地下建筑物实例分析

摘 要：地下建筑物的设计是建筑设计行业中的重点与难点，本研究初步对地下建筑物的抗震、材料、结构、试验等方面进行了分析，为更多读者提供一定的理论指导。

关键词：地下建筑物;结构;材料;试验

1 地下建筑物的抗震设计

地下地铁车站结构抗震设计中：不考虑侧墙作为安全系数的影响。相关研究研究建立了一个先进的有限元分析模型，通过考虑地下连续墙与侧墙的不同连接方式以及初始静应力的影响，模拟土体、地下连续墙和地铁车站之间的动力相互作用。对地下连续墙及其与地铁车站侧壁的连接进行了分析和比较。地下连续墙的存在会增强地铁车站的侧向刚度，减小地铁车站的侧向变形，但在某些情况下，并不完全是为了防止地铁车站的地震破坏;相反，地下连续墙和侧壁之间的滑动连接加剧了强地面运动输入下地下结构中间柱的地震破坏。然而，地下连续墙和侧壁之间的连接改善了地下地铁站的地震响应。

自20世纪50年代以来，反应谱法已被纳入许多地上结构抗震设计规范。然而，由于地震土-结构相互作用的复杂性，地下结构的抗震设计没有详细的反应空间模型。相关行业将反应空间模型用于地下结构的抗震分析。首先，地下设计反应谱是从大多数抗震设计规范中常见的地面设计反应谱中使用两种不同的程序得出的。其次，建立了由地下结构及其邻近土体组成的、滚筒侧边界和底部边界受地下反应谱影响的SSI分析模型。第三，将响应面模型应用于SSI分析模型，估计地下反应谱下的结构响应。最后，通过数值算例验证了反应空间模型用于地下结构SSI分析模型的可行性。

2 地下建筑物的相关试验

许多严重的破坏长期以来被归因于地下建筑中的中间柱在大量灾难性地震事件中的倒塌。也有研究通过一系列振动台模型试验，详细研究了用方钢管混凝土（CFT）柱代替普通钢筋混凝土柱加固地下结构对结构抗震性能的影响和机理。试验结果分析表明，加强中间柱抗震时，地下结构的安全性和适用性应达到平衡，因为加强中间柱不仅能提高结构抗震能力，还能对同一强烈地震产生较大的结构加速度反应。此外，当改变柱结构时，会出现不同的结构变形和荷载传递条件。分析了土的动力特性和土与不同刚度地下结构的相互作用机理[1]。

3 地下建筑物与环境

大多数地下建筑依靠机械通风系统来达到可接受的室内热舒适水平。为了减轻温室效应，有必要在地下建筑中引入被动系统，以降低建筑的整体能耗。从室内居住者的角度来看，如果被动系统用于建筑通风系统，室内环境质量（IEQ）也应保持在合理的水平。上述问题可以通过设计一个结合地下建筑模拟和设计优化方法的综合设计程序来解决。建筑优化和被动设计策略对IEQ水平控制的潜在影响，涵盖的主题是地下建筑的历史和设计考虑因素、所需考虑因素、建筑通风系统的概念、建筑物居住者报告的IEQ水平评估、建筑优化的关键要素和地下建筑的被动设计策略。通过目前的研究，我们发现将优化方法和被动设计策略结合到建筑性能模拟中是提高地下建筑IEQ水平的一种有前途的技术。此外，采用土壤和自然通风可以有效降低地下空调系统的能耗。事实上，在设计地下建筑时，有几个重要因素需要考虑。此外，还有一些被动式设计可以提高地下建筑的热舒适性并降低能耗。总之，本文的主要目标是帮助建筑工程师和设计人员设计一个节能的地下建筑。同时，可以保持可接受的IEQ水平[2]。

4 地下建筑物的建筑材料与结构

地下预制混凝土结构：地下预制混凝土结构的正确组装在地下结构的建造中通常是至关重要的。特别是，预制混凝土砌块之间的界面防水是影响使用、安全和寿命的关键因素。目前的做法是在设计中加入防水橡胶条。在安装过程中，通过后拉伸将压缩应力施加到带材上，以获得性能。今后可尝试采用腻子对复合橡胶密封条进行了侧向约束压缩试验，设计特殊的防水和密封试验装置，以研究水压和压缩应力（或应变）之间的对应关系。提出腻子型复合橡胶条的耐水性压力与压缩应力应变的关系，并提出腻子型复合橡胶条最小压缩应变的控制目标[3]。

止水带是一种典型的防水材料，用于防止地下混凝土结构施工过程中不可能连续浇筑混凝土的接缝漏水。然而，由于挖掘深度深和地下水位高，传统的止水带通常允许水在高水压环境下通过止水带和混凝土之间的界面。相关研究中提出的另一种解决方案是使用双面胶带在止水带和混凝土之间进行人工粘合，以积极防止在高静水压下通过接缝漏水。对所提出的防水系统的性能进行了实验评估，并与控制系统（无粘合剂）进行了比较，粘结型防水材料在30 m的压头下能抵抗水的迁移，而在结构良好的水泥基复合材料结构中，常规止水材料即使在10 m的压头下也不能有效防水。此外，测量剥离强度，即胶带和水泥复合材料之间的粘合强度，以量化止水的表面污染對界面粘合强度的影响。为了进行剥离强度试验，止水带表面的胶带被沙子和膨润土泥浆中的一种或两种“污染”。对于试验条件，止水的表面污染不会导致粘结强度的显著降低[4]。

参考文献

[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]冯裕民.地下室防水施工技术分析[J].居舍，2019（25）：34.

作者简介：

陈治宇（2000—），江苏盐城人，建筑学专业，本科生.