地下建筑结构课程设计

中国矿业大学银川学院——专业课程设计任务书课程名称：《地下建筑结构》学生姓名：学号：班级：指导教师：刘科元一、课题设计与分工要求（一）设计课题课题：浅埋地下通道设计（二）课题分工与要求课题：所有同学完成，每位同学参数不同。

二、目的和要求1、掌握常见各地下结构的设计原则与方法，了解基本的设计流程；2、综合运用地下工程设计原理、工程力学、钢筋混凝土结构学及工程施工、工程技术经济的基本知识、理论和方法，正确地依据和使用现行技术规范，并能科学地搜集与查阅资料（特别希望各位同学能够充分利用好网络资源）；3、掌握地下建筑结构的荷载的确定；矩形闭合框架的计算、截面设计、构造要求；附建式地下结构的内力计算、荷载组合、截面设计及构造；基坑围护结构的内力计算、稳定性验算、变形计算及构造设计；沉井结构与地下连续墙结构的施工过程及计算要点。

4、掌握绘制地下结构施工图的基本要求、技能和方法；5、要求同学们以课题为核心，即要求团结协作，培养和发扬团队精神，又要求养成独立自主，勤奋学习，培养良好的自学能力和正确的学习态度。

三、应完成的设计工作量（一）计算书一份1、设计资料：任务书、附图及必要的设计计算简图；2、荷载计算、尺寸的确定、内力计算、截面的设计及验算、稳定性验算、抗浮的验算、基础承载力的计算等（根据各课题的要求不同选择计算内容）；3、关键部位配筋的注意事项。

4、可能的情况下提供多施工方案（两个即可）比较。

5、依据施工要求的截面尺寸设计。

（二）绘制施工图（沉井法或地下连续墙））1、必要的平、立、剖面、大样图；2、必要的文字说明。

四、设计时间：一周（12月24日至12月28日）五、主要参考资料1、《地下建筑结构》（第一版），朱合华主编，中国建筑工业出版社编，20052、《地下结构工程》，东南大学出版社，龚维明、童小东等编，20043、《建筑基坑支护技术规程（JGJ120-99）》，中国建筑工业出版社，19994、《基坑工程手册》，中国建筑工业出版社，刘建航、候学渊编，19975、《钢筋混凝土结构设计规范》（GB50010-2002），中国建筑工业出版社，20026、《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002），中国建筑工业出版社，20027、中华钢结构论坛（）。

————目录————一、设计资料1.1设计数据资料 (1)1.2结构尺寸及示意图 (1)1.3重心计算 (1)1.4计算半径 (2)二、基本使用阶段荷载计算2.1垂直荷载 (2)2.2均布荷载 (2)2.3三角形侧载 (2)2.4自重 (2)2.5拱背荷载 (2)2.6拱底反力 (2)三、管片配筋计算3.1材料选择 (4)3.2截面配筋计算1）截面设计 (4)2）截面复核 (6)四、管片接头验算4.1负弯矩接头 (7)4.2正弯矩接头 (8)五、顶推力验算 (9)六、心得体会 (10)七、设计规范 (11)八、主要参考文献 (11)九、上交材料 (11)盾构管片课程设计一、设计资料教师评阅:1.1设计数据资料管片外径11.5m管片内径10.3m覆土深度20.1m土层容重14.1kN/m³饱和容重19.1 kN/m³地下水位1.1m土层内摩擦角17.1°土层粘聚力 24 kN/㎡1.2结构尺寸及示意图1.3重心计算盾构管片课程设计教师评阅: 重心z=300mm1.4计算半径r=5.15+0.3=5.45m二、基本使用阶段荷载计算2.1垂直荷载q=1.1×1.41+（20.1-1.1）×（1.91-1）=18.84t/㎡2.2均布荷载p1=18.84×tan²（45-17.1/2）-2×2.4×tan（45-17.1/2）=6.73 t/㎡2.3三角形侧载p2=2×5.45×tan²（45-17.1/2）×0.91=5.41 t/㎡2.4自重g=2.6×0.6=1.56 t/㎡2.5拱背荷载G=2（1-π/4）×5.45²×0.91=11.62 t/㎡2.6拱底反力Pr=18.84+1.56π+0.2146×5.45×0.91-π/2×5.45×1=16.24 t/㎡计算的M和N见下表。

地下建筑结构课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能够掌握地下建筑结构的基本概念、分类及其应用场景。

2. 学生能够理解地下建筑结构的主要受力特点及影响因素。

3. 学生能够掌握地下建筑结构设计的基本原则和方法。

技能目标：1. 学生能够运用所学知识分析地下建筑结构的受力情况，并进行简单计算。

2. 学生能够运用地下建筑结构设计原则，设计出合理的地下建筑结构方案。

3. 学生能够通过实际案例，分析地下建筑结构在设计、施工和运维过程中的问题及解决方法。

情感态度价值观目标：1. 学生能够认识到地下建筑结构在我国城市化进程中的重要作用，增强对地下空间利用的认识。

2. 学生能够培养对地下建筑结构设计和施工的严谨态度，提高职业素养。

3. 学生能够关注地下建筑结构领域的最新发展，激发对科学研究的兴趣。

课程性质：本课程为专业选修课，旨在帮助学生了解地下建筑结构的基本知识，提高解决实际问题的能力。

学生特点：学生为高中二年级学生，具备一定的物理和数学基础，但对地下建筑结构知识了解较少。

教学要求：结合学生特点和课程性质，采用案例分析、小组讨论等形式，注重理论与实践相结合，提高学生的实际操作能力和创新能力。

通过本课程的学习，使学生在知识、技能和情感态度价值观方面达到上述目标，为未来进一步学习相关领域知识打下坚实基础。

二、教学内容本章节教学内容依据课程目标，结合教材《土木工程基础》中关于地下建筑结构的相关章节进行组织。

1. 地下建筑结构基本概念- 地下空间利用及分类- 地下建筑结构的特点及优势2. 地下建筑结构受力特点- 地下建筑结构受力分析- 影响受力特点的因素3. 地下建筑结构设计原则与方法- 设计原则与要求- 结构设计计算方法4. 地下建筑结构施工与运维- 施工技术及工艺- 运维管理及注意事项5. 案例分析- 著名地下建筑结构案例介绍- 案例中存在的问题及解决方法教学进度安排：第一课时：地下建筑结构基本概念第二课时：地下建筑结构受力特点第三课时：地下建筑结构设计原则与方法第四课时：地下建筑结构施工与运维第五课时：案例分析及讨论教学内容科学性和系统性：本章节内容涵盖了地下建筑结构的各个方面，从基本概念、受力特点、设计原则、施工与运维等方面进行系统讲解，确保学生全面掌握地下建筑结构相关知识。

地下建筑结构》课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能够掌握地下建筑结构的基本概念、分类及功能。

2. 学生能够理解地下建筑结构的设计原则，包括承重、防水、通风等方面。

3. 学生能够了解地下建筑结构在城市建设中的应用及其优点。

技能目标：1. 学生能够运用所学知识分析地下建筑结构的优缺点，提出改进方案。

2. 学生能够通过实际案例分析，掌握地下建筑结构的设计方法和施工技术。

3. 学生能够运用图示、模型等形式，展示地下建筑结构的设计理念。

情感态度价值观目标：1. 培养学生对地下建筑结构的兴趣，激发他们对城市建设的热情。

2. 增强学生的团队合作意识，培养他们在设计过程中尊重他人意见的良好品质。

3. 培养学生的创新精神，使他们认识到地下建筑结构在可持续发展中的重要性。

本课程旨在帮助学生掌握地下建筑结构的基本知识，提高他们的设计能力和实践操作技能。

结合学生的年龄特点和认知水平，课程内容以实际案例为载体，注重理论与实践相结合，培养学生的创新意识和解决问题的能力。

通过本课程的学习，学生将能够更好地理解地下建筑结构在现代社会中的重要作用，为未来城市建设贡献力量。

二、教学内容1. 地下建筑结构基本概念：包括地下建筑的定义、分类、功能及发展历程。

- 教材章节：第一章 地下建筑结构概述2. 地下建筑结构设计原则：讲解承重、防水、通风、采光等方面的设计要求。

- 教材章节：第二章 地下建筑结构设计原理3. 地下建筑结构施工技术：介绍常见的施工方法、工艺流程及质量控制要点。

- 教材章节：第三章 地下建筑结构施工技术4. 地下建筑结构案例分析：分析具有代表性的地下建筑项目，总结其设计理念、施工技术和优缺点。

- 教材章节：第四章 地下建筑结构案例分析5. 地下建筑结构创新设计：引导学生运用所学知识，开展创新设计实践。

- 教材章节：第五章 地下建筑结构创新设计6. 课程总结与拓展：对本课程内容进行总结，探讨地下建筑结构在可持续发展、城市更新等方面的应用前景。

地下建筑结构课程设计——浅埋式闭合框架结构设计计算书指导老师：刘国利班级：土地0702学生姓名：李俊友学号：07002653太原理工大学矿业工程学院地下工程系一、设计资料（658）1、框架几何尺寸及荷载如图1所示。

无地下水。

按不同用途、埋深和岩土性质，框架荷载最不利组合值：荷载q1=35kN／m2；q2=20kN／m2。

框架几何尺寸L x=4200mm；L y=3400mm。

2、材料:地基的弹性压缩系数K=4.0×104kN／m3，弹性模量E0=5000kN／m2。

混凝土：C30，f t=1.43N／mm2，f c=14.3N／mm2，弹性模量E=3.0×107kN ／m2，α1=1。

钢筋：受力筋采用HRB335或HRB400级钢筋；其它钢筋采用HPB235级钢筋f y=f y'=210N／mm2，ξb=0.614；HRB335级钢筋f y=f y'=300N／mm2，ξb=0.550。

纵向受力钢筋的混凝土保护层最小厚度为50mm。

·二、计算内力步骤1、根据结构力学及弹性地基梁的知识计算X1和X2δ11*X1+δ12*X2+Δ1q=0δ21*X 1+δ22*X 2+Δ2q =0其中δ11=δ11'+b 11；δ12=δ21=δ12'+b 12；δ22=δ22'+b 22；Δ1q =Δ1q '+b 1q ；Δ2q =Δ2q '+b 2q ；δ11'=EI1(2×0.5×3.4×3.4×2/3×3.4)=4.85235E-05δ12'=EI1(2×0.5×3.4×3.4×1)= 2.14074E-05δ22'=EI1[2×(1×2.1×1+1×3.1×1)]= 2.03704E-0544.144.144.144.10.750.75Mp图Δ1q '=-EI1(2×0.5×3.4×3.4×77.175+2×1/3×3.4×115.6×3/4×3.4)= -0.0028Δ2q '=-EI1(2×1/3×2.1×77.175×1+2×3.4×1×77.175+2×1/3×3.4×115.6×1)= -0.0014根据弹性地基梁公式以及梁两端的初使条件M 0和Q 0可求出θ0x: M A =202αbky ϕ3+304αθbk ϕ4-3.4ϕ1 Q A =α20bky ϕ2+22αθbk ϕ3+3.4αϕ4 而b 11=-2×3.4×θ01;b 22=-2×θ02;b 12=b 21=-2×θ01; b 1q =-2×3.4×θ0q ;b 2q =-2×θ0q (详细数据见下表）表一 X 1和X 2的系数δ11' 4.85235E-05δ22'2.03704E-05Δ2q ' -0.0014b 11 8.792E-05b 22 7.606E-06b 2q -0.00143δ11 0.00013644δ22 2.8E-05 Δ2q-0.00283δ12' 2.14074E-05Δ1q ' -0.0028 b 12 2.58588E-05b 1q -0.00486114δ124.73E-05Δ1q-0.00766解得： X 1=50.98kN X 2=14.94kNm2、叠加弯矩（弹性地基梁按第三章弹性地基梁公式计算），计算截面弯矩并画弯矩图顶板：M(x)= 14.94-21×35×x 2侧墙：M(x)= 50.98x+14.94-77.175-21×20×x 2 底板：按照弹性地基梁公式以及梁两端的初使条件M 0和Q 0可求出θ0和y 0，然后 按照公式求各截面弯矩，如下： M (x)=202αbky ϕ3+304αθbk ϕ4+M 0ϕ1+202ϕαQM(X)顶板截面 1 2 3 4M(X1)/kNm 29.16381 4.663811-10.0362-14.9362M(X)侧墙截面 1 2 3 4 5 6 7 )/kNm 29.16381 5.094454-9.34157-14.1443-9.31362 5.1503629.24767M(X2M(X)底板截面 1 2 3 4 5 6 7 M(X)/kNm 29.24767 4.900069-9.50501-14.2424-9.44642 4.97354529.24767 3（注：弯矩以内侧受拉为正，外侧受拉为负）29.1629.1629.2529.2514.2414.9414.1414.14弯矩图KN·M3、根据结构力学中的据已知弯矩做剪力图（注：弹性地基梁的剪力图按第三章弹性地基梁公式计算） Q(X)底板截面 12 3 4 5 6 7Q(X 3)/kN -42-27.5638 -13.5387 0.162548 13.82943 27.7586242424250.9750.9751.0251.024242剪力图KN·M4、根据结构力学知识画轴力图424250.9850.984242102102轴力图(KN)三、计算配筋1、按偏心受压构件（对称配筋）计算顶板、侧墙及底板横向受力钢筋 首先根据ηe i 判别大偏心还是小偏心（由数据可知4根柱均属大偏心），然后按照下述公式计算配筋：X=bf Nc 1α As=As′=)()2(001'-'--s y c a h f xh bx f Ne α (详细数据见下表：)NMe a =1000/30 e 0=M/N 顶板配筋 50.98kn 29.16knm 33.33 572.11 侧墙配筋 42kn 29.16knm 33.33 694.38 底板配筋 51.02kn14.24knM33.33 279.13e i =e 0+e a h L 0=0.5L L 0/h顶板配筋 605.44 600 2100 2100/600=3.5 侧墙配筋 727.71 600 1700 1700/600=2.83 底板配筋 312.46 600 2100 2100/600=3.5η ηe ih 0=h-a s A=b*h 顶板配筋 6.5 3935.36>0.3h 0=165 550 600000 侧墙配筋4.6 3333.67>0.3h0=165550 600000底板配筋11.8 3687.03>0.3h0=165 550 600000X=N/α1fcb e=ηei+h/2-asAs=As' ρmin'bh顶板配筋 5.944082.21897.87<1100 1100 侧墙配筋 4.93541.46613.40<1100 1100 底板配筋 5.953786.09814.80<1100 1100 实际配筋As=As'顶板配筋1200侧墙配筋1200底板配筋12002、其它钢筋按构造要求配筋（具体详见每米钢筋明细表）名称编号简图钢筋级别直径间距受力钢筋①214 @125 ④214 @125纵向分布钢筋③212顶、底板：12@250侧墙：14@2500 ⑤212顶、底板：12@250侧墙：14@250箍筋②28 @200⑥28 @250 (注：顶、底板的箍筋弯钩配置在断面受压一侧）四、施工说明施工时请注意施工说明书与施工图的结合。

《地下建筑结构课程设计》教学大纲课程编号：030237 学分：2 总学时：2周+20（上机） 大纲执笔人：张子新 大纲审核人：丁文其一、课程设计性质与目的通过对地下建筑结构工程的设计，初步掌握隧道等常用地下建筑结构设计的步骤和方法，巩固和加深所学的地下建筑结构计算方法及相关的理论知识。

二、课程设计基本要求运用《地下建筑结构》课程已学习的知识，理论联系实际，解决实际工程问题。

要求独立完成一般地下建筑结构布置；计算简图确定；结构构件截面尺寸估算；土压力等荷载、内力和配筋的计算；绘制施工图等综合能力的训练。

通过地下建筑的结构设计、计算，加深理解地下结构设计的基本理论及概念，提高分析和解决问题的能力。

三、课程设计基本内容 1、隧道断面结构设计资料设有某地下洞室工程所处地层的围岩类型介于丙Ⅰ类和丙Ⅱ类之间，时有地下水的活动影响，地层容重γ0＝25kN/m3，抗力系数k ＝3×105 kN/m3，kd ＝4×105 kN/m3，衬砌材料：拱圈边墙采用C15混凝土，γ＝24 kN/m3，E ＝2.6×107 kN/m2，平均超挖每边0.1m.使用要求：内净跨l0/2＝4.45m ，内净高7.8m ＋0.27m ，根据净空高度及结构要求选定d0＝0.6m ，dn ＝0.9m ，dc ＝1.0m ，R0＝4.68m ，边墙底部展宽0.2m ，厚度0.6m 。

建议：(1). m l R R f 23090.3)2/(20200=--=； (2) 侧压系数ξ＝0.1, 荷载计算321q q q q ++=；(3) 要求：（1）计算书 （2）内力图 （3）设计断面图；(4) 独自编制程序，并附详细计算书；2、地铁隧道结构设计资料设计的管片衬砌可安全承受设计荷载，基本资料如下： （1）隧道功能设计的隧道将用作地铁隧道。

（2）设计条件 （3）管片尺寸管片类型：RC ，平板型管片 管片衬砌直径：Do = 9500 mm 管片衬砌矩心半径：Rc = 4550 mm 管片宽度：b=1200mm 管片厚度：t=400mm（4）围岩状况埋深：H=12．3m地下水位：G.L. + 0.6m Hw= 12.3+0.6= 12.9 mN值：N=50土的容重：γ= 18 kN/m3土的水下容重：γ’=8 kN/m3土的内摩擦角：Ф= 32°土的粘性：C = 0 kN/m2反作用系数：k = 20 MN/m3侧向土压系数：λ= 0.5附加荷载：p0 = 39.7 kN/m2土的状况：砂质材料允许应力：混凝土：额定强度fck=42 MN/m2允许抗压强度δca=17 MN/m2允许抗剪强度τca=0.55 MN/m2钢筋(SD35)：允许强度：δsa= 200 MN/m2螺栓(材料8．8)允许抗拉强度：δBa = 240 MN/m2四、实验或上机内容基于所采用的设计方法，编制相应的程序。

地下结构设计课程设计简介本课程设计旨在让学生了解地下建筑结构设计的基本原理、计算方法及应用技术，掌握地下结构设计的基本流程，培养设计思维和解决实际问题的能力。

课程目标1.掌握地下结构设计的基本原理和方法；2.熟悉地下结构设计的规范和标准；3.能够进行地下结构设计的计算和分析；4.能够根据实际情况进行地下结构设计；5.提高学生的设计思维和实际操作能力。

教学内容第一章简介1.1 地下结构设计的定义和概述1.2 地下结构设计的发展和应用第二章基础知识2.1 岩土力学基础知识2.2 基坑支护原理2.3 开挖法及其影响第三章地下结构类型3.1 地下建筑物类型及其特点3.2 地下环境条件的影响第四章设计基础4.1 大地工程基础制图4.2 地下水文地质勘察4.3 岩土勘察及其分析第五章地下结构设计5.1 地下结构设计的思路和流程5.2 线型结构5.3 离散结构5.4 圆筒形结构5.5 圆弧形结构5.6 多孔介质渗流问题第六章地下结构施工6.1 地下施工基本流程6.2 地下工程施工中的问题与解决方案6.3 输送系统施工技术6.4 井筒施工技术课程设计本课程设计要求学生按照所学知识，设计一个复杂的地下结构。

具体设计包括以下步骤：第一步：选定地下结构类型，如地下车库、地下商场等，完成初始设计。

第二步：进行支护计算和稳定性分析，确定支撑结构类型、深度和间距等参数。

第三步：进行地下排水设计，包括设计排水管道、关键位置安装水位计等。

第四步：进行地下空气调节设计，确定送风方式、通风量等。

第五步：进行安全分析，考虑潜在危险和可能发生的事故，制定预案。

第六步：进行施工方案设计，确定施工流程、备品备件等。

第七步：进行经济评估，评估地下结构建设前后经济效益。

评分标准1.课程设计报告内容完整，包括设计思路、计算过程、数据统计、结论及建议等；2.设计方法合理，结果可靠；3.设计报告文字表达清晰、简洁、易懂；4.设计报告格式规范，符合要求；5.操作技能扎实，能够独立完成设计任务；6.报告答辩表现积极，回答问题准确、清晰。

完整版地下建筑结构课程设计计算书一、设计题目（1 ）设计任务1、将某浅埋地下通道结构进行结构设计2、确定结构构件的截面尺寸。

3、确定结构的计算简图。

4、各构件的荷载、内力及配筋计算。

5、手绘和计算机绘制结构配筋图。

（2）基本资料某浅埋地下通道结构尺寸示意下所示。

1、埋置深度： 9.8m 。

2、地下水位：自然地面以下7m 。

3、土层①：粉质粘土，重度、内摩擦角、粘聚力分别为 r1=18kN/m，c =10kN/m，φ =15 °。

土层②：粘土，重度 =17kN/m，c =25kN/m，φ =15 °土层 3 ：粘土，天然重度 =17.5kN/m饱和重度 =19.5kN/m， c =27kN/m，，φ =17 °4、土层厚度以埋置深度为界。

5、水土压力分项系数： 1.2 。

6、地面超载荷载分项系数：地面活载荷载分项系数为 1.4 。

地面恒载荷载分项系数为 1.2.7、混凝土强度等级为C30 ；重度为 25kN/m；弹性模量为 1.4 10MPa ；泊松比为0.167 。

8、钢筋等级为 HPB335 。

9、地基变形模量为50MPa ；泊松比为 0.3 。

（3）计算假定1、结构刚度远大于地基土的刚度。

2、不考虑结构侧向位移。

3、计算时忽略加腋的影响。

4、考虑荷载最不利组合。

（4）参考规范1、《混凝土结构设计规范》——GB50010-20102 、《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》——JTGD62-20043、《公路桥涵地基与基础设计规范》——JTGD63-20074、《公路桥涵设计通用规范》——JTG D60-20045、《建筑结构制图标准》——GBT50105 — 2001二、荷载计算 .（1）顶板荷载计算1、覆土压力：q土r i h i 18317 4 (19.510) 2.8 148.6KN / m22、水压力：q水r w h w10 2.828KN / m 23、顶板自重： q d 25 0.615KN / ㎡4、地面恒载及活载： q 1.4 p1 1.2 p2 1.4 8 1.24 16KN/m25、综上所述， q顶 1.2 （148.628 15） 16245.92KN/ ㎡（2）板底荷载计算q底q顶p（0.60.6 0.4） (4.73 1.2) 0.6 25 / 8.4256.00KN / ㎡245.92L（3）地基反力计算地下通道结构刚度远大于地基土的刚度，故假定地基反力为直线分布。