地下建筑
| 地下建筑 |
 |
地下建筑，underground structure，建造在岩层或土层中的建筑。它是现代城市高速发展的产物，起缓和城市矛盾，改善生活环境的作用，也为人类开拓了新的生活领域。地下建筑按功能可分为军用、民用、防空工程、工业、交通和通信、仓库等建筑，以及地下公用设施。建筑设计要求有：①选择工程地质和水文地质条件良好的地方。② 保证必要的防护能力。③ 创造适宜的内部环境。④为结构设计和施工创造有利条件。
目录
基本内容
简单介绍
建造在岩层或土层中的建筑。人类合理开发和综合利用天然形成的和人工挖掘的地下空间，不仅有助于缓和现代城市发展中的各种矛盾,改善生活环境,还为人类开拓了新的生活领域。由于地下建筑的大规模发展，地下建筑学正在形成，它的研究内容包括地下建筑发展历史和发展方向，地下空间的开发和利用，城市地下空间的综合规划，各类地下建筑的规划设计，以及与地下建筑有关的环境、生理、心理和技术等问题。
地下建筑具有良好的防护性能，较好的热稳定性和密闭性(见地下建筑传热)，以及综合的经济、社会和环境效益。地下建筑处在一定厚度的岩层或土层中，可免遭或减少核武器、常规武器、化学武器和生物武器的破坏，同时也能较有效地抵御地震、飓风等自然灾害。地下建筑的密闭环境和周围存在着的比较稳定的温度场，对于创造恒温或超净的生产环境和在低温或高温状态下贮存物资，防止污染，特别是对于节约能源，都是有利的。在城市中有计划地建造地下建筑，对节省城市用地，降低建筑密度，改善城市交通，扩大绿地面积，减轻城市污染，提高城市生活质量等方面，都可以起到重要的作用。地下建筑也有缺点，如建筑成本高，施工复杂等。
发展简史
远古时期，人类就开始利用天然洞穴防寒暑、避风雨和躲避野兽。在中国周口店发现,50多万年前,北京猿人就居住在天然岩洞中。据仰韶文化和龙山文化遗址的考古发现，证明在距今7000～5000年前开始出现人工挖掘的居住洞穴，从简单的袋形竖穴到圆形或方形的半地穴，上面有简单屋顶。后来，开始在地面上建造住房，穴居逐渐不再是人类的主要居住方式。但古代陵墓仍然按照地上建筑方式在地下营建。有些粮仓也建在地下，如隋代洛阳的含嘉仓。中国西北、华北的黄土高原地区，由于黄土地层便于挖掘和气候干燥，穴居的传统一直延续至今。估计中国目前仍有3500万以上的人口居住在窑洞中（见生土建筑）。
产业革命以后，由于矿业和交通事业的发展，矿井、巷道、公路隧道、铁路隧道等相继建成。1863年英国伦敦建成世界上第一条城市地下铁道。第二次世界大战期间，地下建筑在防护上的优越性受到重视，一些参战国把重要的军事设施和军火工厂、仓库等建在地下，并为居民修建防空洞。
50年代末期以来，由于经济的发展和科学技术的进步,城市人口的迅速增加,环境污染日益严重，能源危机以及战争危险的存在等因素的影响，地下建筑在日本、美国、瑞典、联邦德国、法国、瑞士、挪威、加拿大、中国、苏联等许多国家，有了高速度和大规模的发展。由于地理构成、社会发展、经济发达程度和战略指导思想的差异，各国发展地下建筑的出发点和所要解决的矛盾不尽相同。
目前，世界上已有80多个城市修建了地下铁道，还有许多城市正在兴建。中国、苏联、瑞士、瑞典、芬兰等国从战备要求出发，建造了大量地下防空工程，有一部分在平时可作各类公共建筑使用。日本、联邦德国、法国等，国土较小，大城市人口高度集中，城市各种矛盾突出，因而大量修建地下高速交通网和地下街、地下商业中心。美国从70年代中期开始，致力于把地下建筑作为节约能源的措施，发展出一种半地下覆土建筑，除留出必要的朝阳面外，房屋的其他部分都用一定厚度的土掩埋或覆盖，并结合太阳能的利用，取得节能50％以上的效果(见太阳能建筑)。一些能源缺乏的国家，利用地下建筑大量贮存能源作为战略储备，例如瑞典、芬兰等国建造的地下水封油(或气)库的规模都很大,单库容量已超过100万立方米。瑞典、挪威、意大利等国水力资源比较丰富，许多水电站建在地下，以增加水的落差。加拿大气候寒冷，因此在大城市发展地下商业中心，蒙特利尔市的几个地下商业中心已经连成一片,建筑面积达81万平方米,形成了地下城。
此外，工业发达国家还注意发挥地下建筑在保护城市传统风貌、改善城市环境、扩大城市空间等方面所起的积极作用。例如，日本名古屋市结合城市干道的改建，在地下布置了商业街和停车场，地面除留出必要的行人、行车道外，在中心部分建成一座大型街心公园。其他如东京、大阪等处也设有地下商业街（图1）。又如美国一些大学为了保存历史性建筑物的统一风格和缓解用地紧张,建造了一些地下建筑,如图书馆、体育馆、教学馆(图2)等,取得良好的效果。这些事实反映了地下建筑的应用范围日益广泛。
主要类型
地下建筑按功能分类，有军用建筑（如射击工事、观察工事、掩蔽工事等）、民用建筑（包括居住建筑、公共建筑）、各种民用防空工程、工业建筑、交通和通信建筑、仓库建筑，以及各种地下公用设施（如地下自来水厂、固体或液体废物处理厂、管线廊道等）。兼具几种功能的大型地下建筑称为地下综合体。地下建筑按施工方法分类，有明挖和暗挖两类。明挖施工后完全回填，上面不建任何建筑物的，称为单建式地下建筑；上面再建其他建筑物的，称为附建式地下建筑。明挖施工后部分回填、覆土或堆土的，称为覆土建筑或堆土建筑。暗挖的地下建筑，通常是在较深的岩层或土层中挖掘成所需要的空间，顶部以上保留一定厚度的自然覆盖层。此外，在中国还有一种习惯的分类方法，把地下建筑分为坑道式、地道式（一般为暗挖）、掘开式（相当于明挖单建）和防空地下室（即明挖附建）。坑道和地道的主要区别在于内外地面标高的关系，内部高于外部的称为坑道，低于外部的称为地道。
设计要求
主要有以下几点。
①选择工程地质和水文地质条件良好的地方。地下建筑的规划设计，必须以完整、准确的地质勘测资料为依据，充分利用有利的地质条件，避开不利因素。在土层中布置地下建筑，应选择具有一定承载力的、土质比较均匀的较厚土层，避开回填层、淤泥层、流砂等地段；在岩石中则应选择岩性均一、构造简单、石质坚硬的较厚岩层，避开断层、破碎带、地震带和不稳定的边坡等。在平原地区，应注意地下水位及其变化情况直接影响到地下建筑的埋置深度、构造措施和施工方法；在山区，应根据岩层裂隙水的水量和涌水位置，组织地下建筑的排水系统，并注意地表水的疏导和山洪的排泄。
②保证必要的防护能力。虽然地下建筑本身在不同程度上具有对各种武器的防护能力，但对于军用建筑和防空工程，还应按照规定的防护等级，对不同武器的各种效应，进行全面的防护设计，布置各种防护设施，使建筑结构和防护设施以及各种孔、口具有相应的防护能力，要重点保证建筑物出入口部位的安全。
③创造适宜的内部环境。地下空间的内部环境包括空气的温度、湿度、清洁度、噪声的强度、灯光的照度、室内色彩等方面。适宜的空气环境主要靠完善的通风设计来保证；隔声和吸声措施的适当使用，可以把噪声强度控制在允许范围内。建筑处理如内部空间组合的完整和变化，材料质感的统一和对比，室内色彩的丰富和谐调等，都有助于创造良好的内部环境，消除地下环境对人的不良的生理和心理影响。
④为结构设计和施工创造有利条件。地下建筑结构设计的主要特点是荷载大，因此在建筑设计中，从平面布置、柱网选择、层高确定等方面，都应为结构设计的经济、合理创造条件。地下建筑的施工比较复杂，在设计中应为简化施工、缩短工期和采用先进的施工技术创造有利条件，并尽可能减少施工期内对地面上正常活动如交通等的影响。[1]