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5 地 下 建 筑 结 构
一、课程性质与目的
《地下建筑结构》属专业限定选修课，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，掌握拱形初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、课程教学的基本内容
(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．特殊的课题
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
弹性模型、弹塑性模型、时间效应、非连续介质模型。
3．施工进程的模拟
初始应力场的模拟、结构体系演变的模拟。
4．计算模型的简化
材料模型的简化、边界条件的简化、结构体系的简化。
5．监控量测和反分析
以馈设计的概念、监测的要求、基本的反分析方法及工程应用。
(五)隧道结构
1．概述
隧道结构的受力特点，隧道结构的类型和适用环境。
2．隧道结构的荷载计算
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，结构其他荷载的计算。
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)浅埋式结构
1．概述
浅埋式结构的型式、应用和设计要求。
2．矩形框架结构
结构特点、计算简图、内力与变形。
3．地铁车站结构——多层多跨结构
构造特点、设计与计算的考虑
(七)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，构造配筋与构造。
3．桩箱、桩伐基础和地下室结构计算
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。
5．设计与施工中的考虑
地下室与上部结构的共同作用、主楼与地下室之间的连结、厚底板大体积混凝土的浇筑。
(八)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
(九)沉井结构和沉管结构
1．概述
沉井和沉管的概念、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，，管理段连接和防水技术。
(十)喷锚结构
1．概述
喷锚支护的概念、喷锚支护的作用、新奥法施工原理，结构的作用原理、现行的设计方法。
2．围岩分类
分类的依据、方法与规范分类表的使用。
3．喷锚支护的设计
一般规定、锚件支护设计、喷射混凝土支护的设计。
4．施工信息的反馈
施工阶段的地质调查、量测信息反馈。
5．围岩稳定性的分析
围岩稳定性的验算、局部失稳的验算。
(十一)基坑围护工程
1．概述
基坑工程的概念、形式和设计要求。
2．水泥土围护结构
概述、方案设计，强度稳定性和抗渗能力的验算，变形的估许。
3．地下连续墙结构
概述、方案设计、稳定性验算、结构的受力与变形。
4．其他类型的维护结构
钢板桩支护结构、桩板式支护结构、柱列式支护结构、土钉墙支护等。
5．支撑结构体系
概述、型式、构造要求、钢支撑、钢筋混凝土支撑、锚古支撑。
四、实验内容
使用一般的计算程序，进行地下连续墙结构、沉管结构盾古构衬砌结构、连拱隧道衬砌结构、弹性地基上矩形闭合矿框架等结构的计算与分析。
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
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