影响。建筑物体型的大小和高低，体型组合的简单或复杂，通常总是先以房屋内部使用空间的组合要求为依据，立面上门窗的开启和排列方式，墙面上构件的划分和安排，主要也是以使用要求、所用材料结构布置为前提的。
本设计建筑整体形状为U形，整个立面采用现代建筑风格，以错层层高变化、外墙窗大小变化、组合，色彩搭配等建筑处理手法，形成具有现代气息的立面设计，并结合周边原有建筑、道路、景观环境情况，与原有建筑群落统筹考虑，进行明暗、虚实对比，使整个校园体现出学校特有的活泼与朝气。
1.3.3 建筑剖面设计
剖面设计主要分析建筑物各部分应有的高度、建筑层数、建筑空间的组合和利用，以及建筑剖面中的结构、构造关系等。它主要任务是确定建筑物各部分应有的高度、建筑的层数和建筑空间在垂直方向房屋各部分的组合关系。
要根据房间的使用性质确定房间的高度，同时要考虑到室内的采光与通风、结构类型的特点及所占空间的高度、设备及管道的布置、室内空间的比例等因素。
根据房屋本身的使用要求、城市规划的要求、选用的结构类型以及建筑防火等因素确定房屋层数。
在建筑空间组合中，着重从垂直方向考虑各种高度房间的空间组合、楼梯在剖面的位置，以及建筑空间的利用等。
该教学楼为左右层高有变化，在不同层高处做出了剖面，详见剖面图。
1.3.4 总体规划设计
各组成部分功能分区明确、布局合理、联系方便，各建筑物、构筑物协调一致，与校园绿化、美化融为一体，构成优美的校园环境，给师生创造一个良好的学习、生活、休息、活动、交流的环境。
1.3.5 总平面设计
根据《中小学校设计规范》（GB 50099-2011），校园总平面设计按教学、体育运动、生活等不同功能进行分区，合理布局。主入口正对公路，交通便利。学校各个区域的布置合理，联系方便、互不干扰。校园内各建筑之间、校内建筑和校外相临建筑之间的间距符合城市规划、卫生防护、日照、防火等有关规定。
整个学校内动、静区布局合理。在校园空地内设置学习园地、休息亭及绿化带。并在靠近校外的四周种植能吸滞噪音的树木，形成隔音带，给学生提供一个安静、舒适、清洁的学习、生活、运动场所。
1.4 墙体设计
（1）墙体均采用蒸压粉煤灰砖，外墙厚370mm，内墙厚240mm。
（2）外墙均贴40厚聚苯乙烯保温板。
（3）墙体均由混合砂浆砌筑。
1.5 工程做法
表1-1 工程做法
| 部位 | 名称 | 做法 | 编号 | |||
| 屋面 |
水泥砂浆面层屋面 （不上人） |
①20厚1:2.5水泥砂浆保护层，每1m见方设分隔缝 ②25厚1:3水泥砂浆找平层 ③2-3厚麻刀灰隔离层 ④1.2厚合成高分子防水卷材一道 ⑤25厚1:3水泥砂浆找平层 ⑥80厚水泥聚苯板 ⑦1:6水泥焦渣找坡最薄处30厚 ⑧钢筋混凝土屋面板 |
参照青02J01-176-屋Ⅲ2 | |||
| 楼面 | 卫生间 | 铺地砖楼面 |
①铺8-10厚地砖楼面，干水泥擦缝 ②撒水泥面 ③30厚1:3干硬性水泥浆结合层 ④1.5厚合成分子涂膜防水层四周翻起150高 ⑤1:3水泥砂浆找坡，最薄20厚 ⑥100厚现浇钢筋混凝土板 |
青02J01-73-楼41 | ||
| 其它房间 | 现浇水磨石楼面 |
①10厚1:2.5水泥磨石面层磨光打蜡 ②水泥砂浆一道（内渗建筑胶） ③20厚1:3水泥砂浆找平层，上卧分隔条 ④水泥浆一道（内渗建筑胶） ⑤120厚现浇钢筋混凝土楼板 |
青02J01-62-楼7 | |||
| 踢脚 | 现浇水磨石踢脚 |
① 10厚1:2.5水泥磨石面层磨光打蜡 ② ②水泥浆一道（内渗建筑胶） ③ 8厚1:3水泥砂浆打底扫毛 ④ ④水泥浆一道甩毛（内渗建筑胶） |
青02J01-91-踢5 | |||
| 内墙面 | 纸筋灰墙面 |
①刷内墙涂料 ②2厚纸筋灰抹面 ③6厚1:3石灰膏砂浆 ④8厚1:3:9水泥石灰膏砂浆打底划出纹理 ⑤刷界面剂一道 |
青02J01-119-内10 | |||
| 顶棚 | 卫生间 | PVC条板顶棚 |
①钉塑料线脚 ②9厚阻燃型PVC条板面层，宽136（或186）用木螺丝与龙骨固定 ③40X40木横撑设于条板纵向接缝处 ④40X40木龙骨中距500，找平层后用A3低碳镀锌钢丝绑扎固定在般地钢筋环下，龙骨与底板之间加垫木 ⑤现浇混凝土板底预留A10钢筋吊环，双向中距  1200 |
青02J01-151-棚29 | ||
| 其它房间 | 水泥砂浆顶棚 |
①刷涂料 ②5厚1:2.5水泥砂浆抹面找平 ③5厚1:3水泥砂浆打底 ④刷素水泥浆一道（内渗建筑胶） ⑤现浇钢筋混凝土板 |
青02J01-142-棚5 | |||
| 墙裙 | 卫生间 | 贴瓷砖到顶 |
①白水泥擦缝 ②贴5-8厚釉面砖 ③5厚1:2建筑胶水泥砂浆粘结层 ④6厚1:0.5:2.5水泥石灰膏砂浆木抹子抹平 ⑤8厚1:1:6水泥石灰膏砂浆打底扫毛 ⑥刷界面剂一道 |
青02J01-104-裙11 | ||
| 其它房间 | 苹果绿色乳胶漆墙裙 |
①刷无光油漆或乳胶漆 ②6厚1:0.3:2.5水泥石灰膏砂浆压实抹光 ③10厚1:1:6水泥石灰膏砂浆打底扫毛 ④刷界面剂一道 |
青02J01-103-裙7 | |||
| 外墙 | 喷（刷）涂料墙面 |
① 喷（刷）外墙涂料 ②6厚1:2.5水泥砂浆找平 ② 6厚1:0.5:2.5水泥石灰膏砂浆刮平扫毛 ④6厚1:1:6水泥石灰膏砂浆刮平扫毛 ⑤刷（抹）界面剂一道 |
青02J01-26-外15 | |||
（1）
所对应的绝对标高由甲方自定。（2）建筑物室内外高差为450mm。
（3）实验室首层下沉300mm，阶梯教室下沉300mm，具体标高见平面图。
1.7 无障碍设计
根据《无障碍设计规范》（GB50763-2012）的要求，在建筑物主入口处设有无障碍坡道，坡度为1/10，坡道为用直线型坡道，在坡道凌空侧设有扶手，且在扶手下设有50高的安全挡台，建筑物入口门均采用平开门，同时在首层卫生间内设置无障碍厕位。
1.8 建筑设计依据
[1]建筑设计防火规范(GB 50016-2012)
[2]中小学校设计规范(GB 50099—2011)
[3]建筑地基基础设计规范(GB 50007-2011)
[4]砌体结构设计规范(GB50003-2011)
[5]建筑结构荷载规范(GB50009-2012)
[6]建筑抗震设计规范(GB50011-2010)
[7]无障碍设计规范 (GB50763-2012)
[8]建筑结构制图标准(GB50105-2010)
[9]《公共建筑节能设计标准青海省实施细则》DB63/617-2007
[10]《公共建筑节能设计标准》GB50189-2005
[11]《房屋建筑学》、《砌体结构》等相关课本。
参考文献
[1]总图制图标准(GB/T 50103-2010), [S] 北京：中国建筑工业出版社，2010.
[2]房屋建筑制图统一标准(GB 50001-2010), [S] 北京：中国建筑工业出版社，2010.
[3]建筑结构制图标准(GB 50105-2010), [S] 北京：中国建筑工业出版社，2010.
[4]建筑设计防火规范(GB 50016-2010), [S] 北京：中国建筑工业出版社，2010.
[5]中小学校建筑设计规范(GB 50099-2011), [S] 北京：中国建筑工业出版社，2011.
[6]建筑结构荷载规范(GB 50009-2012), [S] 北京：中国建筑工业出版社，2012.
[7]混凝土结构设计规范(GB 50010-2010),[S] 北京：中国建筑工业出版社，2010.
[8]建筑地基基础设计规范(GB 50007-2011),[S]. 北京：中国建筑工业出版社，2011.
[9]建筑抗震设计规范(GB 50011-2010)[S].北京：中国建筑工业出版社，2010.
[10]砌体结构设计规范（GB50003-2011）[S].北京：中国建筑工业出版社，2011
[11]同济大学，东南大学，西安建筑科技大学，重庆大学编.房屋建筑学[M].北京：中国建工出版社，2000.
[12]高大钊.土力学与基础工程[M].北京：中国建筑工业出版社，2003.
[13]郭继武编著．建筑抗震设计（第三版）[M]．北京：中国建筑工业出版社，2011．
[14]沈蒲生编著．高层建筑结构设计（第二版）[M]．北京：中国建筑工业出版社，2011．