地下建筑物實例分析

摘 要：地下建筑物的設計是建筑設計行業(yè)中的重點與難點，本研究初步對地下建筑物的抗震、材料、結構、試驗等方面進行了分析，為更多讀者提供一定的理論指導。

關鍵詞：地下建筑物;結構;材料;試驗

1 地下建筑物的抗震設計

地下地鐵車站結構抗震設計中：不考慮側墻作為安全系數(shù)的影響。相關研究研究建立了一個先進的有限元分析模型，通過考慮地下連續(xù)墻與側墻的不同連接方式以及初始靜應力的影響，模擬土體、地下連續(xù)墻和地鐵車站之間的動力相互作用。對地下連續(xù)墻及其與地鐵車站側壁的連接進行了分析和比較。地下連續(xù)墻的存在會增強地鐵車站的側向剛度，減小地鐵車站的側向變形，但在某些情況下，并不完全是為了防止地鐵車站的地震破壞;相反，地下連續(xù)墻和側壁之間的滑動連接加劇了強地面運動輸入下地下結構中間柱的地震破壞。然而，地下連續(xù)墻和側壁之間的連接改善了地下地鐵站的地震響應。

自20世紀50年代以來，反應譜法已被納入許多地上結構抗震設計規(guī)范。然而，由于地震土-結構相互作用的復雜性，地下結構的抗震設計沒有詳細的反應空間模型。相關行業(yè)將反應空間模型用于地下結構的抗震分析。首先，地下設計反應譜是從大多數(shù)抗震設計規(guī)范中常見的地面設計反應譜中使用兩種不同的程序得出的。其次，建立了由地下結構及其鄰近土體組成的、滾筒側邊界和底部邊界受地下反應譜影響的SSI分析模型。第三，將響應面模型應用于SSI分析模型，估計地下反應譜下的結構響應。最后，通過數(shù)值算例驗證了反應空間模型用于地下結構SSI分析模型的可行性。

2 地下建筑物的相關試驗

許多嚴重的破壞長期以來被歸因于地下建筑中的中間柱在大量災難性地震事件中的倒塌。也有研究通過一系列振動臺模型試驗，詳細研究了用方鋼管混凝土（CFT）柱代替普通鋼筋混凝土柱加固地下結構對結構抗震性能的影響和機理。試驗結果分析表明，加強中間柱抗震時，地下結構的安全性和適用性應達到平衡，因為加強中間柱不僅能提高結構抗震能力，還能對同一強烈地震產(chǎn)生較大的結構加速度反應。此外，當改變柱結構時，會出現(xiàn)不同的結構變形和荷載傳遞條件。分析了土的動力特性和土與不同剛度地下結構的相互作用機理[1]。

3 地下建筑物與環(huán)境

大多數(shù)地下建筑依靠機械通風系統(tǒng)來達到可接受的室內(nèi)熱舒適水平。為了減輕溫室效應，有必要在地下建筑中引入被動系統(tǒng)，以降低建筑的整體能耗。從室內(nèi)居住者的角度來看，如果被動系統(tǒng)用于建筑通風系統(tǒng)，室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量（IEQ）也應保持在合理的水平。上述問題可以通過設計一個結合地下建筑模擬和設計優(yōu)化方法的綜合設計程序來解決。建筑優(yōu)化和被動設計策略對IEQ水平控制的潛在影響，涵蓋的主題是地下建筑的歷史和設計考慮因素、所需考慮因素、建筑通風系統(tǒng)的概念、建筑物居住者報告的IEQ水平評估、建筑優(yōu)化的關鍵要素和地下建筑的被動設計策略。通過目前的研究，我們發(fā)現(xiàn)將優(yōu)化方法和被動設計策略結合到建筑性能模擬中是提高地下建筑IEQ水平的一種有前途的技術。此外，采用土壤和自然通風可以有效降低地下空調(diào)系統(tǒng)的能耗。事實上，在設計地下建筑時，有幾個重要因素需要考慮。此外，還有一些被動式設計可以提高地下建筑的熱舒適性并降低能耗。總之，本文的主要目標是幫助建筑工程師和設計人員設計一個節(jié)能的地下建筑。同時，可以保持可接受的IEQ水平[2]。

4 地下建筑物的建筑材料與結構

地下預制混凝土結構：地下預制混凝土結構的正確組裝在地下結構的建造中通常是至關重要的。特別是，預制混凝土砌塊之間的界面防水是影響使用、安全和壽命的關鍵因素。目前的做法是在設計中加入防水橡膠條。在安裝過程中，通過后拉伸將壓縮應力施加到帶材上，以獲得性能。今后可嘗試采用膩子對復合橡膠密封條進行了側向約束壓縮試驗，設計特殊的防水和密封試驗裝置，以研究水壓和壓縮應力（或應變）之間的對應關系。提出膩子型復合橡膠條的耐水性壓力與壓縮應力應變的關系，并提出膩子型復合橡膠條最小壓縮應變的控制目標[3]。

止水帶是一種典型的防水材料，用于防止地下混凝土結構施工過程中不可能連續(xù)澆筑混凝土的接縫漏水。然而，由于挖掘深度深和地下水位高，傳統(tǒng)的止水帶通常允許水在高水壓環(huán)境下通過止水帶和混凝土之間的界面。相關研究中提出的另一種解決方案是使用雙面膠帶在止水帶和混凝土之間進行人工粘合，以積極防止在高靜水壓下通過接縫漏水。對所提出的防水系統(tǒng)的性能進行了實驗評估，并與控制系統(tǒng)（無粘合劑）進行了比較，粘結型防水材料在30 m的壓頭下能抵抗水的遷移，而在結構良好的水泥基復合材料結構中，常規(guī)止水材料即使在10 m的壓頭下也不能有效防水。此外，測量剝離強度，即膠帶和水泥復合材料之間的粘合強度，以量化止水的表面污染對界面粘合強度的影響。為了進行剝離強度試驗，止水帶表面的膠帶被沙子和膨潤土泥漿中的一種或兩種“污染”。對于試驗條件，止水的表面污染不會導致粘結強度的顯著降低[4]。

參考文獻

[1]Xin Chen，Ning Zhang，Yufeng Gao，Denghui Dai.Effects of a V-shaped canyon with a circular underground structure on surface ground motions under SH wave propagation[J].Soil Dynamics and Earthquake Engineering，2019，127.

[2]Ying Xu，Yimiao Huang，Guowei Ma.A review on effects of different factors on gas explosions in underground structures[J].Underground Space，2019.

[3]Kosuke Takahashi，Takeshi Tsuji，Tatsunori Ikeda，Hiro Nimiya，Yuichiro Nagata，Yudai Suemoto.Underground structures associated with horizontal sliding at Uchinomaki hot springs，Kyushu，Japan，during the 2016 Kumamoto earthquake[J].Earth，Planets and Space，2019，71（1）.

[4]馮裕民.地下室防水施工技術分析[J].居舍，2019（25）：34.

作者簡介：

陳治宇（2000—），江蘇鹽城人，建筑學專業(yè)，本科生.