项目化教学设计

项目化教学设计

《用MATLAB软件编写地基沉降量计算程序》

建筑工程学院土木工程系杨淼

一、项目背景

在项目工程地基设计时，结构工程师都要根据地勘报告、设计的基础形式以及上部传递下来的荷载计算地基基础的沉降量。按照《建筑地基基础设计规范》规定的计算方法计算地基沉降量是一个非常繁琐的过程，包括土层的划分，附加应力系数的选取，的各个分层沉降量的叠加，最后验算沉降计算是否满足规范要求。

总之，如果用手算地基沉降量，是一个计算量非常庞大的工程。在计算机广泛应用在建筑工程设计中的时代，需要应用计算机来解决沉降量的计算。当然，现在有很多设计软件都能够帮助工程师计算地基沉降量，但每个软件的设计构造都不太一样，功能的选择上有时不能够满足工程师的要求。

因此，我们可以根据自己的设计习惯方式等，编制小的地基沉降量计算程序。同样提供编程的软件很多，本课程选择逻辑关系简单、上手比较快的MATLAB来编写。

MATLAB是美国MathWorks公司出品的商业数学软件，用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境。MATLAB 由一系列工具组成。这些工具方便用户使用MATLAB的函数和文件，其中许多工具采用的是图形用户界面。MATLAB是一个高级的矩阵/阵列语言，它包含控制语句、函数、数据结构、输入和输出和面向对象编程特点。用户可以在命令窗口中将输入语句与执行命令同步，也可以先编写好一个较大的复杂的应用程序（M文件）后再一起运行。

二、项目能力培养目标

《土力学与地基基础》课程理论性比较强，在尽量结合实践工程设计的理论知识学习的基础上，希望通过该项目教学让同学更好的掌握地基沉降量的计算方法和计算过程。

通过MATLAB编程，能够让同学多掌握一门计算机编程语言，通过自学软件，结合理论公式，更好的理解计算过程。同时也培养的同学自己主动学，动手操作的能力，不光将知识停留在理论层面上。

通过最后的成果展示，让同学收获努力付出的喜悦。

三、项目准备内容

1、《建筑地基基础设计规范》地基沉降计算公式

在《土力学与地基基础》理论课程第五章中，讲解了《建筑地基基础设计规范法》计算地基沉降的计算公式。

'

01s s 11()n i i i i i si

p s s z z E ψψαα--===-∑ 其中附加应力系数需要查表。

课程中要求学生熟悉该计算公式，并且掌握根据给定外力以及基础面积埋深等条件计算基础的沉降量。

计算过程包括：（1）确定沉降量计算深度范围；（2）确定基础底面附加应力、（3）根绝土层分布以及地下水位位置划分土层；（4）根据基础长宽比、深宽比查表确定基底附加应力系数；（5）根据公式确定每层地基土的沉降量；（6）对各分层图沉降量求和；（7）确定沉降量经验系数；（8）确定最终沉降量。

2、MATLAB 软件

熟悉MATLAB 编写语言。

例如：

（1）变量赋值：D=input('输入桩直径:');

（2）循环：for j=1:n

a(1:2,j)=nhcs(TS(1:m,j*2-1),TS(1:m,j*2));%位移，剪切力

end

（3）M 文件调用：T=4*fjxs(ab,zb,t); %求附加应力系数

其中fjxs 是单独编写的M 文件，在主程序中需要调用时才会运行。

四、项目实施阶段

1、分组

班级同学自行分组，三人一组，全班（60人），一共是20个小组，每小组确定组长向老师负责。

2、安装MATLAB程序并学习

提供给学生MATLAB软件安装程序，以及MATLAB电子版简易教程。（程序安装，老师指导。教程需要小组回去自行学习。）

3、程序编写流程确定（老师讲解）

（1）根据学习的地基规范中规定的沉降量计算方法，确定变量、常量。

（2）根据计算需要，确定外部输入量。（例如土层性质中土的重度、土的压缩模量，土层厚度等等）

（3）根据计算过程，绘制MATLAB程序流程图。

4、程序编写

（1）完成各个M文件的编制，并且要调试成功。

（2）将各个M文件编写进主程序，调试正个程序。

五、项目成果展示

课堂展示：以小组为单位，每组推选一个同学，进行PPT讲解自己编制程序流程及细节，并且当众演示计算程序运行。（老师点评）