《地下建筑结构》课程教学大纲要点

《地下建筑结构》理论部分教学中的关键点探讨1 课程特点和理论教学侧重点地下建筑是在地层(土层或岩层)中修建的,结构和岩土的相互作用是地下建筑物区别于地上建筑物的一个显著特点。

强调这一特点,对学生掌握地下工程设计基本概念、计算方法和设计程序是十分有益的。

一般而言,在学习该课程时,学生已经具备建筑结构设计等基础知识,因此地下工程设计程序和内容对学生而言不难掌握。

但是,地层应力对于大多数地下工程而言,是至关重要的荷载。

一方面地层应力往往成为地下结构设计计算控制性指标;另一方面底层应力的计算具有复杂和不确定性。

这是尤其值得我们向学生强调的一点。

地层应力计算复杂主要由岩土材料基本特性所确定。

众所周知,人们对建筑工程中常用金属材料的物理力学性质了解的比较清楚,而对地质材料而言,目前人们还无法对整体岩土材料分布信息准确掌握,只能选取代表性的样品进行实验分析,因而岩土材料的基本物理力学性质也只能以代表性岩样的结果作为参考。

这是值得我们强调的第二点。

岩土是由多相组成的孔隙介质材料。

孔隙水压力在地下建筑设计中非常重要不可忽视。

因此要求学生复习回忆在土力学中所学的土的有效应力原理,以水土分算和水土合算为例,强调计算土压力时使用的是土浮容重还是土的饱和容重。

强调经典土压力理论的基本假设和适用条件;要求学生理解掌握围岩压力的基本概念,特别强调控制岩体稳定性的关键因素之一即岩体结构面的类型和特征。

初始地应力的确定不是一件容易的事情。

在重要的地下建筑物设计时,一般要对相应场址的地质资料进行调查分析并对地应力场进行测定。

地下开挖所导致的荷载释放,目前可用有限元法进行计算。

适当介绍有限元在地下开挖工程中的应用成果,对于激发学生深入岩土工程研究领域的兴趣是十分有益的,这可借用很短的动画演示来提高教学效果,但要控制在半分钟内,以避免偏离教学主题内容。

在地下建筑结构中,弹性地基梁和普通梁的主要区别可用两张图清楚的告诉学生。

无限超静定特点和支座的变形特点要在弹性地基梁图中清晰标明。

1.2地下建筑结构物的优缺点优点：1．限定视觉2.开放地面空间和土地的有效利用3.地下流通和输送4.环境和利益5.能源利用的节省和气候的控制6.相对稳定的温湿度7.自然灾害的保护8.安全防卫9.噪声和振动的隔离10.维修管理缺点：1.获得眺望和自然采光的机会有限2.进入和往来的不便3.环境能源利用上的限制1.3地下空间利用历史1.原始时代2.古代时期3.中世纪时代4.近代和现代1.4地下空间的作用与发展趋势作用：1.水工隧道可提供城市给水、排污水，对环境保护起重要作用 2.地下可提供贮藏空间和其他空间，使土地利用面积倍增 3.重要的生命线可充分利用地下，提高抗御自然灾害的能力 4.地下是提供放射性废弃物或其他有害废弃物唯一安全的场所5.交通隧道可提供安全、准时、快速、经济的交通手段6.增加了作为生产设施、事务所以及居住等地下空间的利用7.食品、液体、瓦斯等的地下贮存8.地下利用可极大地缓和城市的混杂发展趋势：1.大型建筑物向地下的自然延伸发展到复杂的地下综合体，进而发展到地下城2.地下市政设施的建设从地下供、排水管网发展到地下大型供水系统，地下大型能源供应系统，地下大型排水及污水处理系统，地下生活垃圾的清除、处理和回收系统和地下综合管线廊道1.5地下工程的利用形态1.人类生存和安全而利用的地下工程2.城市现代化发展而利用的地下工程3.科学技术发展而利用的地下工程4.大规模国土有效利用的地下工程5.防御和减少灾害的地下工程2.1 明挖法简介指地下结构工程施工时，从地面向下分层、分段依次开挖，直至达到结构要求的尺寸和高程，然后在基坑中进行主体结构施工和防水作业，最后回填恢复地面。

2.2 结构断面形式和尺寸的确定断面形式：直墙拱形结构、梁板结构和矩形框架结构等2.1.概述-基坑工程特点1.建筑趋向高层化，基坑向大深度方向发展2.基坑开挖面积大，长度和宽度超过百米甚至数百米，给支撑布置带来较大难度3.在软弱地层中，基坑开挖会产生较大的位移和沉降，对周围建筑物、市政设施和地下管线造成影响4.深基坑施工期长，场地狭窄，降雨、重物堆放等对基坑稳定不利5.在相邻场地施工中，打桩、降水、挖土及基础浇筑混凝土等工序会相互制约与影响，增加协调工作的难度2.2 基坑工程的设计原则与设计内容设计原则1.安全可靠2.经济合理3.施工便利并保证工期设计内容1.支护体系的方案比较和选型2.支护结构的强度和变形计算3.基坑稳定性验算4.围护墙的抗渗计算5.降水和挖土方案6.监测方案与环境保护要求2.3 支护结构上的荷载1.土压力和水压力2.施工荷载，包括施工车辆及场地堆载引起的荷载3.基坑影响区范围内建筑物、构筑物引起的荷载4.地震荷载5.温度影响和混凝土收缩引起的荷载2.1 无支护（放坡）开挖的基坑工程分为1无敌下水的一般放坡式开挖2明沟排水放坡式开挖3井点排水放坡式开挖2.2 排桩式支护结构排桩支护结构形式：1.柱列式2.连续排桩3.组合式排桩步骤：1.确定作用在支护结构上土压力2.确定桩的插入深度3.求解桩的最不利内力4.截面设计根据基坑开挖深度及基坑支护结构受力情况，排桩式基坑支护结构可分为以下几种：1.悬臂式支护结构2.单支撑支护结构3.多支撑支护结构2.3 深层搅拌桩支护结构定义：是加固软土地基的一种新方法，它是利用水泥、石灰等材料作为固化剂，通过深层搅拌机械，将软土和固化剂强制搅拌，通过固化剂和软土之间所产生的物理-化学作用，使软土硬结成具有整体性和一定强度的桩体，从而达到加固地基的目的。

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。

地下工程结构课程设计一、课程说明课程编号：020344Z11课程名称（中/英文）：地下工程结构课程设计/ Design Practice of Underground Engineering Structure课程类别：课程设计学时/学分：2周/2学分先修课程：土力学与地基基础》、工程地质》、结构力学》、混凝土结构》、地下空间建筑设计原理》、地下工程设计与施工》、建筑材料》适用专业：城市地下空间工程教材、教学参考书：（1）.夏明耀，曾进伦主编.地下工程设计施工手册(第二版). 北京：中国建筑工业出版社，2014；（2）.王树理主编.地下建筑结构设计（第三版）.北京：清华大学出版社，2005；（3）.沉井沉箱设计、施工及实例. 北京：中国建筑工业出版社，2010；（4）.基坑工程手册（第二版）北京：中国建筑工业出版社，2009；（5）.逆作法设计施工与实例.北京：中国建筑工业出版社，2011；（6）.盾构法的调查.设计.施工.北京：中国建筑工业出版社，2008；（7）.相关设计规范、规程二、课程设置的目的意义地下工程结构课程设计是为城市地下空间工程专业的一门设计实践课。

课程设计将地下工程结构设计种类、原理和方法，技术标准、规范和规程与工程实际相结合，通过对地下工程结构实际问题开展设计训练，使学生系统学习作用在地下工程上的水土压力，地下工程开挖对周围环境的影响和防护，突出地下工程结构设计计算理论和方法的在工程中的实际应用，使学生基本掌握多种地下工程的设计原理和方法，旨在培养地下工程结构设计人才，为学生今后在该领域从事工程设计、科学研究与工程实践等方面的工作，奠定基础。

三、课程的基本要求知识：掌握地下工程上的水土压力计算、土层地下工程结构设计方法和计算理论、盾构法隧道衬砌结构设计、沉井和沉管结构设计、浅埋隧道结构设计、顶管结构设计和地下工程环境保护等设计方法。

根据地下工程建造特点、工程安全和周围环境要求出发，对多种提出的地下工程设计和施工方案进行技术设计和经济比较，以在设计或施工各类地下工程时达到安全可靠，经济合理的效果。

《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。

地下建筑课程知识要点本文档旨在介绍地下建筑课程的核心知识要点，帮助学生全面了解地下建筑的相关内容。

1. 地下建筑的定义地下建筑是指在地下或地面以下的区域内进行设计、建造和使用的建筑物。

它与传统的地面建筑在结构、功能和特点上有所不同。

2. 地下建筑的分类地下建筑可以根据功能和用途进行分类，包括但不限于：- 地下车库和停车场- 地下商业空间- 地下工厂和生产设施- 地下仓库和储藏室- 地下居住空间- 地下隧道和地铁等交通设施3. 地下建筑的优势和挑战地下建筑相比地面建筑有以下优势：- 空间利用率高，可以增加城市地面空间- 能够提供更好的隔音和隔热效果- 对环境和景观影响较小然而，地下建筑也面临一些挑战：- 建造成本较高- 应对地下水问题和自然灾害风险- 需要解决通风、采光等技术问题4. 地下建筑设计的考虑因素在地下建筑设计过程中，需要考虑以下因素：- 地下空间的稳定性和安全性- 地下水位及排水系统- 地下空间通风和采光- 地下与地面建筑之间的连接与交通- 环境保护和可持续发展5. 地下建筑的法律和规范地下建筑建设必须符合相关的法律和规范，包括但不限于以下方面：- 建筑法和相关法规- 地质勘察和工程设计规范- 地下空间使用规划和管理规定6. 地下建筑的未来发展趋势随着城市化进程的加快和土地资源的日益紧张，地下建筑在未来将扮演更重要的角色。

未来地下建筑的发展趋势包括但不限于：- 地下公共空间的增加- 地下交通和交通枢纽的发展- 地下能源和供水系统的建设结论地下建筑课程知识要点包括地下建筑的定义、分类、优势和挑战、设计考虑因素、法律和规范以及未来发展趋势。

希望本文档能对学生们对地下建筑有更全面的了解和认识。

《地下结构设计》教学大纲一、课程基本情况英文名称：Design of Underground Structures课程编号：F0917********总学时：48 讲课学时：48 实践学时：0总学分：3课程性质：必修考核方式：考试适用对象：土木工程专业（地下工程方向）先修课程：土力学、岩体力学、混凝土结构设计原理参考文献：《地下结构设计》，赵延喜、戚承志、周宪伟，人民交通出版社，2017《地下建筑结构设计》(第3版)，王树理，清华大学出版社，2015《地下结构设计理论与方法及工程实践》，孙钧，同济大学出版社，2016二、课程目标本课程是土木工程（地下工程）专业核心课程，涉及土力学与地基基础、岩体力学、基础工程、结构设计原理、结构力学等知识。

通过本课程的学习，使学生达到如下课程目标：1.能复述地下结构的概念，明确地下结构分类、特点和地下结构的形式，说明地下结构设计程序。

支撑毕业要求1-4 2.能计算土层和岩石地下衬砌结构的荷载，能复述地层与地下结构共同作用的概念、能计算土压力、围岩压力和弹性抗力；能采用局部变形理论和共同变形理论计算地下结构，阐述结构弹性抗力的概念和计算理论；能阐明地下连续墙和基坑等围护结构的设计计算方法，能进行地下连续墙施工方法、特点及设计、结构计算，围护结构计算模型及计算原则、桩墙内力计算分析方法、支撑体系平面框架计算，能进行围护结构内力计算和设计。

支撑毕业要求2-43.能阐明各种地下结构的适用环境和构造；能设计地铁车站、区间隧道、沉管、沉井、地下连续墙等各种地下结构的结构形式，能利用明挖法、暗挖法进行地铁车站结构设计；能设计区间隧道衬砌断面形式、抗裂及裂缝限制计算、强度计算等。

能阐述隧道防水及其综合处理方法及技术措施；能阐明地下工程抗震设计中震害现象及地下结构抗震设计的原则及结构措施；能利用BIM技术进行地下结构设计及优化。

支撑毕业要求3-1，3-2表1 本课程对毕业要求及其指标点的支撑三、教学内容、教学方法和手段、学时分配知识单元一：地下结构的概念、分类支撑课程目标1（建议2学时）教与学要求：本知识单元要求学生能解释地下结构概念，明确地下结构的分类方法，能按使用功能、周围围岩介质、设计施工方法和建筑材料和结构形式等对地下结构进行分类；能理解地下结构的特点，能掌握地下结构的形式和断面选择；能掌握地下结构的设计程序，能了解地下结构初步设计和施工图设计。

《地下建筑结构》课程设计大纲一、《地下建筑结构》课程设计目的与任务《地下建筑结构》课程设计是教学计划要求中的一个重要教学环节,是在通过学习地下建筑结构相关知识、相关理论的基础上，结合地下工程专业方向的具体特点而进行的一次教学实践活动，是培养高级工程技术人材的一个重要环节，其目的和任务是：1．使学生系统地巩固、充实和提高本课程的基础理论；2．培养和锻炼学生综合运用所学的理论知识独立分析和解决实际问题的能力；3．培养学生树立从事科技工作的正确思想、观点和方法；掌握党的基本建设方针政策，熟悉各种规程、规范；4．使学生在设计、计算、绘图和计算机的应用等方面的基本技能得到一定的锻炼和提高；为了达到上述目的与任务，在设计过程中，尽力作到下列的具体教学要求：1．了解一个具体地下工程项目设计的基本情况。

2．掌握编制一个具体地下建筑结构的设计的内容和方法。

3．熟悉地下工程结构图设计的方法。

4．进行科研方法的初步训练。

课程设计对学生来说，既是一个培养、学习的过程，同时，也是对学生运用所学课程以及相关课程的基础理论知识和专业知识，独立分析和解决地下结构设计问题能力的检验。

因此学生应根据课程设计大纲要求，积极主动地在规定的时间内独立完成课程设计大纲规定的内容。

教师应密切结合学生的学习过程，搞好设计指导。

二、选题原则根据教学要求和学生的实际可能，指导教师提出设计题目，题目遵循下列原则：1．内容应符合课程设计的目的与任务所规定的具体教学要求。

2．有利于学生得到从事工程设计工作的训练。

3．工作量大小和难易程度要适当，使学生经过努力可以在规定的时间内独立完成设计大纲规定的任务要求。

三、本课程设计要求通过课程设计，结合相关的设计要求，掌握地下建筑结构设计中的部分设计内容，使学生所学到的基础理论和专业技术知识系统、巩固、延伸和拓展，培养学生自身独立思考和解决工程实际问题的能力，学会使用各种相关的工具书及查找资料。

写出地下建筑结构设计书一份，内容包括设计计算书、内力图和设计截面图，并附源程序（计算机打印、绘图）。