一．课程基本情况
中文名称： 地下建筑结构
英文名称： GroundBuildingStructure
课 程 号：
0102046
授课对象： 城市地下空间工程专业
开课学期： 第6学期
学 时 数：
48
学 分 数：
3
课程性质： 专业必修课
考核方式： 考试
先修课程： 土力学、岩石力学、弹性力学有限元、材料力学和结构力学、
钢筋混凝土结构
后续课程： 无
开课教研室：城市地下空间工程教研室
执
笔 人： 李明
二．课程教学目标
1．任务和地位
地下空间作为城市发展的第二空间，早在“十五”开局之年，我国就已经开始重视起来，到2020年中国不仅将成为世界城市地下空间开发利用的大国，也将成为世界城市地下空间开发利用的强国。对我国而言,开发利用城市地下空间,对节省城市用地,节约能源,改善城市交通,减轻城市污染,扩大城市空间容量,提高城市生活质量等,都有重要作用。所以针对城市地下空间工程专业本科生开设的一门必修专业课，即地下建筑结构是非常必要的。
本课程开设的目的主要是培养学生学会在从事地下建筑工程设计与施工工作中如何对地下建筑结构进行合理设计，通过本课程的学习，使学生掌握并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。
2．知识要求
强调本课程的研究与土力学、岩土力学、弹性力学有限元、材料力学和结构力学、钢筋混凝土结构、基础工程等课程之间的横向联系，引导学生深入理解课程中基本概念，熟练运用现行规范进行设计。
3．能力要求
通过课堂讲授，使学生拓展专业知识面，培养其在地下建筑结构设计的能力，可以阅读并理解现行规范和设计手册、可以使用计算软件进行计算和分析，提高学生的专业素质。
三．教学内容的基本要求和学时分配
1．课程基本要求
（1）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。
（2）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。
2.教学基本内容
（1）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。
（2）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
（3）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。
（4）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
（5）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。
（6）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
（7）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
（8）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
（9）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
（10）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
3．时间分配和进度
（1）绪论 2学时
（2）衬砌结构的荷载 2学时
（3）地道式结构
6学时
（4）附建式地下结构（地下室） 6学时
（5）盾构隧道和顶管隧道 6学时
（6）沉井、沉管和地下连续墙 6学时
（7）喷锚结构 8学时
（8）地下结构矩阵分析方法和弹性地基梁杆系有限元方法 6学时
4．教学内容的重点、难点
重点：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；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；掌握拱形衬砌结构的设计计算内容和方法；地层与地下结构共同作用的概念、分析原则和工程应用。
难点：掌握拱形衬砌结构的设计计算内容和方法；掌握矩形框架结构的分析与设计方法；掌握常见地下室结构的设计计算方法；掌握盾构隧道结构的设计计算方法和构造要求；掌握沉井结构的设计计算和构造处理。
5．本课程与其它课程的联系与分工
学习本课程之前，应该熟悉土力学、岩石力学、弹性力学有限元、材料力学和结构力学、
钢筋混凝土结构等课程内的基本概念和理论，为本课程的学习打下基础。
6．建议使用教材和参考书目
建议教材：
（1）《地下建筑结构》，朱合华、张子新，中国建筑工业出版社，2006年；
（2）《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。
四．大纲说明
1．必要的教学过程，教学环节方式、范围、程度、要求的说明
本课程教学以课堂讲授为主，主要内容及其工程实例采用幻灯片演示和板书讲解，强调基本理论和基本设计要求的重要性，与实际工程设计紧密联系。清晰掌握本课程中的基本概念和理论，基本达到可以独立设计的要求。
2．习题、作业量与质的要求：每次课后都给学生留一定数量的思考题以加深对知识应用能力的理解和拓宽知识面。
3．课程中附设实验的基本内容和要求（单独设置的实验课应单独制订实验教学大纲）：无。
4．与本课程相对应的实习、课程设计的基本内容和要求：无。
5．利用演示、幻灯、投影仪、音像、计算机辅助教学等形象化、现代化教学手段，提高教学效果的措施：拓宽知识，理论联系实际，将理论知识与实际工程相结合；观摩或观看相关视频资料，对各种结构体系形成直观认识；采用电子教材，多媒体教学。
6．对外语、计算机应用、文献检索等基本能力的要求：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；能够应用计算机网络和图书馆查阅课程要求的相关内容。
7．考查方法：考试。成绩考核包括平时成绩和考核成绩两部分综合评定。
8．对课程选修内容提示：以学生自学为主。
9．对相关选修课程的建议：无。
10．其他：如学时比例分配说明，分层次教学要求等：无。
