课程代码：151323

课程名称：地下建筑结构／Underground Structures

学时学分：48/3

适用专业：城市地下空间工程

开课部门：地质工程学院

 

一、课程定位

（一）课程性质

本课程是城市地下空间工程专业学科专业课程模块中的专业核心课。

（二）课程在人才培养过程中的作用

地下建筑结构是城市地下空间工程专业学科专业课程模块中的一门专业核心课。本课程的教学目的在于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。

（三）本课程与其它课程关系

该课程是在土力学、岩体力学、材料力学、结构力学、弹性力学及有限元、基础工程等公共基础课和专业基础课之后开设的一门专业核心课，为后续地下工程施工、生产实习、毕业设计等专业课程的学习奠定理论基础。

二、教学目标

（一）知识目标

通过本课程的学习，使学生了解地下建筑结构的概念和作用，熟悉土层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；了解土层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；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；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；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；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；了解盾构隧道和顶管隧道的功能和适用环境，掌握盾构隧道结构的设计计算方法和构造要求；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。

（二）能力目标

能把学到的地下建筑结构知识与实际工程密切联系起来，初步具有进行实际地下建筑工程设计计算的能力。

（三）素质目标

使学生重视地下建筑结构的知识在专业体系中的重要性，同时培养学生实事求是、认真严谨的精神品质。

三、教学内容与基本要求

第一章 绪 论

1. 教学内容

第一节 地下建筑结构的概念及其作用

第二节 地下建筑结构的形式

第三节 地下建筑结构的设计程序及内容

2. 重点与难点

重点：地下建造结构的概念及其形式。

3. 基本要求

了解本课程的主要教学内容和教学要求。

4. 教学方法

讲授法结合案例教学法。

 

第二章 地下建筑结构的荷载

1. 教学内容

第一节 荷载种类和组合

第二节 荷载确定方法

第三节 岩土体压力的计算

（1）土压力的计算

（2）围岩压力的计算

第四节 初始地应力、释放荷载与开挖效应

（1）初始地应力的确定

（2）释放荷载的计算

第五节 地层弹性抗力

第六节 结构自重及其他荷载

2. 重点与难点

重点：地下建筑荷载的种类，土压力、围岩压力的确定，弹性抗力的确定。

难点：地下建筑荷载的计算原则。

3. 基本要求

通过本章学习，结合前期课程基础，掌握地下建筑荷载的种类、计算方法和计算原则。

4. 教学方法

讲授法。

 

第三章 弹性地基梁理论

1. 教学内容

第一节 概述

第二节 弹性地基梁的计算模型

（1）局部弹性地基模型

（2）半无限体弹性地基模型

第三节 弹性地基梁的扰度曲线微分方程式及其初参数解

（1）基本假设

（2）弹性地基梁的扰度曲线微分方程式

（3）对应齐次微分方程的通解

（4）初参数解

（5）弹性地基梁扰曲微分方程的特解

第四节 弹性地基短梁、长梁及刚性梁

（1）弹性地基梁的分类

（2）长梁的计算

（3）刚性梁的计算

第五节 算例

2. 重点与难点

重点：弹性地基梁与普通梁的区别，弹性特征系数的含义及计算。

难点：弹性地基梁两种计算模型的区别。

3. 基本要求

通过本章学习，能进行弹性地基梁弹性特征系数的计算，掌握弹性地基梁与普通梁的区别。

4. 教学方法

讲授法。

 

第四章 地下建筑结构的计算方法

1. 教学内容

第一节 概述

（1）计算方法的发展

（2）地下建筑结构的计算模型

第二节 荷载—结构法

（1）设计原理

（2）计算原理

第三节 地层—结构法

（1）设计原理

（2）计算初始地应力

（3）本构模型

（4）单元模式

（5）施工过程的模拟

第四节 算例

2. 重点与难点

重点：地下建筑结构计算方法的类型，荷载结构法、地层结构法的含义与主要区别。

难点：荷载结构法和地层结构法的计算过程。

3. 基本要求

掌握荷载结构法、地层结构法的含义、计算过程，熟悉荷载结构法、地层结构法的主要区别。

4. 教学方法

讲授法。

第五章 浅埋式结构

1. 教学内容

第一节 概述

（1）直墙拱形结构

（2）矩形闭合框架

（3）梁板式结构

第二节 矩形闭合框架的计算

（1）荷载计算

（2）内力计算

（3）抗浮验算

第三节 截面设计

第四节 构造要求

（1）配筋形式

（2）混凝土保护层

（3）横向受力钢筋

（4）分布钢筋

（5）箍筋

（6）刚性节点构造

（7）变形缝的设置与构造

第五节 算例

2. 重点与难点

重点：浅埋式矩形框架结构的计算原理，浅埋式结构的适用场合，浅埋式结构的地层荷载。

难点：浅埋式结构节点设计弯矩与计算弯矩的区别，计算节点设计弯矩的计算。

3. 基本要求

熟悉浅埋式矩形框架结构的计算原理，浅埋式结构的适用场合，掌握浅埋式结构的地层荷载，浅埋式结构节点设计弯矩与计算弯矩的计算。

4. 教学方法

讲授法。

 

第六章 附建式地下结构

1. 教学内容

第一节 概述

（1）附建式地下结构的特点

（2）附建式地下结构的形式

（3）附建式地下结构的构造

第二节 梁板式结构

（1）顶板

（2）侧墙

（3）基础

（4）承重内墙（柱）

第三节 口部结构

（1）室内出入口

（2）室外出入口

（3）通风采光洞

2. 重点与难点

重点：附建式结构的形式、用途及特点，附建式结构荷载的种类及确定方法。

3. 基本要求

掌握附建式结构的分类及确定方法。

4. 教学方法

讲授法。

第七章 沉井和沉箱结构

1. 教学内容

第一节 概述

第二节 沉井结构

（1）沉井的类型

（2）沉井的构造

（3）沉井的结构计算

第三节 沉箱结构

（1）沉箱的主体结构组成

（2）沉箱结构设计条件与方法

（3）沉箱结构设计的注意事项

2. 重点与难点

重点：沉井、沉箱结构的类型、特点及其应用范围，沉井、沉箱结构的计算，沉井、沉箱结构设计注意事项。

难点：沉井、沉箱结构的设计计算。

3. 基本要求

掌握沉井、沉箱结构的类型、特点及其应用范围，熟悉沉井、沉箱结构的设计计算方法。

4. 教学方法

讲授法结合案例分析法。

 

第八章 地下连续墙结构

1. 教学内容

第一节 概述

（1）地下连续墙的施工方法

（2）地下连续墙的特点及适用场合

第二节 地下连续挡土墙设计

（1）荷载

（2）槽幅设计

（3）导墙设计

（4）连续墙深度及厚度的初选

（5）结构计算

第三节 地下连续墙兼作外墙时的设计

（1）单一墙的设计

（2）重合墙的设计

（3）复合墙的设计

（4）分离墙的设计

（5）地下连续墙承重墙设计

第四节 地下连续墙接头设计

2. 重点与难点

重点：地下连续墙的特点及适用条件，地下连续墙的设计内容、程序，地下连续墙槽段划分依据，槽段长度对槽壁稳定性的影响。

难点：地下连续墙的设计内容、程序。

3. 基本要求

掌握地下连续墙的设计。

4. 教学方法

讲授法结合案例分析法。

 

第九章 盾构法隧道结构

1. 教学内容

第一节 衬砌形式和构造

（1）衬砌断面的形式与选型

（2）衬砌的分类及其比较

（3）装配式钢筋混凝土管片

（4）管片接头构造

（5）其他构造

第二节 衬砌圆环内力计算

（1）钢筋混凝土管片的设计要求和方法

（2）结构计算方法的选择

（3）荷载的确定

（4）衬砌内力计算方法

第三节 衬砌断面设计

（1）抗裂及裂缝限制的计算

（2）衬砌断面强度计算

（3）衬砌圆环的直径变形计算

（4）纵向接缝计算

（5）环缝的近似计算

第四节  隧道防水及其综合处理

（1）衬砌的抗渗

（2）管片制作精度

（3）接缝防水的基本技术要求

（4）二次衬砌

（5）其他

第五节 盾构新型管片衬砌形式简介

（1）双圆盾构管片衬砌

（2）通用管片衬砌

（3）预应力管片

（4）钢纤维复合管片

第六节 算例

2. 重点与难点

重点：盾构法隧道适用条件、特点，衬砌管片的形式、特点、使用条件，盾构法隧道结构的计算模式、设计计算，盾构法隧道衬砌结构的防水、抗渗措施。

难点：盾构法隧道结构的计算模式、设计计算。

3. 基本要求

掌握盾构法隧道结构的设计计算、防水抗渗措施。

4. 教学方法

讲授法结合案例分析法。

第十章 沉管结构

1. 教学内容

第一节 概述

（1）水底隧道的主要施工方法

（2）沉管隧道施工

（3）沉管隧道的设计

第二节 沉管结构的设计

（1）沉管结构的类型

（2）沉管结构的荷载

（3）沉管结构的浮力设计

（4）沉管结构计算与配筋

（5）预应力的应用

第三节 沉管的防水设计

（1）沉管的防水措施

（2）钢壳与防水钢板

（3）卷材防水与涂料防水

第四节 变形缝与管段接头设计

（1）变形缝的布置与构造

（2）止水缝带

（3）管段接头

第五节 沉管基础设计

（1）地质条件与沉管基础

（2）基础处理

（3）软弱土层中的沉管基础

2. 重点与难点

重点：沉管结构的适用条件，沉管结构的设计方法、原则，管段之间的连接处理。

难点：沉管结构的设计计算。

3. 基本要求

掌握沉管结构的设计计算、管段之间的连接处理措施。

4. 教学方法

讲授法结合案例分析法。

第十一章 顶管、管幕及箱涵结构

1. 教学内容

第一节 顶管结构

（1）概述

（2）顶管的分类

（3）顶管工程的设计计算

（4）顶管施工的主要设备

（5）顶管施工主要技术措施

第二节 管幕结构

（1）管幕法的特点及适用范围

（2）管幕结构的力学分析

（3）管幕工法顶进施工

第三节 箱涵结构

（1）结构形式

（2）箱涵结构的设计

（3）沉降缝的设置

（4）涵管顶进施工法

（5）算例

2. 重点与难点

重点：顶管、管幕、箱涵结构的特点、适用范围及设计计算。

难点：顶管、管幕、箱涵结构的设计计算。

3. 基本要求

掌握顶管、管幕、箱涵结构的特点、适用范围。

4. 教学方法

讲授法。

 

四、课程学时分配（以章节为单位）

六、推荐教材和教学参考书

1. 推荐教材：

《地下建筑结构》，作者：朱合华主编，出版社：中国建筑工业出版社，出版年月：2016年，第3版；

2. 教学参考书：

（1）《地下结构设计》，许明编著，中国建筑工业出版社，2014年第一版；

（2）《地下建筑结构设计》，王树理主编，清华大学出版社，2015年第3版；

（3）《地下结构设计》，刘新荣主编，重庆大学出版社，2013年第1版。

七、考核方式

教学以讲授为主，采用理论结合实际，注重理论教学和实践教学，采用“启发式”教学法、以问题为中心的“问题法”教学法，科研融入教学，注重学生创新意识和专业使命感的培养，采用多种教学手段，提高教学效果。

最终考核成绩由平时成绩和期末考试成绩加权计算得到，平时成绩和期末考试成绩各占50%；平时成绩由出勤次数、课堂问题回答、课后作业组成。

 

 

 

 

修订人：李孝波  修订日期：2019年4月8日

审核人：李 平  审核日期：2019年4月9日