地下建筑

①類型不斷增多和規(guī)模不斷擴大。近年來，一些新的地下建筑類型陸續(xù)出現(xiàn)。例如，隨著核能利用的增長，核廢料的處理和貯存成為嚴重問題；在深部地層（幾百米到千米以下）建造地下核廢料庫是解決這一問題的較理想途徑，因而受到廣泛的重視。又如，以節(jié)能為主要目的的地下建筑發(fā)展很快；同時，在地下貯存熱能、冷能、機械能（水能、壓縮空氣）等方面的可行性探討和試驗正在進行。再如，為了改善城市環(huán)境，大規(guī)模的地下污水處理廠已在少數(shù)發(fā)達國家中興建，在地下建造城市垃圾處理廠的方案也正在研究中。

②設(shè)計和建造技術(shù)不斷提高。新的建筑類型往往提出更高的技術(shù)要求，促使新工藝的發(fā)展和建造技術(shù)的提高。例如，為了建造地下核廢料庫，就要解決深部巖層開挖后的地層壓力問題和巖石在核廢料高溫作用下的應(yīng)力變化問題；為了加快施工進度就要設(shè)計制造大型的挖掘機械；為了降低工程造價，就要采用新型結(jié)構(gòu)、高效設(shè)備和高強材料等。

③開展多學(xué)科的研究工作。地下建筑的迅速發(fā)展，使越來越多的人以不同方式生活在地下環(huán)境中，因此在滿足基本使用要求的基礎(chǔ)上，對地下建筑不斷提出更高的質(zhì)量要求。從醫(yī)學(xué)、生理學(xué)、心理學(xué)等學(xué)科的不同角度，多方面研究改善地下環(huán)境的途徑和措施，包括一些比較復(fù)雜的問題。例如，地下環(huán)境中放射性元素的劑量及其影響問題，已開始進行研究。

④從個體向群體、從單一向綜合發(fā)展。城市建設(shè)發(fā)展到一定階段，個體的、分散的地下建筑已不能適應(yīng)城市生活多方面的需要，必然逐步向群體和綜合的方向發(fā)展。例如，地下鐵道線路的增加形成地下高速交通網(wǎng)，在不同線路的換乘點上就比較容易形成一個包括換乘車站、停車場和商店等的地下綜合體，進而可能擴大成為地下商業(yè)街或商業(yè)中心。又如，為了充分利用城市地下空間，應(yīng)改變城市公用設(shè)施的自成系統(tǒng)和管線直埋的狀況，使之向綜合布置和采用多功能管線廊道的方向發(fā)展。為此，要求在統(tǒng)一的城市總體規(guī)劃指導(dǎo)下，制訂城市地下空間的綜合開發(fā)利用規(guī)劃，并同地面上的城市發(fā)展規(guī)劃統(tǒng)一起來。

地下建筑發(fā)展簡史

20世紀70年代中期，隨著環(huán)境科學(xué)和環(huán)境保護工作的發(fā)展，地下建筑的環(huán)境問題逐步被引起重視。70年代后期，工業(yè)發(fā)達國家將地下空間視為資源，大力發(fā)展各類地下建筑工程。由于地下建筑本身的特點及其內(nèi)部環(huán)境條件與地面的差異，一些環(huán)境因素嚴重地影響著地下建筑內(nèi)部人員的舒適感、工作效率和身體健康，使地下建筑環(huán)境問題日益受到重視。

地下建筑環(huán)境特性問題

與地面相比，地下建筑環(huán)境有如下一些特性：①封閉性；②恒溫性；③人為因素的從屬性；④圍巖介質(zhì)和圍護結(jié)構(gòu)材料等自然因素的侵蝕性等。

建造在巖土中的地下建筑物為一封閉體，既受到圍巖介質(zhì)的物理、化學(xué)和生物性因素的作用和影響，也受到建筑物的功能、材料、經(jīng)濟和技術(shù)等人為因素的制約。地下建筑物內(nèi)部缺少陽光直接照射，光線暗淡。圍巖和建筑材料可能放射出有害氣體或射線，人們的生產(chǎn)和生活活動也會產(chǎn)生有毒物質(zhì)、臭味和塵土，引起空氣污染。室內(nèi)潮濕，壁面溫度低，負輻射大，空氣中負離子含量少。蚊、蠅害蟲及細菌、病毒繁殖快，生存期長。生產(chǎn)和生活活動會使環(huán)境噪聲級增強，引起人們神經(jīng)系統(tǒng)不舒適。

地下建筑環(huán)境保護改造

主要措施有：

①加強通風(fēng)換氣。改善小氣候和排出空氣中的污染物。通風(fēng)設(shè)計還要防止有害氣體從室外侵入。

②圍護結(jié)構(gòu)表面加設(shè)防潮、保溫和隔熱材料，減少壁面對人體的負輻射及提高舒適感。

③合理的采光和照明。把天然光線和自然景色引入地下，增加照度和自然氣氛；適當?shù)靥岣叩叵抡斩葮藴?，采用人工照明；增設(shè)一定數(shù)量的保健燈，利用紫外線殺菌、抗佝僂病，促進免疫，抵抗疾病。

④進行必要的裝修裝飾。從造型、色彩、質(zhì)感和光源等方面綜合設(shè)計，以滿足視覺舒適和降低噪聲。

⑤對機械設(shè)備采取減振和隔噪。

⑥堅持環(huán)境設(shè)計。把室內(nèi)空間作為整體環(huán)境綜合設(shè)計，除符合使用功能外，還應(yīng)盡量滿足人體的生理和心理要求。室內(nèi)空間的分隔和造型藝術(shù)要力求創(chuàng)造一個較好的視覺環(huán)境。內(nèi)部采用高明度、淺淡和明亮的后退色，可使房間有寬敞之感；在狹長的過道內(nèi)，設(shè)計明亮色彩的側(cè)墻，或用幾種不同的色彩，可以打破單調(diào)、漫長和沉悶之感；室內(nèi)空間尺度要布置合適，使其盡量通透；家具設(shè)備和門洞間的尺度要符合人體工程學(xué)的要求；各部件相互之間的比例要協(xié)調(diào)；光和色要經(jīng)過科學(xué)和藝術(shù)處理。

⑦進行科學(xué)管理。對環(huán)境質(zhì)量進行定期衛(wèi)生調(diào)查和監(jiān)測；對主要污染源進行控制和治理；秋、冬季節(jié)進行濕式掃除以減少塵埃；根據(jù)需要增設(shè)降濕機、吸塵器、空調(diào)機等機械設(shè)備；建立專人管理負責(zé)制等。總之，需要采取綜合措施，才能經(jīng)常保持良好的地下建筑環(huán)境。

由于地下建筑 的大規(guī)模發(fā)展，地下建筑學(xué)正在形成，它的研究內(nèi)容包括地下建筑發(fā)展歷史和發(fā)展方向，地下空間的開發(fā)和利用，城市地下空間的綜合規(guī)劃，各類地下建筑的規(guī)劃設(shè)計，以及與地下建筑有關(guān)的環(huán)境、生理、心理和技術(shù)等問題?！〉叵陆ㄖ哂辛己玫姆雷o性能，較好的熱穩(wěn)定性和密閉性（見地下建筑傳熱），以及綜合的經(jīng)濟、社會和環(huán)境效益。地下建筑處在一定厚度的巖層或土層中，可免遭或減少核武器、常規(guī)武器、化學(xué)武器和生物武器的破壞，同時也能較有效地抵御地震、颶風(fēng)等自然災(zāi)害。地下建筑的密閉環(huán)境和周圍存在著的比較穩(wěn)定的溫度場，對于創(chuàng)造恒溫或超凈的生產(chǎn)環(huán)境和在低溫或高溫狀態(tài)下貯存物資，防止污染，特別是對于節(jié)約能源，都是有利的。在城市中有計劃地建造地下建筑，對節(jié)省城市用地，降低建筑密度，改善城市交通，擴大綠地面積，減輕城市污染，提高城市生活質(zhì)量等方面，都可以起到重要的作用。地下建筑也有缺點，如建筑成本高，施工復(fù)雜等。

地下建筑簡史

遠古時期，人類就開始利用天然洞穴防寒暑、避風(fēng)雨和躲避野獸。在中國周口店發(fā)現(xiàn)，50多萬年前，北京猿人就居住在天然巖洞中。據(jù)仰韶文化和龍山文化遺址的考古發(fā)現(xiàn)，證明在距今7000～5000年前開始出現(xiàn)人工挖掘的居住洞穴，從簡單的袋形豎穴到圓形或方形的半地穴，上面有簡單屋頂。后來，開始在地面上建造住房，穴居逐漸不再是人類的主要居住方式。但古代陵墓仍然按照地上建筑方式在地下營建。有些糧倉也建在地下，如隋代洛陽的含嘉倉。中國西北、華北的黃土高原地區(qū)，由于黃土地層便于挖掘和氣候干燥，穴居的傳統(tǒng)一直延續(xù)至今。估計中國目前仍有3500萬以上的人口居住在窯洞中（見生土建筑）。

產(chǎn)業(yè)革命以后，由于礦業(yè)和交通事業(yè)的發(fā)展，礦井、巷道、公路隧道、鐵路隧道等相繼建成。1863年英國倫敦建成世界上第一條城市地下鐵道。第二次世界大戰(zhàn)期間，地下建筑在防護上的優(yōu)越性受到重視，一些參戰(zhàn)國把重要的軍事設(shè)施和軍火工廠、倉庫等建在地下，并為居民修建防空洞。50年代末期以來，由于經(jīng)濟的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進步，城市人口的迅速增加，環(huán)境污染日益嚴重，能源危機以及戰(zhàn)爭危險的存在等因素的影響，地下建筑在日本、美國、瑞典、聯(lián)邦德國、法國、瑞士、挪威、加拿大、中國、蘇聯(lián)等許多國家，有了高速度和大規(guī)模的發(fā)展。由于地理構(gòu)成、社會發(fā)展、經(jīng)濟發(fā)達程度和戰(zhàn)略指導(dǎo)思想的差異，各國發(fā)展地下建筑的出發(fā)點和所要解決的矛盾不盡相同。目前，世界上已有80多個城市修建了地下鐵道，還有許多城市正在興建。中國、蘇聯(lián)、瑞士、瑞典、芬蘭等國從戰(zhàn)備要求出發(fā)，建造了大量地下防空工程，有一部分在平時可作各類公共建筑使用。日本、聯(lián)邦德國、法國等，國土較小，大城市人口高度集中，城市各種矛盾突出，因而大量修建地下高速交通網(wǎng)和地下街、地下商業(yè)中心。美國從70年代中期開始，致力于把地下建筑作為節(jié)約能源的措施，發(fā)展出一種半地下覆土建筑，除留出必要的朝陽面外，房屋的其他部分都用一定厚度的土掩埋或覆蓋，并結(jié)合太陽能的利用，取得節(jié)能50%以上的效果（見太陽能建筑）。一些能源缺乏的國家，利用地下建筑大量貯存能源作為戰(zhàn)略儲備，例如瑞典、芬蘭等國建造的地下水封油（或氣）庫的規(guī)模都很大，單庫容量已超過100萬立方米。瑞典、挪威、意大利等國水力資源比較豐富，許多水電站建在地下，以增加水的落差。加拿大氣候寒冷，因此在大城市發(fā)展地下商業(yè)中心，蒙特利爾市的幾個地下商業(yè)中心已經(jīng)連成一片，建筑面積達81萬平方米，形成了地下城。此外，工業(yè)發(fā)達國家還注意發(fā)揮地下建筑在保護城市傳統(tǒng)風(fēng)貌、改善城市環(huán)境、擴大城市空間等方面所起的積極作用。例如，日本名古屋市結(jié)合城市干道的改建，在地下布置了商業(yè)街和停車場，地面除留出必要的行人、行車道外，在中心部分建成一座大型街心公園。其他如東京、大阪等處也設(shè)有地下商業(yè)街（圖1）。又如美國一些大學(xué)為了保存歷史性建筑物的統(tǒng)一風(fēng)格和緩解用地緊張，建造了一些地下建筑，如圖書館、體育館、教學(xué)館（圖2）等，取得良好的效果。這些事實反映了地下建筑的應(yīng)用范圍日益廣泛。

地下建筑類型

地下建筑按功能分類，有軍用建筑（如射擊工事、觀察工事、掩蔽工事等）、民用建筑（包括居住建筑、公共建筑）、各種民用防空工程、工業(yè)建筑、交通和通信建筑、倉庫建筑，以及各種地下公用設(shè)施（如地下自來水廠、固體或液體廢物處理廠、管線廊道等）。兼具幾種功能的大型地下建筑稱為地下綜合體。地下建筑按施工方法分類，有明挖和暗挖兩類。明挖施工后完全回填，上面不建任何建筑物的，稱為單建式地下建筑；上面再建其他建筑物的，稱為附建式地下建筑。明挖施工后部分回填、覆土或堆土的，稱為覆土建筑或堆土建筑。暗挖的地下建筑，通常是在較深的巖層或土層中挖掘成所需要的空間，頂部以上保留一定厚度的自然覆蓋層。此外，在中國還有一種習(xí)慣的分類方法，把地下建筑分為坑道式、地道式（一般為暗挖）、掘開式（相當于明挖單建）和防空地下室（即明挖附建）?？拥篮偷氐赖闹饕獏^(qū)別在于內(nèi)外地面標高的關(guān)系，內(nèi)部高于外部的稱為坑道，低于外部的稱為地道。

主要有以下幾點。

①選擇工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件良好的地方。地下建筑的規(guī)劃設(shè)計，必須以完整、準確的地質(zhì)勘測資料為依據(jù)，充分利用有利的地質(zhì)條件，避開不利因素。在土層中布置地下建筑，應(yīng)選擇具有一定承載力的、土質(zhì)比較均勻的較厚土層，避開回填層、淤泥層、流砂等地段；在巖石中則應(yīng)選擇巖性均一、構(gòu)造簡單、石質(zhì)堅硬的較厚巖層，避開斷層、破碎帶、地震帶和不穩(wěn)定的邊坡等。在平原地區(qū)，應(yīng)注意地下水位及其變化情況直接影響到地下建筑的埋置深度、構(gòu)造措施和施工方法；在山區(qū)，應(yīng)根據(jù)巖層裂隙水的水量和涌水位置，組織地下建筑的排水系統(tǒng)，并注意地表水的疏導(dǎo)和山洪的排泄。

②保證必要的防護能力。雖然地下建筑本身在不同程度上具有對各種武器的防護能力，但對于軍用建筑和防空工程，還應(yīng)按照規(guī)定的防護等級，對不同武器的各種效應(yīng)，進行全面的防護設(shè)計，布置各種防護設(shè)施，使建筑結(jié)構(gòu)和防護設(shè)施以及各種孔、口具有相應(yīng)的防護能力，要重點保證建筑物出入口部位的安全。

③創(chuàng)造適宜的內(nèi)部環(huán)境。地下空間的內(nèi)部環(huán)境包括空氣的溫度、濕度、清潔度、噪聲的強度、燈光的照度、室內(nèi)色彩等方面。適宜的空氣環(huán)境主要靠完善的通風(fēng)設(shè)計來保證；隔聲和吸聲措施的適當使用，可以把噪聲強度控制在允許范圍內(nèi)。建筑處理如內(nèi)部空間組合的完整和變化，材料質(zhì)感的統(tǒng)一和對比，室內(nèi)色彩的豐富和諧調(diào)等，都有助于創(chuàng)造良好的內(nèi)部環(huán)境，消除地下環(huán)境對人的不良的生理和心理影響。

④為結(jié)構(gòu)設(shè)計和施工創(chuàng)造有利條件。地下建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的主要特點是荷載大，因此在建筑設(shè)計中，從平面布置、柱網(wǎng)選擇、層高確定等方面，都應(yīng)為結(jié)構(gòu)設(shè)計的經(jīng)濟、合理創(chuàng)造條件。地下建筑的施工比較復(fù)雜，在設(shè)計中應(yīng)為簡化施工、縮短工期和采用先進的施工技術(shù)創(chuàng)造有利條件，并盡可能減少施工期內(nèi)對地面上正?；顒尤缃煌ǖ鹊挠绊?。

地下建筑原因分析

⑴ 設(shè)計因素：一般設(shè)計重視地下建筑墻板工程豎向結(jié)構(gòu)的配筋和強度，忽略了橫向的水平抗裂度配筋。因墻體結(jié)構(gòu)截面中各質(zhì)點受力是不均勻的，收縮應(yīng)力、溫差應(yīng)力的合力達到了混凝土抗拉極限強度，引起了塑性變形而裂縫；

⑵ 選用的材料不當，如水泥的收縮大，石子的級配差，含泥量大；砂的粒徑細；摻的外加劑質(zhì)量低劣等。由于商品混凝土的強度等級高，水泥用量大，用水量大，水化熱引起的溫度較高，當環(huán)境氣溫大幅度下降，在溫差的作用下，新澆混凝土的線膨脹系數(shù)！c=10×10-6/℃，在降溫時收縮而引起的拉應(yīng)力隨之增大。混凝土墻體的表面積較大，干縮應(yīng)力大于內(nèi)部產(chǎn)生的約束力，形成干縮、收縮、溫差的綜合應(yīng)力，大于混凝土的極限抗拉強度而產(chǎn)生裂縫；

⑶ 違章作業(yè)：一是夏季高溫施工無降溫措施：混凝土拌和物入模溫度大于35℃，當夜晚氣溫下降時產(chǎn)生的內(nèi)外溫差大而容易產(chǎn)生裂縫；二是冬期低溫施工時沒有保溫措施，即當商品混凝土入模后，水泥水化熱大幅度上升而環(huán)境氣溫在0℃左右，則墻板的外側(cè)在低溫下的收縮，產(chǎn)生裂縫。三是澆筑方法不當，如采取泵送混凝土，不是分層澆筑，而是從一部分一次澆到頂，再移動鋪料管再澆一段；混凝土拌合物的接頭是豎向的，澆筑速度快，振搗不均勻，造成墻體混凝土不均質(zhì)、各質(zhì)點受力不均勻，便在應(yīng)力處產(chǎn)生裂縫。四是鋼筋安裝不標準，如間距不均勻、水平鋼筋沒有調(diào)直、且接頭綁扎松弛，或保護控制不嚴，造成混凝土澆筑時碰撞使鋼筋歪斜、受力不勻，容易產(chǎn)生裂縫。特別是《地下工程防水技術(shù)規(guī)范》GB50108-2001對地下防水混凝土結(jié)構(gòu)的迎水面鋼筋保護層厚度作出不小于50mm的強制性規(guī)定實施以來，超長地下室混凝土結(jié)構(gòu)裂縫問題的產(chǎn)生更加突出。

地下建筑處理防治措施

⑴ 地下建筑墻體的豎向裂縫：主要是混凝土的收縮、干縮、冷縮等綜合應(yīng)力作用下產(chǎn)生的裂縫，一般不影響承載能力，可用化學(xué)灌漿法處理。處理的目的是封閉縫隙，防止?jié)B漏水，使裂縫黏合恢復(fù)墻體的原有功能，并防止鋼筋因裂縫破壞鈍化膜而銹蝕的作用；

⑵ 在地下建筑的外側(cè)（即迎水面），全面檢查灌縫質(zhì)量，待漿液固化后，鏟除墻表面的疙瘩，往裂縫處再貼高分子防水卷材，寬度為250mm左右。先沿裂縫打磨平整、干凈，刷基層處理劑，選用與卷材相配套的合格黏結(jié)劑，將卷材粘貼牢固；

⑶ 認真做好地下建筑外圍的回填土，是地下建筑防水的第一道防線；

⑷ 建議設(shè)計單位對地下建筑的墻板宜增配能承受因水泥水化熱引起的溫差應(yīng)力，收縮應(yīng)力，控制裂縫的水平鋼筋、直徑不小于Ф12、間距不大于150mm，接頭宜采用焊接，并用冷拉調(diào)直，安裝后保持平直，間距和保護層位置應(yīng)準確。增設(shè)鋼筋混凝土圈梁和暗柱，增強墻體抗裂度的作用，超長建筑采用“后澆縫”或在混凝土中摻UEA膨脹劑的方法，是有效地減少構(gòu)件裂縫開展的措施。利用混凝土60d的后期強度，可減少混凝土的水泥用量；

⑸ 控制原材料的質(zhì)量、適時掌握施工環(huán)境的變化，嚴格按施工規(guī)范施工；

⑹ 采用薄層連續(xù)澆灌的方法，確?；炷撩軐嵍染鶆蛐裕扇⌒顭岜氐酿B(yǎng)護方法，以減少構(gòu)件的內(nèi)外溫差，嚴格控制降溫速度為1.5℃/d，為混凝土創(chuàng)造應(yīng)力松弛條件，是防止混凝土構(gòu)件收縮裂縫的主要措施之一；

⑺ 夏季高溫施工要有降溫措施，控制混凝土入模溫度不得大于28℃；施工現(xiàn)場要有遮陽措施，以降低施工溫度；2100433B

地下建筑物，構(gòu)筑在地面以下的建筑物。如地下室、地下鐵道、地道等。地下建筑物在戰(zhàn)時對敵人的空襲、特別是核武器襲擊有良好的防護作用，平時能在國民經(jīng)濟建設(shè)和人民生活中發(fā)揮積極作用。

《地下建筑學(xué)》是在1994年版《地下建筑學(xué)》的基礎(chǔ)上重寫的，較全面地反映了近十幾年地下建筑學(xué)的發(fā)展，以及地下空間利用和地下建筑建設(shè)的最新成就。篇幅從原來的15章擴大為3篇28章。第1篇為地下建筑學(xué)總論，共8章，論述有關(guān)地下建筑學(xué)概念性、歷史性、戰(zhàn)略性和前沿性問題，第2篇為地下空間規(guī)劃，共10章，結(jié)合對國內(nèi)外大量實例的評介，論述城市中心區(qū)、居住區(qū)、歷史文化保護區(qū)、城市新區(qū)以及城市廣場和公共綠地等處的地下空間規(guī)劃問題；第3篇是地下建筑設(shè)計，共10章，結(jié)合國內(nèi)外大量實例，分別論述地下居住建筑、公共建筑、交通建筑、工業(yè)建筑、倉儲建筑和民防建筑等的建筑設(shè)計問題，還涉及地下建筑設(shè)計中的環(huán)境、防災(zāi)、防水等技術(shù)問題，最后探討了地下建筑的空間與建筑藝術(shù)處理問題。