地下建筑结构课程教学大纲要点.doc

《地下建筑结构》课程教学大纲
课程编号：031190 学分：3 总学时：51
大纲执笔人：张子新 大纲审核人：丁文其
一、课程性质与目的
《地下建筑结构》是土木工程专业限定选修课，是从事地下建筑工程设计与施工的专业课程。
通过本课程的学习，使学生掌握或了解地下建筑结构设计的基本原理和设计计算方法，能够根据地下结构所处的不同介质环境、使用功能和施工方法设计出安全、经济和合理的结构。

二、课程基本要求
通过学习，学生在掌握地下建筑结构理论和应用知识方面应该达到如下要求：（其中基础理论部分为必须达到；工程应用部分因工程类型繁多，可根据实际需要按课内学时分配表选用。

（一） 基础理论部分
1、 了解地下建筑结构的概念和作用，熟悉土层和岩石中地下结构的常见结构形式和结构设计的一般程序与内容；
2、 了解土层和岩石地下衬砌结构的荷载，了解结构弹性抗力的概念和计算理论，掌握常见荷载的计算方法和弹性抗力的局部变形理论计算方法。
3、 了解地道式结构适用环境和构造，掌握拱形衬砌结构的设计计算内容和方法；
4、 了解地层与地下结构共同作用的概念、分析原则和工程应用。

（二） 工程应用部分
1、 了解各种隧道结构的适用环境和构造，掌握拱形衬砌结构的设计计算内容和方法
2、 了解浅埋式地道结构的形式、构造特点。掌握矩形框架结构的分析与设计方法。
3、 了解附建式地下结构（地下室）的结构选型和设计计算内容，掌握常见地下室结构的设计计算方法。
4、 了解盾构隧道和顶管隧道的功能和适用环境，了解顶管结构的设计计算内容和方法，掌握盾构隧道结构的设计计算方法和构造要求。
5、 了解沉井、沉管结构的类型和特点，了解沉管结构的设计计算内容和方法，掌握沉井结构的设计计算和构造处理。
6、 了解喷锚结构的概念和设计计算方法，熟悉新奥法的原理和实际运用。
7、 了解基坑工程围护结构的主要类型和构造。掌握水泥土、地下连续墙等围护结构的设计方法。掌握支撑体系的设计方法。

三、教学的基本内容
（一） 绪论
1． 地下结构的概念和功用
地下结构的概念、功用和特点。
2． 地下结构的形式
地下结构的结构形式和适用环境。

（二） 衬砌结构的荷载
1． 荷载分类和组合
地下结构的荷载类型、组合原则和方式。
2． 土层压力和围岩压力的计算理论和方法
土层环境中不同土质下土压力的确定方法，岩石围岩压力的计算方法。
3． 地下结构弹性抗力
局部变形理论和共同变形理论的基本思想和假定，局部变形理论的具体计算方法。
4． 水压力、地震荷载和人防动荷载等的计算
（三） 弹性地基中结构物的计算
1、 概述
弹性地基理论的概念、解析解与数值方法、优缺点与适用场合。
2、 弹性地基梁
能量原理、有限元表达式、软件设计、工程应用。
3、 地下框架结构
有限元表达式、软件设计、工程应用。
4、 物殊的课题
深梁的计算、杆系结构的几何非线性、弹性地基板。
（四） 地层与地下结构的共同作用
1、 概述
共同作用的概念、分析方法的现状、地下结构的合理设计方法。
2、 地层模型
弹塑性模型
（五） 地道式结构
1． 概述
地道式结构的受力特点，地道式结构的类型和适用环境
2． 地道式结构的荷载计算
水平土压力和垂直土压力的计算，围岩水平压力和垂直压力的计算，结构其它荷载的计算。
3． 单层单跨拱形结构的内力计算和设计
概述，结构构件几何尺寸的计算，计算理论和简图，构造和配筋。
4． 单跨双层和单层多跨连拱结构的构造和计算
单跨双层结构计算简图和内力计算特点，多跨连拱结构的内力计算。
（六） 附建式地下结构（地下室）
1． 概述
地下室的功用、与基础的关系、设计计算的主要问题和结构类型
2． 梁板式地下室
结构选型，荷载计算，计算简图和内力计算，构件配筋与构造
3． 桩箱、桩伐基础和地下室的结构计算
不同上部结构下的地下室结构及其荷载、内力计算方法
4． 考虑人防要求的地下室结构设计
人防荷载特点和计算方法，人防地下室的设计内容和计算方法，口部处理
（七） 盾构隧道和顶管隧道
1． 概述
盾构隧道和顶管隧道的功用、特点和适用范围，设计计算内容
2． 盾构隧道
结构类型，荷载确定，计算理论，计算简图，内力计算，构造和配筋
3． 顶管隧道
结构类型，荷载确定，计算理论，计算简图，内力计算，构造和配筋
（八） 沉井、沉管和地下连续墙
1． 概述
沉井、沉管和地下连续墙的概念、适用范围和特点，
2． 沉井结构
沉井的结构类型和构造，设计计算内容，荷载计算，主要构件的设计计算和构造配筋，设计计算的若干问题
3． 沉管结构
沉管结构的类型和构造，结构设计，管段连接和防水技术
4． 地下连续墙
地下连续墙类型，结构设计，接头设计
（九） 喷锚结构
1． 喷锚结构的作用原理
2． 锚杆设计原理和计算方法
锚杆加固拱顶危岩的计算，锚杆加固侧墙危岩的计算，锚杆整体加固的计算，
3． 喷混凝土设计原理和计算方法
喷混凝土局部加固的设计原理和计算方法，喷混凝土组合拱的设计原理和计算方法
4． 新奥法原理和运用
（十） 地下结构矩阵分析方法和弹性地基梁杆系有限元方法
1． 概述
地下结构矩阵分析方法的概念，地下结构弹性地基梁杆系有限元的概念
2． 地下结构矩阵分析方法的运用
矩阵分析方法的计算原理，地下结构矩阵分析法计算步骤，圆形衬砌结构的矩阵力法分析
3． 弹性地基梁杆系有限元
基本原理，计算方法和步骤，弹性地基上矩形闭合框架的杆系有限元分析

四、实验或上机内容
采用计算机算法语言编制一般的结构计算程序用于地下连续墙结构、沉管结构、盾构衬砌结构、连拱隧道衬砌结构、弹性地基上矩形闭合框架等的计算。

五、前修课程要求
1． 土力学、岩石力学、弹性力学有限元
2． 材料力学和结构力学
3． 钢筋混凝土结构

六、学时分配

序号

内 容
学 时 安 排

小计
理论
课时
实验
课时
习题
课时
上机
课时
1
绪论
2

2
衬砌结构的荷载
2

3
地道式结构
6

2
2

4

地下室的设计
6

2

5
盾构隧道和顶管隧道
6

6
沉井、沉管和地下连续墙
6

1

7
喷锚结构
4

8
地下结构矩阵分析和弹性地基梁杆系有限元
6

2

9
复习与考试
4

总 计
42

5
4
51

七、建议教材和参考书
建议教材：
《地下建筑结构》，朱合华、张子新，中国建筑工业出版社，2006年。
《地下建筑结构》冯紫良等主编，待出版。

参考书：
1. 岩石地下建筑结构，重庆建筑工程学院等四校编，中国建筑工业出版社，1982年。
2. 土层岩石地下建筑结构，同济大学等编，中国建筑工业出版社，1982年。
3. 徐干成、白洪才、洪颖人、刘朝编著.《地下工程支护结构》.中国水利水电出版社，2002年
4. 谷兆祺、彭守拙、李仲奎编著.《地下洞室工程》.清华大学出版社，1994年
5. 龚维明、童小东、缪林昌、穆保岗编著.蒋永生主审.《地下结构工程》.东南大学出版社，2004年
6. 张庆贺主编. 朱合华、黄宏伟副主编.《地下工程》.同济大学出版社，2005年
习   题  
第一篇  总论
第一章              绪论
思考题
1.1简述地下建筑结构的概念及其型式。
1.2          简述地下建筑结构设计程序及内容。

第二章              地下结构的荷载
思考题
2.1地下建筑荷载分为哪几类？
2.2简述地下建筑荷载的计算原则？
2.3简述土压力可分为几种形式？其大小关系如何？
2.4静止土压力是如何确定的？
2.5库伦理论的基本假定是什么？并给出其一般土压力计算公式？
2.6应用库伦理论，如何确定粘性土中的土压力大小？
2.7简述朗肯土压力理论的基本假定？
2.8如何计算分层土的土压力？
2.9不同地面超载作用下的土压力是如何计算的？
2.10考虑地下水时的水平压力是如何计算的？
2.11简述围岩压力的概念及其影响因素。
2.12简述围岩压力计算的两种理论方法？二者有何区别？
2.13简述弹性抗力的基本概念？其值大小与哪些因素有关？
2.14如何确定弹性抗力？
2.15简述温克尔假定。

第三章  弹性地基梁理论
思考题
3.1        简述弹性地基梁两种计算模型的区别。
3.2        简述弹性地基梁与普通梁的区别。
3.3        简述弹性特征系数的含义及其确定公式。
3.4        何为弹性地基短梁、长梁及刚性梁？有什么区别？
习题
3.1  如图所示，无限长弹性地基梁，在O点作用集中力P，求梁的变位及内力公式。
         3.2  如图所示，两端简支于刚性支座上的弹性地基梁，沿全长受有场布荷载q。试导出梁的变位及内力公式。
3.3  设在无限长梁上作用四个集中荷载，试求B点的挠度及弯矩。已知。

第四章  荷载结构法
思考题
4.1荷载结构对受力模型有何假设
4.2荷载结构法将土体对结构的作用分为哪两部分
4.3荷载结构法如何考虑管片与地基间的相互作用

第五章  地层结构法
思考题 
   5.1地层结构法的受力模型如何假设，与荷载结构法有何异同。
    5.2地层结构法中将土层模拟为平面材料，这对结构的实际受力有何影响。

第六章  地下建筑结构可靠度理论
思考题
    6.1可靠度的基本概念，地下工程的可靠度分析的特点。
    6.2地下结构系统可靠度评价的常规方法有哪些。
    6.3可靠度分析对地下施工技术、方案设计有何影响。

第二篇 土层地下建筑结构
第七章        浅埋式结构
思考题
    7.1浅埋式结构的适用场合。
    7.2浅埋式结构的地层荷载如何考虑。
    7.3矩形框架结构法的计算原理。

第八章  附建式大楼地下室
思考题
    8.1附建式大楼地下室的结构形式有哪些。
    8.2附建式大楼与主楼间的基础连接处如何处理。
    8.3如何考虑主楼的基础荷载对附建式大楼结构受力的影响。

第九章              盾 构法隧道结构
思考题
1．盾构法隧道的适用条件及优缺点。
2．盾构法隧道衬砌结构的作用，衬砌结构的类型及其适用条件。
3．盾构衬砌管片的结构构造常识。
4．隧道衬砌结构承受哪些荷载作用，在计算这些荷载时应注意哪些问题。
5．隧道衬砌结构内力计算有哪几种方法，各个方法有何异同，优缺点。
6．隧道衬砌结构断面选择时都应验算哪些内容，在验算时都应注意什么。
7．隧道衬砌结构的防水、抗渗都可以采取那些措施。  

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