有关地下建筑结构论文
有关地下建筑结构论文
随着城市建设的发展和地下空间的开发利用,地下结构大量兴建,地下结构的抗震安全受到关注。下面是学习啦小编为大家整理的有关地下建筑结构论文，供大家参考。
有关地下建筑结构论文范文一：关于“地下建筑结构”课程教学改革的思考和分析
论文摘要：“地下建筑结构”是岩土与地下工程专业本科教学中的重要专业课程之一，该课程具有很强的工程实践性，因此在教学中应该充分地给予重视。根据“地下建筑结构”课程的特点，分析了该课程在教学中存在的主要问题，如教材较少、内容较多、理论较难等，根据该课程教学中存在的问题提出了一些有针对性的思考和应对措施。
论文关键词：地下建筑结构;多媒体;引导式教学
一、开设地下建筑结构课程的必要性
21世纪是地下空间快速发展的时代，各国对地下空间利用和开发的规模和速度前所未有。近些年，我国在高速公路、水利水电工程、城市地铁、铁路工程、矿山工程、城市地下空间利用等方面发展很快，各种大型的地下建筑结构越来越多。这些地下工程的建设，使地下建筑结构的设计和施工水平取得了很大的提高。“地下建筑结构”是岩土工程、地下工程、隧道工程、道路与桥梁等专业的主干课程之一，普遍来讲，很多院校开设“地下建筑结构”课程的时间都比较短，不可避免的存在一些问题。因此，该课程应该在教学模式上，教学方法上适应地下工程快速发展的形势需要，进行必要的教学改革和探索。
二、“地下建筑结构”课程特点
“地下建筑结构”课程一般在大四上学期或者大三下学期开设。虽然在之前已经开设了“土力学”、“ 结构力学”、“ 水力学”、“ 工程地质”等课程，但由于“地下建筑结构”课程的特点与很多课程相差较大，学生学习常常不知所措，感到困难。概括地讲，地下建筑结构有三个显著特点：第一，地下建筑是在地层中修建的，结构和岩土体会相互作用和制约对方的变形;第二，地下建筑的介质——岩土体，是非均质、非线性的，其本身的物理、力学性质会因时而变，因空间不同而各异，这种不确定性给地下建筑结构的设计和施工带来了很大的困扰;第三，降雨、地下水位的变化，对地下建筑结构的安全性影响也很大，考虑水荷载的变化是一个重要问题。因此，相对于地上建筑，地下建筑结构的这些特点会给设计和施工带来很大的困难，在讲授本课程时，必须强调地下建筑结构和周围介质的相互作用的特点和环境的不确定性，对学生掌握地下工程的基本概念、计算方法和设计程序是非常重要的。
三、目前教学中存在的问题
1.教材的问题
选择一本好的教材可以使教学达到事半功倍的效果，然而在实践过程中，地下建筑结构的教材只有寥寥几本，使用较多的一本是同济大学朱合华教授主编的《地下建筑结构》，另外一本是中国地质大学陈建平教授等编写的《地下建筑结构》。相对来说，前者是在老教材《岩石地下建筑结构》和《土层地下建筑结构》基础上编写而成的，体系完整、内容很全面。而后者主要侧重于岩石地下建筑结构，内容范围比较狭窄。教材的种类相对于全国188个土木工程专业，几十个学校开设地下建筑结构课程来说，明显偏少。而且由于开设本课程的学校学生水平参差不齐，所以教材是否合适不同层次和水平的高等院校也是一个大的问题。
2.课程内容较难，学生不容易掌握
地下建筑结构研究内容涉及土力学、岩石力学、结构力学、工程数学、水力学、水文地质、工程地质、工程实验学等多门学科，需要学生具有扎实的基础和专业知识。根据地下建筑结构所处的介质不同，可以分为土层地下建筑结构和岩石地下建筑结构。而不管是土层还是岩石地下建筑结构，对于荷载、计算模型、计算方法、可靠度理论等则属于共同的理论和方法，涉及很多具体形式的地下结构，如土层的沉井、地下连续墙、盾构隧道、基坑支护、沉管等。岩石地下建筑结构则主要是隧道、地下洞室、斜井、竖井等结构形式。每种结构形式的计算、设计方法不尽相同，这对学生理解和掌握有一定的难度。但对学生而言这不是最难和最重要的，最难和最重要的是教师如何把这些不同结构形式中带有共性的理论深入浅出的讲透彻，便于学生理解和掌握。
(1)确定地下建筑结构的荷载比较复杂。对土体这种孔隙介质而言，经常由于地下水的存在，要明确什么情况下采用水土合算还是水土分算的问题。如果是岩体，在地下水的影响下，水荷载的确定还跟岩体本身是孔隙介质还是裂隙介质有关系，这就很复杂了。另外，对于地下洞室还会涉及深埋与浅埋的问题，由于深埋结构和浅埋结构对应的荷载差别很大，所以讲透深埋隧道和浅埋隧道的判断标准，可能比简单讲计算公式和应用公式更为重要。
(2)计算方法的选择。地下建筑结构的计算方法主要两种，一是荷载-结构法，二是地层-结构法。荷载-结构法与一般地上结构计算方法相同，学生比较容易理解。而地层-结构法要考虑地下结构与周围介质的相互作用和共同变形，采用的方法很多比如有限元法、有限差分法等，这些方法学生不容易理解和掌握。
(3)地下结构可靠度理论分析是结构计算与数学结合的一种结构可靠度分析理论。由于理论本身以及涉及的验算点法、JC法以及蒙特卡洛法等非常抽象、学生理解难度较大。加上现有的本科相关教学内容中，这部分基本上是大篇幅的理论介绍和理论推导，学生很难理解，更不要说应用了。 (4)对于具体的结构形式如隧道、盾构隧道、地下连续墙等结构的计算，结合工程实例讲解太少，有些则过程过于简略，不利于本科学生学习。
3.课程学时较少，内容太多
地下建筑结构既包括土层地下建筑结构，也包括岩石地下建筑结构，以同济大学的《地下建筑结构》为例，课程总共有16章内容，内容几乎涵盖了地下建筑结构的绝大部分内容。这么难的一门课程，如此多的内容，在各院校的实际教学中不可能全部讲授。西安工业大学(以下简称“我校”)开设课时只有40学时，教学工作时间紧，任务重，难度大。因此，对很多章节就只能粗略地介绍。有些经典力学问题的推导过程只能点到为止，仅要求学生掌握其假设条件和使用条件，能正确使用其公式即可。
四、课程教学实践中的几点思考
1.优选教学内容
针对教材较少，而且教材主要是根据同济大学和中国地质大学的学生实际情况编写的，与很多院校学生情况差异很大的情况，我校在实际教学中主要是根据本科教学大纲和课时安排，科学地编辑教学内容，有意识地将目前国内外的地下工程重大研究进展和工程实践介绍给学生。例如对比较抽象的可靠度理论，主要结合例子讲解中心点法、验算点法以及JC法在例子中的应用，这样讲学生学习效果比单纯的理论推导效果更好。同时，根据学生情况，结合多年的教学实践，逐步采用自编讲义，取得了一定的效果。在地下连续墙设计中，采用某基坑工程进行实例讲解，从力学计算，支撑的设计，到与施工开挖的结合进行完整的计算，使学生更直观地掌握整个设计、计算过程。
2.板书与多媒体教学相结合
传统板书的优点是条理清晰、推导过程学生可以同步，理论推导学生理解更容易。而缺点是板书占用了大量的课堂时间，传授的知识量、信息量相对较少，特别对于那些不能生动地用言语描述的内容，例如图片、声音和动作等效果较差。而多媒体的优势是信息量大、可以运用图片、声音等生动体现讲解内容。因此，对于理论推导部分，如弹性地基梁、可靠度理论等采用板书方式，而对于地下建筑结构的形式、施工过程、设计布置等则采用多媒体，让学生更直观和生动的学习，效果更好。另一方面，地下建筑结构重大技术的视频播放可以给学生以震撼的视觉效果，激发他们的学习热情。
3.引导式教学培养学生的创新能力
传统的教育方式中，教师更注重传授知识本身，这就产生了一个问题，很多时候学生都是被动地接受知识，很少主动思考问题。在教学过程中引出比较有影响的工程或者引起很大争议的工程，提出这些工程或者工程引起争议的原因或背景，引导学生积极思考和探讨，才能取得较好的实际效果。例如在讲盾构隧道时，以2008年杭州地铁事故为例，列出了业主方、施工方争议的背景和焦点，并结合工程实际施工和设计进行分析，提出很多问题让学生自己分析和思考，提高了学生学习的积极性、主动性，产生了较好的效果。
五、结语
地下工程近些年发展非常快，工程设计和施工需要大量拥有扎实知识和创新能力的合格工程专业人才。在本课程的教学中有针对性地培养学生的实践能力、创新意识、独立思考和解决问题的能力具有很大的理论和实际意义。
有关地下建筑结构论文范文二：建筑工程中地下室结构设计探析
论文关键词：建筑工程;地下室结构设计;结构平面设计;抗震设计
论文摘要：随着高层建筑的飞速发展，其建筑设备用房、地下消防水池和汽车停车位多功能都应用在地下室，因此在高层建筑设计中，地下室结构设计难点繁多、意义重大。文章分析了地下室结构设计中的难点问题，并针对性提出了优化设计的方案。
目前城市土地资源日益紧缺，建筑及城市交通有逐渐向地下发展的趋势。然而，建筑由于其功能和结构本身的需要，大多设置了地下室。随着建筑层数的日益增高，地下结构已向多层发展，其结构设计、施工及防水等日益成为建筑工程界关注的热点。由于地下室工程的施工环境特殊、隐蔽性大、涉及的工种多、施工复杂，也容易出现质量问题，因而对设计和施工有一定的特殊要求。
一、地下室结构设计难点概述
地下室工程涉及的专业极为复杂，在建筑的地下室结构设计时，需综合考虑防火、使用功能、人防要求、设备用房及管道、坑道、排水、通风、采光等各专业的配合。对于具有大底盘地下室的高层建筑群体而言，塔楼部分一般在使用阶段不会存在抗浮问题，但裙房及纯地下室部分经常会有抗浮不满足要求的问题。而且由于实际地下室抗浮设计中往往只考虑正常使用极限状态，对施工过程和洪水期重视不足，因而也会造成施工过程中由于抗浮不够而出现局部破坏，加上地下室防水工程是一项系统性工程，涉及设计、施工、材料选择等诸多方面因素，因此造成了地下室结构设计难点繁多，一般来讲概括起来为：(1)结构平面设计;(2)抗震设计;(3)地下室抗浮、抗渗设计;(4)外墙结构设计。
二、建筑工程地下室结构优化设计
(一)结构平面设计
在高层建筑的地下室结构设计时，需综合考虑防火、使用功能、人防要求、设备用房及管道、坑道、排水、通风、采光等各专业的配合。例如地下室的长度超过设计规定长度时，需要与结构专业配合，确定是否设置变形缝，通常应尽可能少设或不设变形缝，因为设置变形缝会使得变形缝处的防水处理变得复杂。设计人员可以通过设置后浇带和合理使用混凝外加剂或地上设缝、地下不设缝等方式，达到不设缝的目的。若地下室过长依靠设置后浇带的方法难以解决，设计人员应合理地调整平面将地下室分割成几个小地下室，中间用较窄的通道相连，以满足使用及管道相连的要求，而将变形缝设置在通道处，这样可以使接缝较少且处于受力较小处，便于补救。在结构设计时应合理地设置采光通风井，若高层建筑采光通风井位置设计不当，例如在侧壁外作附加通长采光井，而采光井外壁又不能与地下室顶板整体连接，会造成地下室保证结构稳定功能的丧失，不能有效地将上部的地震及风力作用传至侧壁及地面，不能满足高层建筑的埋深要求。
(二)抗震设计
一般来讲地下室抗震设计中较为常见的问题为：多层建筑中半地下室埋深不够，房屋层数包括半地下室层已达8层，层数和总高度超过要求，违反GB50011-2001第7.1.2条。地下室顶板为上部结构嵌固端，地下室一层抗震等级定为三级，而上部结构为二级，按GB50011-2001第6.1.3条地下室也应为二级。
若地下室设计不当，对其整体的抗震性能会产生较大的影响。根据施工图审查要点，一般来讲，对于半地下室的埋深要求应大于地下室外地面以上的高度，才能不计算其层数，总高度才能从室外地面算起。地下室的墙柱与上部结构的墙柱应协调统一。对地下室顶板室内外板面标高变化处，当标高变化超过梁高范围时则形成错层，应采取一定的措施进行处理，否则不应作为上部结构的部位。相关规范明确规定，作为上部结构部位的地下室楼层的顶楼，盖应采用梁板结构，地下室顶板为无梁楼盖时不应作为上部结构的部位。结构计算应向下计算至满足要求的地下室楼层或底板，但剪力墙底部加强区层数应从地面往上计算，并应包括地下层。
(三)地下室抗浮、抗渗设计
一般来讲，此类设计常见问题为：地下水位未按勘察报告确定，或勘察报告未提供计算浮力的地下水位及其变幅，违反了GB50007-2002第3.0.2条;斜坡道未进行抗浮验算，斜坡道与主体分缝处未作处理;抗浮验算不满足要求，不符合GB50009-2001第3.2.5条等。
地下水位及其变幅是地下室抗浮设计的重要依据。实际在地下室抗浮设计时仅考虑正常使用的极限状态，而对施工过程和洪水期重视不足，因而会造成地下室施工过程中因抗浮不够而出现局部破坏。另外，在同一整体大面积地下室的上部常建有多栋高层和低层建筑，由于地下室的面积较大、形状又不规则，且地下室上方的局部没有建筑，此类抗浮问题相对难以处理，须作细致分析后再进行处理。地下室结构设计除应满足受力要求外，抗渗也是其中一个重点。由于钢筋混凝土结构通常带裂缝工作，要达到抗渗目的，一般可采取以下措施：(1)补偿收缩混凝土。在混凝土中掺微膨胀剂，以混凝土的膨胀值抵消混凝土的最终收缩值。当其差值大于或等于混凝土的极限拉伸时，即可控制裂缝;(2)膨胀带。混凝土中膨胀剂的膨胀变形不会完全补偿混凝土的早期收缩变形，而设置补偿收缩混凝土带可以实现混凝士连续浇注无缝施工;(3)后浇带。后浇带作为混凝土早期短时期释放约束力的一种技术措施，较长久性变形缝已有很大的改进并广泛应用;(4)提高钢筋混凝土的抗拉能力。混凝土应考虑增加抗变形钢筋，如侧壁增加水平温度筋，在混凝土面层起强化作用;侧壁受底板和顶板的约束，混凝土胀缩不一致，可在墙体中部设置一道水平暗梁抵抗拉力。当然，在采取以上措施时，同时要注意混凝土的养护。
(四)外墙结构设计
地下室的外墙是结构设计的重点，应按水、土压力验算，在设计时应注意以下要求：(1)荷载。地下室外墙所承受的荷载分为水平荷载和竖向荷载。竖向荷载包括上部及地下室结构的楼盖传重和自重，水平荷载包括地面荷载、侧向土压力和人防等效静荷载。在实际工程设计中，竖向荷载及风荷载或地震作用产生的内力一般不起控制作用，墙体配筋主要由垂直墙面的水平荷载产生的弯矩确定，而且通常不考虑与竖向荷载组合的压弯作用，仅按墙板弯曲计算弯曲的配筋;(2)静止土压力系数。静止土压力宜由试验确定，当不具备试验条件时，砂土可取0.34～0.45，粘性土可取0.5～0.7;(3)地下室外墙的配筋计算。实际设计时，在外墙的配筋计算中，对于带扶壁柱的外墙，不是根据扶壁柱的尺寸大小进行计算，而是均按双向板计算配筋;扶壁柱则按地下室结构的整体电算分析结果进行配筋，不按外墙双向板传递荷载验算扶壁柱配筋。根据外墙与扶壁柱变形协调的原理，这种设计将使得外墙竖向受力筋配筋不足、扶壁柱配筋偏少、外墙的水平分布筋则有富余量。因此，在计算地下室外墙的配筋时，对于垂直于外墙方向有钢筋混凝土内隔墙相连的外墙板块或外墙扶壁柱截面尺寸较大的外墙板块，如高层建筑外框架柱之间，按双向板计算配筋为宜，其余的宜按竖向单向板计算。对竖向荷载较小的外墙扶壁柱，其内外侧主筋也应予以适当加强。外墙的水平分布筋应根据扶壁柱截面尺寸的大小，适当地配以外侧附加短水平负筋加强，外墙转角处也应适当加强。地下室外墙计算时底部为固定支座(即底板作为外墙的嵌固端)，侧壁底部弯矩与相邻的底板弯矩相等，底板的抗弯能力应不小于侧壁的抗弯能力，其厚度应与配筋量相匹配。这种情况在地下车道中最为典型，车道侧壁为悬臂构件，底板的抗弯能力应不小于侧壁底部的抗弯能力。
三、结语
高层建筑地下室结构设计显然是一个复杂的过程，但是，只要把握设计要点，抓住设计重点，以合理的设计为前提，进行全面考虑，使建筑地下室结构设计工作发挥其最大的经济作用和社会效益、战略效益。
参考文献
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