有關地下建築結構論文
隨著城市建設的發展和地下空間的開發利用,地下結構大量興建,地下結構的抗震安全受到關注。下面是小編為大家整理的，供大家參考。
範文一：關於“地下建築結構”課程教學改革的思考和分析
論文摘要：“地下建築結構”是岩土與地下工程專業本科教學中的重要專業課程之一，該課程具有很強的工程實踐性，因此在教學中應該充分地給予重視。根據“地下建築結構”課程的特點，分析了該課程在教學中存在的主要問題，如教材較少、內容較多、理論較難等，根據該課程教學中存在的問題提出了一些有針對性的思考和應對措施。
論文關鍵詞：地下建築結構;多媒體;引導式教學
一、開設地下建築結構課程的必要性
21世紀是地下空間快速發展的時代，各國對地下空間利用和開發的規模和速度前所未有。近些年，我國在高速公路、水利水電工程、城市地鐵、鐵路工程、礦山工程、城市地下空間利用等方面發展很快，各種大型的地下建築結構越來越多。這些地下工程的建設，使地下建築結構的設計和施工水平取得了很大的提高。“地下建築結構”是岩土工程、地下工程、隧道工程、道路與橋樑等專業的主幹課程之一，普遍來講，很多院校開設“地下建築結構”課程的時間都比較短，不可避免的存在一些問題。因此，該課程應該在教學模式上，教學方法上適應地下工程快速發展的形勢需要，進行必要的教學改革和探索。
二、“地下建築結構”課程特點
“地下建築結構”課程一般在大四上學期或者大三下學期開設。雖然在之前已經開設了“土力學”、“ 結構力學”、“ 水力學”、“ 工程地質”等課程，但由於“地下建築結構”課程的特點與很多課程相差較大，學生學習常常不知所措，感到困難。概括地講，地下建築結構有三個顯著特點：第一，地下建築是在地層中修建的，結構和岩土體會相互作用和制約對方的變形;第二，地下建築的介質——岩土體，是非均質、非線性的，其本身的物理、力學性質會因時而變，因空間不同而各異，這種不確定性給地下建築結構的設計和施工帶來了很大的困擾;第三，降雨、地下水位的變化，對地下建築結構的安全性影響也很大，考慮水荷載的變化是一個重要問題。因此，相對於地上建築，地下建築結構的這些特點會給設計和施工帶來很大的困難，在講授本課程時，必須強調地下建築結構和周圍介質的相互作用的特點和環境的不確定性，對學生掌握地下工程的基本概念、計算方法和設計程式是非常重要的。
三、目前教學中存在的問題
1.教材的問題
選擇一本好的教材可以使教學達到事半功倍的效果，然而在實踐過程中，地下建築結構的教材只有寥寥幾本，使用較多的一本是同濟大學朱合華教授主編的《地下建築結構》，另外一本是中國地質大學陳建平教授等編寫的《地下建築結構》。相對來說，前者是在老教材《岩石地下建築結構》和《土層地下建築結構》基礎上編寫而成的，體系完整、內容很全面。而後者主要側重於岩石地下建築結構，內容範圍比較狹窄。教材的種類相對於全國188個土木工程專業，幾十個學校開設地下建築結構課程來說，明顯偏少。而且由於開設本課程的學校學生水平參差不齊，所以教材是否合適不同層次和水平的高等院校也是一個大的問題。
2.課程內容較難，學生不容易掌握
地下建築結構研究內容涉及土力學、岩石力學、結構力學、工程數學、水力學、水文地質、工程地質、工程實驗學等多門學科，需要學生具有紮實的基礎和專業知識。根據地下建築結構所處的介質不同，可以分為土層地下建築結構和岩石地下建築結構。而不管是土層還是岩石地下建築結構，對於荷載、計算模型、計算方法、可靠度理論等則屬於共同的理論和方法，涉及很多具體形式的地下結構，如土層的沉井、地下連續牆、盾構隧道、基坑支護、沉管等。岩石地下建築結構則主要是隧道、地下洞室、斜井、豎井等結構形式。每種結構形式的計算、設計方法不盡相同，這對學生理解和掌握有一定的難度。但對學生而言這不是最難和最重要的，最難和最重要的是教師如何把這些不同結構形式中帶有共性的理論深入淺出的講透徹，便於學生理解和掌握。
***1***確定地下建築結構的荷載比較複雜。對土體這種孔隙介質而言，經常由於地下水的存在，要明確什麼情況下采用水土合算還是水土分算的問題。如果是巖體，在地下水的影響下，水荷載的確定還跟巖體本身是孔隙介質還是裂隙介質有關係，這就很複雜了。另外，對於地下洞室還會涉及深埋與淺埋的問題，由於深埋結構和淺埋結構對應的荷載差別很大，所以講透深埋隧道和淺埋隧道的判斷標準，可能比簡單講計算公式和應用公式更為重要。
***2***計算方法的選擇。地下建築結構的計算方法主要兩種，一是荷載-結構法，二是地層-結構法。荷載-結構法與一般地上結構計算方法相同，學生比較容易理解。而地層-結構法要考慮地下結構與周圍介質的相互作用和共同變形，採用的方法很多比如有限元法、有限差分法等，這些方法學生不容易理解和掌握。
***3***地下結構可靠度理論分析是結構計算與數學結合的一種結構可靠度分析理論。由於理論本身以及涉及的驗算點法、JC法以及蒙特卡洛法等非常抽象、學生理解難度較大。加上現有的本科相關教學內容中，這部分基本上是大篇幅的理論介紹和理論推導，學生很難理解，更不要說應用了。 ***4***對於具體的結構形式如隧道、盾構隧道、地下連續牆等結構的計算，結合工程例項講解太少，有些則過程過於簡略，不利於本科學生學習。
3.課程學時較少，內容太多
地下建築結構既包括土層地下建築結構，也包括岩石地下建築結構，以同濟大學的《地下建築結構》為例，課程總共有16章內容，內容幾乎涵蓋了地下建築結構的絕大部分內容。這麼難的一門課程，如此多的內容，在各院校的實際教學中不可能全部講授。西安工業大學***以下簡稱“我校”***開設課時只有40學時，教學工作時間緊，任務重，難度大。因此，對很多章節就只能粗略地介紹。有些經典力學問題的推導過程只能點到為止，僅要求學生掌握其假設條件和使用條件，能正確使用其公式即可。
四、課程教學實踐中的幾點思考
1.優選教學內容
針對教材較少，而且教材主要是根據同濟大學和中國地質大學的學生實際情況編寫的，與很多院校學生情況差異很大的情況，我校在實際教學中主要是根據本科教學大綱和課時安排，科學地編輯教學內容，有意識地將目前國內外的地下工程重大研究進展和工程實踐介紹給學生。例如對比較抽象的可靠度理論，主要結合例子講解中心點法、驗算點法以及JC法在例子中的應用，這樣講學生學習效果比單純的理論推導效果更好。同時，根據學生情況，結合多年的教學實踐，逐步採用自編講義，取得了一定的效果。在地下連續牆設計中，採用某基坑工程進行例項講解，從力學計算，支撐的設計，到與施工開挖的結合進行完整的計算，使學生更直觀地掌握整個設計、計算過程。
2.板書與多媒體教學相結合
傳統板書的優點是條理清晰、推導過程學生可以同步，理論推導學生理解更容易。而缺點是板書佔用了大量的課堂時間，傳授的知識量、資訊量相對較少，特別對於那些不能生動地用言語描述的內容，例如圖片、聲音和動作等效果較差。而多媒體的優勢是資訊量大、可以運用圖片、聲音等生動體現講解內容。因此，對於理論推導部分，如彈性地基樑、可靠度理論等採用板書方式，而對於地下建築結構的形式、施工過程、設計佈置等則採用多媒體，讓學生更直觀和生動的學習，效果更好。另一方面，地下建築結構重大技術的視訊播放可以給學生以震撼的視覺效果，激發他們的學習熱情。
3.引導式教學培養學生的創新能力
傳統的教育方式中，教師更注重傳授知識本身，這就產生了一個問題，很多時候學生都是被動地接受知識，很少主動思考問題。在教學過程中引出比較有影響的工程或者引起很大爭議的工程，提出這些工程或者工程引起爭議的原因或背景，引導學生積極思考和探討，才能取得較好的實際效果。例如在講盾構隧道時，以2008年杭州地鐵事故為例，列出了業主方、施工方爭議的背景和焦點，並結合工程實際施工和設計進行分析，提出很多問題讓學生自己分析和思考，提高了學生學習的積極性、主動性，產生了較好的效果。
五、結語
地下工程近些年發展非常快，工程設計和施工需要大量擁有紮實知識和創新能力的合格工程專業人才。在本課程的教學中有針對性地培養學生的實踐能力、創新意識、獨立思考和解決問題的能力具有很大的理論和實際意義。
範文二：建築工程中地下室結構設計探析
論文關鍵詞：建築工程;地下室結構設計;結構平面設計;抗震設計
論文摘要：隨著高層建築的飛速發展，其建築裝置用房、地下消防水池和汽車停車位多功能都應用在地下室，因此在高層建築設計中，地下室結構設計難點繁多、意義重大。文章分析了地下室結構設計中的難點問題，並針對性提出了優化設計的方案。
目前城市土地資源日益緊缺，建築及城市交通有逐漸向地下發展的趨勢。然而，建築由於其功能和結構本身的需要，大多設定了地下室。隨著建築層數的日益增高，地下結構已向多層發展，其結構設計、施工及防水等日益成為建築工程界關注的熱點。由於地下室工程的施工環境特殊、隱蔽性大、涉及的工種多、施工複雜，也容易出現質量問題，因而對設計和施工有一定的特殊要求。
一、地下室結構設計難點概述
地下室工程涉及的專業極為複雜，在建築的地下室結構設計時，需綜合考慮防火、使用功能、人防要求、裝置用房及管道、坑道、排水、通風、採光等各專業的配合。對於具有大底盤地下室的高層建築群體而言，塔樓部分一般在使用階段不會存在抗浮問題，但裙房及純地下室部分經常會有抗浮不滿足要求的問題。而且由於實際地下室抗浮設計中往往只考慮正常使用極限狀態，對施工過程和洪水期重視不足，因而也會造成施工過程中由於抗浮不夠而出現區域性破壞，加上地下室防水工程是一項系統性工程，涉及設計、施工、材料選擇等諸多方面因素，因此造成了地下室結構設計難點繁多，一般來講概括起來為：***1***結構平面設計;***2***抗震設計;***3***地下室抗浮、抗滲設計;***4***外牆結構設計。
二、建築工程地下室結構優化設計
***一***結構平面設計
在高層建築的地下室結構設計時，需綜合考慮防火、使用功能、人防要求、裝置用房及管道、坑道、排水、通風、採光等各專業的配合。例如地下室的長度超過設計規定長度時，需要與結構專業配合，確定是否設定變形縫，通常應儘可能少設或不設變形縫，因為設定變形縫會使得變形縫處的防水處理變得複雜。設計人員可以通過設定後澆帶和合理使用混凝外加劑或地上設縫、地下不設縫等方式，達到不設縫的目的。若地下室過長依靠設定後澆帶的方法難以解決，設計人員應合理地調整平面將地下室分割成幾個小地下室，中間用較窄的通道相連，以滿足使用及管道相連的要求，而將變形縫設定在通道處，這樣可以使接縫較少且處於受力較小處，便於補救。在結構設計時應合理地設定採光通風井，若高層建築採光通風井位置設計不當，例如在側壁外作附加通長採光井，而採光井外壁又不能與地下室頂板整體連線，會造成地下室保證結構穩定功能的喪失，不能有效地將上部的地震及風力作用傳至側壁及地面，不能滿足高層建築的埋深要求。
***二***抗震設計
一般來講地下室抗震設計中較為常見的問題為：多層建築中半地下室埋深不夠，房屋層數包括半地下室層已達8層，層數和總高度超過要求，違反GB50011-2001第7.1.2條。地下室頂板為上部結構嵌固端，地下室一層抗震等級定為三級，而上部結構為二級，按GB50011-2001第6.1.3條地下室也應為二級。
若地下室設計不當，對其整體的抗震效能會產生較大的影響。根據施工圖審查要點，一般來講，對於半地下室的埋深要求應大於地下室外地面以上的高度，才能不計算其層數，總高度才能從室外地面算起。地下室的牆柱與上部結構的牆柱應協調統一。對地下室頂板室內外板面標高變化處，當標高變化超過樑高範圍時則形成錯層，應採取一定的措施進行處理，否則不應作為上部結構的部位。相關規範明確規定，作為上部結構部位的地下室樓層的頂樓，蓋應採用樑板結構，地下室頂板為無樑樓蓋時不應作為上部結構的部位。結構計算應向下計算至滿足要求的地下室樓層或底板，但剪力牆底部加強區層數應從地面往上計算，並應包括地下層。
***三***地下室抗浮、抗滲設計
一般來講，此類設計常見問題為：地下水位未按勘察報告確定，或勘察報告未提供計算浮力的地下水位及其變幅，違反了GB50007-2002第3.0.2條;斜坡道未進行抗浮驗算，斜坡道與主體分縫處未作處理;抗浮驗算不滿足要求，不符合GB50009-2001第3.2.5條等。
地下水位及其變幅是地下室抗浮設計的重要依據。實際在地下室抗浮設計時僅考慮正常使用的極限狀態，而對施工過程和洪水期重視不足，因而會造成地下室施工過程中因抗浮不夠而出現區域性破壞。另外，在同一整體大面積地下室的上部常建有多棟高層和低層建築，由於地下室的面積較大、形狀又不規則，且地下室上方的區域性沒有建築，此類抗浮問題相對難以處理，須作細緻分析後再進行處理。地下室結構設計除應滿足受力要求外，抗滲也是其中一個重點。由於鋼筋混凝土結構通常帶裂縫工作，要達到抗滲目的，一般可採取以下措施：***1***補償收縮混凝土。在混凝土中摻微膨脹劑，以混凝土的膨脹值抵消混凝土的最終收縮值。當其差值大於或等於混凝土的極限拉伸時，即可控制裂縫;***2***膨脹帶。混凝土中膨脹劑的膨脹變形不會完全補償混凝土的早期收縮變形，而設定補償收縮混凝土帶可以實現混凝士連續澆注無縫施工;***3***後澆帶。後澆帶作為混凝土早期短時期釋放約束力的一種技術措施，較長久性變形縫已有很大的改進並廣泛應用;***4***提高鋼筋混凝土的抗拉能力。混凝土應考慮增加抗變形鋼筋，如側壁增加水平溫度筋，在混凝土面層起強化作用;側壁受底板和頂板的約束，混凝土脹縮不一致，可在牆體中部設定一道水平暗樑抵抗拉力。當然，在採取以上措施時，同時要注意混凝土的養護。
***四***外牆結構設計
地下室的外牆是結構設計的重點，應按水、土壓力驗算，在設計時應注意以下要求：***1***荷載。地下室外牆所承受的荷載分為水平荷載和豎向荷載。豎向荷載包括上部及地下室結構的樓蓋傳重和自重，水平荷載包括地面荷載、側向土壓力和人防等效靜荷載。在實際工程設計中，豎向荷載及風荷載或地震作用產生的內力一般不起控制作用，牆體配筋主要由垂直牆面的水平荷載產生的彎矩確定，而且通常不考慮與豎向荷載組合的壓彎作用，僅按牆板彎曲計算彎曲的配筋;***2***靜止土壓力系數。靜止土壓力宜由試驗確定，當不具備試驗條件時，砂土可取0.34～0.45，粘性土可取0.5～0.7;***3***地下室外牆的配筋計算。實際設計時，在外牆的配筋計算中，對於帶扶壁柱的外牆，不是根據扶壁柱的尺寸大小進行計算，而是均按雙向板計算配筋;扶壁柱則按地下室結構的整體電算分析結果進行配筋，不按外牆雙向板傳遞荷載驗算扶壁柱配筋。根據外牆與扶壁柱變形協調的原理，這種設計將使得外牆豎向受力筋配筋不足、扶壁柱配筋偏少、外牆的水平分佈筋則有富餘量。因此，在計算地下室外牆的配筋時，對於垂直於外牆方向有鋼筋混凝土內隔牆相連的外牆板塊或外牆扶壁柱截面尺寸較大的外牆板塊，如高層建築外框架柱之間，按雙向板計算配筋為宜，其餘的宜按豎向單向板計算。對豎向荷載較小的外牆扶壁柱，其內外側主筋也應予以適當加強。外牆的水平分佈筋應根據扶壁柱截面尺寸的大小，適當地配以外側附加短水平負筋加強，外牆轉角處也應適當加強。地下室外牆計算時底部為固定支座***即底板作為外牆的嵌固端***，側壁底部彎矩與相鄰的底板彎矩相等，底板的抗彎能力應不小於側壁的抗彎能力，其厚度應與配筋量相匹配。這種情況在地下車道中最為典型，車道側壁為懸臂構件，底板的抗彎能力應不小於側壁底部的抗彎能力。
三、結語
高層建築地下室結構設計顯然是一個複雜的過程，但是，只要把握設計要點，抓住設計重點，以合理的設計為前提，進行全面考慮，使建築地下室結構設計工作發揮其最大的經濟作用和社會效益、戰略效益。
參考文獻
[1]地下工程防水技術規程***GB50108-2001***[S].
[2]建築抗震設計規範***GB50011-2001***[S].
[3]李享，譚素群.地下室結構設計中的若干問題[J].山西建築，2007，33***11***.
[4]朱炳寅，等.建築結構設計規範應用圖解手冊[M].北京：中國建築工業出版社，2005.