談地下結(jié)構(gòu)的震害特點(diǎn)

安 曉 麗

(太原市第一建筑工程集團(tuán)有限公司，山西 太原 030001)

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談地下結(jié)構(gòu)的震害特點(diǎn)

安 曉 麗

(太原市第一建筑工程集團(tuán)有限公司，山西 太原 030001)

基于地下結(jié)構(gòu)的概念，介紹了地下結(jié)構(gòu)的類型及形式，針對地下結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，分析了地下結(jié)構(gòu)的震害特性與地震反應(yīng)時(shí)的特征，指出地下結(jié)構(gòu)震害發(fā)生會波及其周邊結(jié)構(gòu)，且修復(fù)比地面結(jié)構(gòu)難度大，因此研究地下結(jié)構(gòu)的抗震性能很有必要。

地下結(jié)構(gòu)，震害特性，結(jié)構(gòu)形式，建筑結(jié)構(gòu)

0 引言

地下結(jié)構(gòu)的概念是在不影響上層結(jié)構(gòu)正常工作的前提下，在低于地表的空間內(nèi)進(jìn)行建筑構(gòu)筑物的建造形成的結(jié)構(gòu)。

1 地下結(jié)構(gòu)的分類

地下結(jié)構(gòu)的分類是根據(jù)建筑的不同用途進(jìn)行劃分的，有如下具體的類型[1]：

1)用于國防：彈藥庫、通訊樞紐以及艦艇庫等；

2)用于人防：醫(yī)院地下防空地下室、指揮所等結(jié)構(gòu)；

3)用于地下市政：廢物處理中心、線路以及管道等結(jié)構(gòu)；

4)用于地下民用與公共建筑：大型商場的地下超市以及游樂場所；

5)用于地下工廠：重工業(yè)的地下廠房、輕工業(yè)的地下廠房；

6)用于地下倉庫：地下車庫以及冰庫；

7)用于礦山巷道：礦山的地下通道；

8)用于水工隧道：水力發(fā)電的各種疏水隧道；

9)用于交通隧道：城市各種地下通道以及地鐵通道。

2 地下結(jié)構(gòu)型式介紹

不同型式的地下結(jié)構(gòu)的用途不同，而且根據(jù)不同的地勢結(jié)構(gòu)以及施工等特點(diǎn)也是不同的，常見的型式結(jié)構(gòu)列表見表1[2]。

表1 常見的地下型式結(jié)構(gòu)

3 地下結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)

地下建筑結(jié)構(gòu)作為地下結(jié)構(gòu)的一種，具有一定的功能性，即滿足一定需求功能的地下結(jié)構(gòu)稱為地下建筑結(jié)構(gòu)，根據(jù)我們生活的環(huán)境以及需求，地下建筑結(jié)構(gòu)具有自身的一些特點(diǎn)，其不同于地上建筑結(jié)構(gòu)：自衛(wèi)能力較強(qiáng)：由于地下結(jié)構(gòu)大部分采用自然界的巖石作為防護(hù)層，因而相比于人造石而言，性能更加優(yōu)良，對于一些大破壞能力的武器來說具有更強(qiáng)的抵抗能力，在不可避免的自然災(zāi)害面前也有更好的防護(hù)能力，此外地下結(jié)構(gòu)自然而然形成的防護(hù)層更可以很好的進(jìn)行結(jié)構(gòu)的防護(hù)，可以防止一些污染物質(zhì)污染，所以人類用地下建筑結(jié)構(gòu)來儲存一些不方便地上結(jié)構(gòu)存儲的物質(zhì)，比如汽油以及彈藥，此外將危險(xiǎn)的建筑構(gòu)件如核電站等建筑安排在地下結(jié)構(gòu)中是比較安全的，造成的后期危害也有所減弱[5-7]；排外性較強(qiáng)：自然物質(zhì)的特點(diǎn)使得外層保護(hù)物質(zhì)具有更好的熱穩(wěn)定性以及密閉性，常年地下結(jié)構(gòu)整個(gè)密閉空間是常溫狀態(tài)，不易于被外部環(huán)境所影響，可以有利于物質(zhì)的存儲，在大部分的農(nóng)村，常見的地下密閉空間，農(nóng)民經(jīng)常用來存儲糧食，可以防止食物腐爛，地下結(jié)構(gòu)的有效利用可以使得人類的生活更加的幸福；受地質(zhì)結(jié)構(gòu)的影響比較大：雖說地下結(jié)構(gòu)具有很多優(yōu)秀的特點(diǎn)，但是同樣存在著缺點(diǎn)，其中一點(diǎn)就是受地質(zhì)條件影響較大，母體發(fā)生較大的變化同樣影響著母體的外層結(jié)構(gòu)，影響著地下結(jié)構(gòu)的構(gòu)件的性能，在一些地質(zhì)結(jié)構(gòu)存在明顯缺陷的地方，不宜建筑較大面積的構(gòu)筑物，同樣凈高和跨度的選擇也盡量不要太大，以防發(fā)生較大的人身事故，因此在進(jìn)行地下結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)時(shí)，第一步應(yīng)該是收集有關(guān)建筑選址的地質(zhì)資料，在地質(zhì)資料的基礎(chǔ)上進(jìn)行地質(zhì)勘查，在得出可靠結(jié)論時(shí)，再根據(jù)資料進(jìn)行設(shè)計(jì)以及選擇合理的結(jié)構(gòu)。

此外洞室的穩(wěn)定性也與地下巖石結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性以及壓力作用和地下建筑的跨度密切相關(guān)，不宜在巖石結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定、壓力作用比較大的地址進(jìn)行較大跨度建筑物的構(gòu)造，或者可以進(jìn)行小房間設(shè)計(jì)，不宜采用框架結(jié)構(gòu)[8-11]。

地下建筑建成后，由于地表結(jié)構(gòu)的覆蓋作用使得其照明條件不是很好，因此在地下建筑結(jié)構(gòu)中最重要的一項(xiàng)就是電的設(shè)計(jì)以及走線，而且人類可以在地球生存有一特別的因素就是氧氣，地下建筑的氧含量是有限的，必須與上層空間有連接，保證人類正常需要的氧含量，其他因素如防潮、噪聲以及排水問題在地下建筑結(jié)構(gòu)中也要特別說明，地下建筑結(jié)構(gòu)雖然可以保持常溫，但是長期處于地下結(jié)構(gòu)的人類會產(chǎn)生濕氣，需要排除，否則會影響健康的生長，這些特殊的原因使得地下結(jié)構(gòu)相比于建筑結(jié)構(gòu)有其自身的特殊性。

地下結(jié)構(gòu)具有較好的隔音效果以及聲音的傳遞經(jīng)常受到限制，要求結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員在地下結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)需要進(jìn)行必要的聲學(xué)處理。

施工條件的特殊性：一般常規(guī)建筑使用的是四面圍堵的方式進(jìn)行建筑和構(gòu)造，但是地下結(jié)構(gòu)卻是采用挖土的方式進(jìn)行空間的構(gòu)造，因此在施工時(shí)，正確處理好土石量的排放以及堆放問題，在有限的空間內(nèi)如何充分利用也是施工的限制條件，而且土方開挖采用的機(jī)械設(shè)備也應(yīng)該區(qū)別于地上結(jié)構(gòu)。

4 震害特性

論文上半部分介紹過由于地下結(jié)構(gòu)采用的是自然界的原材料，具有較好的抗震性能，經(jīng)實(shí)踐理論分析研究，同等地質(zhì)條件下，跨度低于5 m的地下結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)防烈度要比地上結(jié)構(gòu)高2度～3度，跨度較大的地下結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)防烈度要比地上結(jié)構(gòu)高1度～2度。相比而言地下結(jié)構(gòu)具有較好的抗震性能，但是大的地震作用發(fā)生時(shí)，地下結(jié)構(gòu)同樣存在著震害問題，同樣需要引起設(shè)計(jì)人員的關(guān)注，18世紀(jì)美國發(fā)生過較大的地震，導(dǎo)致地下的輸水管道出現(xiàn)破裂，不能正常運(yùn)行；同類型的事件日本也發(fā)生過。我國在唐山大地震中，人防結(jié)構(gòu)的建筑發(fā)生較大的破壞，局部建筑結(jié)構(gòu)遭受較大的破壞。

通過大量的數(shù)據(jù)以及地震發(fā)生時(shí)，地下結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出來的特性列舉如下：

1)同種地震作用下，同地質(zhì)的地下結(jié)構(gòu)的震害小于地上結(jié)構(gòu)；

2)不同地下結(jié)構(gòu)的破壞一般是越接近地表的結(jié)構(gòu)破壞越嚴(yán)重；

3)土中結(jié)構(gòu)和巖石結(jié)構(gòu)相比，巖石結(jié)構(gòu)具有更好的抗震性能；

4)地下隧道中，可以通過提高襯砌和巖石的整體穩(wěn)定性來提高地下隧道的抗震破壞能力；

5)地下結(jié)構(gòu)破壞的主要因素是強(qiáng)震持時(shí)；

6)地下隧道出入口是震害較嚴(yán)重的部分，應(yīng)該加強(qiáng)設(shè)計(jì)以及結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

5 地震反應(yīng)時(shí)的特點(diǎn)

1)振動變形受周圍地基土壤的影響較嚴(yán)重，自振特性表現(xiàn)不突出，這跟地面結(jié)構(gòu)有很大的不同，地上結(jié)構(gòu)顯示出明顯的自振特性；2)地下結(jié)構(gòu)的相位在不同的振動點(diǎn)差別較大；3)地震波入射方向的振動形態(tài)有較大的影響，即使地震波入射方向不發(fā)生較大的變化，但是振動形態(tài)具有較大的變化；4)地震加速度對于地下結(jié)構(gòu)的主要應(yīng)變影響不大，但是周圍巖土介質(zhì)受影響比較大。

6 結(jié)語

地面結(jié)構(gòu)的抗震性能低于地下結(jié)構(gòu)，但是地下結(jié)構(gòu)震害的發(fā)生也是不容樂觀的，地下結(jié)構(gòu)震害發(fā)生會波及其周邊的結(jié)構(gòu)，而且由于自身結(jié)構(gòu)地理位置的不同使得其修復(fù)相比于地面結(jié)構(gòu)的難度更大，代價(jià)更高。現(xiàn)在地下結(jié)構(gòu)用處最多的就是地下交通，一旦發(fā)生震害將造成巨大的影響，因此研究地下結(jié)構(gòu)的抗震性能是很有必要的。

[1] 王文卿.城市問題與城市地下空間的開發(fā)利用[J].地下空間,1998(6):79-83.

[2] 施仲衡.地下鐵道設(shè)計(jì)與施工[M].西安：陜西科學(xué)技術(shù)出版社,1997.

[3] Dowing C.H.， Rozen A. Damage to rock tunnels from earthquake shaking[J].Journal of the geo-technical engineering division.ASCE,1978(4):175-191.

[4] Dowing C.H.Earthquake stability of rock tunnel[J].Tunnels and Tunnelling,1979(6):15-20.

[5] C.M.Duke, D.J.Leeds.Effects of Earthquakes on Tunnels in Protective Construction in A Nuclear Age,proc.second protective Construction Symposium,Ed.J.J.0 Sullivon,Macmillan Comp.New York,1959(1):303-328.

[6] Hiroomi iida Tzomu yoshida and Masahiko iwafuji.Damage to DAIKAI subway station,Special issue of soil and foundation[J].Japanese Geotechnical Society,1996(6):283-300.

[7] 李騰雁.日本阪神大地震概要[J].地震工程,1996(1):34-38.

[8] 王瑞民.阪神地震中地下結(jié)構(gòu)和隧道的破壞現(xiàn)象淺析[J].災(zāi)害學(xué),1998(6):63-66.

[9] 鄭永來,楊林德.地下結(jié)構(gòu)震害與防治對策[J].工程抗震,1999(2):23-28.[10] 陶明星.土—地下結(jié)構(gòu)動力相互作用有限元分析[D].西安：西北工業(yè)大學(xué),2004.

[11] 孫 鈞,侯學(xué)淵.地下結(jié)構(gòu)(上、下冊)[M].北京：科學(xué)出版社,1987.

On seismic features of underground structures

An Xiaoli

(TaiyuanNo.1ArchitecturalEngineeringGroupCo.,Ltd,Taiyuan030001,China)

Based on the concept of the underground structure, the paper introduces the types and forms of the underground structure, analyzes the seismic features of the structure and the characteristics of the seismic response according to the features of the underground structures, and points out the seismic disasters of the structure can affect its surrounding structures with more difficulties than the ground structure in its repair, so the research on the seismic performance of the structure is necessary.

underground structure, seismic feature, structural form, architectural structure

1009-6825(2016)28-0057-03

2016-08-01

安曉麗(1985- )，女，助理工程師

TU352

A