谈地下结构的震害特点

安 晓 丽

(太原市第一建筑工程集团有限公司，山西 太原 030001)



谈地下结构的震害特点

安 晓 丽

(太原市第一建筑工程集团有限公司，山西 太原 030001)

基于地下结构的概念，介绍了地下结构的类型及形式，针对地下结构的特点，分析了地下结构的震害特性与地震反应时的特征，指出地下结构震害发生会波及其周边结构，且修复比地面结构难度大，因此研究地下结构的抗震性能很有必要。

地下结构，震害特性，结构形式，建筑结构

0 引言

地下结构的概念是在不影响上层结构正常工作的前提下，在低于地表的空间内进行建筑构筑物的建造形成的结构。

1 地下结构的分类

地下结构的分类是根据建筑的不同用途进行划分的，有如下具体的类型[1]：

1)用于国防：弹药库、通讯枢纽以及舰艇库等；

2)用于人防：医院地下防空地下室、指挥所等结构；

3)用于地下市政：废物处理中心、线路以及管道等结构；

4)用于地下民用与公共建筑：大型商场的地下超市以及游乐场所；

5)用于地下工厂：重工业的地下厂房、轻工业的地下厂房；

6)用于地下仓库：地下车库以及冰库；

7)用于矿山巷道：矿山的地下通道；

8)用于水工隧道：水力发电的各种疏水隧道；

9)用于交通隧道：城市各种地下通道以及地铁通道。

2 地下结构型式介绍

不同型式的地下结构的用途不同，而且根据不同的地势结构以及施工等特点也是不同的，常见的型式结构列表见表1[2]。

表1 常见的地下型式结构

3 地下结构的特点

地下建筑结构作为地下结构的一种，具有一定的功能性，即满足一定需求功能的地下结构称为地下建筑结构，根据我们生活的环境以及需求，地下建筑结构具有自身的一些特点，其不同于地上建筑结构：自卫能力较强：由于地下结构大部分采用自然界的岩石作为防护层，因而相比于人造石而言，性能更加优良，对于一些大破坏能力的武器来说具有更强的抵抗能力，在不可避免的自然灾害面前也有更好的防护能力，此外地下结构自然而然形成的防护层更可以很好的进行结构的防护，可以防止一些污染物质污染，所以人类用地下建筑结构来储存一些不方便地上结构存储的物质，比如汽油以及弹药，此外将危险的建筑构件如核电站等建筑安排在地下结构中是比较安全的，造成的后期危害也有所减弱[5-7]；排外性较强：自然物质的特点使得外层保护物质具有更好的热稳定性以及密闭性，常年地下结构整个密闭空间是常温状态，不易于被外部环境所影响，可以有利于物质的存储，在大部分的农村，常见的地下密闭空间，农民经常用来存储粮食，可以防止食物腐烂，地下结构的有效利用可以使得人类的生活更加的幸福；受地质结构的影响比较大：虽说地下结构具有很多优秀的特点，但是同样存在着缺点，其中一点就是受地质条件影响较大，母体发生较大的变化同样影响着母体的外层结构，影响着地下结构的构件的性能，在一些地质结构存在明显缺陷的地方，不宜建筑较大面积的构筑物，同样净高和跨度的选择也尽量不要太大，以防发生较大的人身事故，因此在进行地下结构的设计时，第一步应该是收集有关建筑选址的地质资料，在地质资料的基础上进行地质勘查，在得出可靠结论时，再根据资料进行设计以及选择合理的结构。

此外洞室的稳定性也与地下岩石结构的稳定性以及压力作用和地下建筑的跨度密切相关，不宜在岩石结构不稳定、压力作用比较大的地址进行较大跨度建筑物的构造，或者可以进行小房间设计，不宜采用框架结构[8-11]。

地下建筑建成后，由于地表结构的覆盖作用使得其照明条件不是很好，因此在地下建筑结构中最重要的一项就是电的设计以及走线，而且人类可以在地球生存有一特别的因素就是氧气，地下建筑的氧含量是有限的，必须与上层空间有连接，保证人类正常需要的氧含量，其他因素如防潮、噪声以及排水问题在地下建筑结构中也要特别说明，地下建筑结构虽然可以保持常温，但是长期处于地下结构的人类会产生湿气，需要排除，否则会影响健康的生长，这些特殊的原因使得地下结构相比于建筑结构有其自身的特殊性。

地下结构具有较好的隔音效果以及声音的传递经常受到限制，要求结构设计人员在地下结构设计时需要进行必要的声学处理。

施工条件的特殊性：一般常规建筑使用的是四面围堵的方式进行建筑和构造，但是地下结构却是采用挖土的方式进行空间的构造，因此在施工时，正确处理好土石量的排放以及堆放问题，在有限的空间内如何充分利用也是施工的限制条件，而且土方开挖采用的机械设备也应该区别于地上结构。

4 震害特性

论文上半部分介绍过由于地下结构采用的是自然界的原材料，具有较好的抗震性能，经实践理论分析研究，同等地质条件下，跨度低于5 m的地下结构的抗震设防烈度要比地上结构高2度～3度，跨度较大的地下结构的抗震设防烈度要比地上结构高1度～2度。相比而言地下结构具有较好的抗震性能，但是大的地震作用发生时，地下结构同样存在着震害问题，同样需要引起设计人员的关注，18世纪美国发生过较大的地震，导致地下的输水管道出现破裂，不能正常运行；同类型的事件日本也发生过。我国在唐山大地震中，人防结构的建筑发生较大的破坏，局部建筑结构遭受较大的破坏。

通过大量的数据以及地震发生时，地下结构表现出来的特性列举如下：

1)同种地震作用下，同地质的地下结构的震害小于地上结构；

2)不同地下结构的破坏一般是越接近地表的结构破坏越严重；

3)土中结构和岩石结构相比，岩石结构具有更好的抗震性能；

4)地下隧道中，可以通过提高衬砌和岩石的整体稳定性来提高地下隧道的抗震破坏能力；

5)地下结构破坏的主要因素是强震持时；

6)地下隧道出入口是震害较严重的部分，应该加强设计以及结构的稳定性。

5 地震反应时的特点

1)振动变形受周围地基土壤的影响较严重，自振特性表现不突出，这跟地面结构有很大的不同，地上结构显示出明显的自振特性；2)地下结构的相位在不同的振动点差别较大；3)地震波入射方向的振动形态有较大的影响，即使地震波入射方向不发生较大的变化，但是振动形态具有较大的变化；4)地震加速度对于地下结构的主要应变影响不大，但是周围岩土介质受影响比较大。

6 结语

地面结构的抗震性能低于地下结构，但是地下结构震害的发生也是不容乐观的，地下结构震害发生会波及其周边的结构，而且由于自身结构地理位置的不同使得其修复相比于地面结构的难度更大，代价更高。现在地下结构用处最多的就是地下交通，一旦发生震害将造成巨大的影响，因此研究地下结构的抗震性能是很有必要的。

[1] 王文卿.城市问题与城市地下空间的开发利用[J].地下空间,1998(6):79-83.

[2] 施仲衡.地下铁道设计与施工[M].西安：陕西科学技术出版社,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] 李腾雁.日本阪神大地震概要[J].地震工程,1996(1):34-38.

[8] 王瑞民.阪神地震中地下结构和隧道的破坏现象浅析[J].灾害学,1998(6):63-66.

[9] 郑永来,杨林德.地下结构震害与防治对策[J].工程抗震,1999(2):23-28.[10] 陶明星.土—地下结构动力相互作用有限元分析[D].西安：西北工业大学,2004.

[11] 孙 钧,侯学渊.地下结构(上、下册)[M].北京：科学出版社,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

安晓丽(1985- )，女，助理工程师

TU352

A