6．3　地下建筑工程

我国城市地下建筑工程的开发始于20世纪60年代的人防工程，最初的目的是防止空袭。当时，在城市地下挖掘了大量的地道，即防空洞。但当时的防空洞用途单一，大多数没考虑和平时期与大城市功能的结合利用。随着城市近几十年的快速发展，地下空间的利用引起了人们的高度重视。各大中城市先后结合城市改造对既有的“人防工程”进行了再开发和综合利用。现代城市中，地下商业街、地下停车场、地下过街通道、地下大型超市、下沉式广场等地下建筑工程随处可见。

由于地下建筑的大规模发展，逐渐形成了地下建筑的研究领域，该领域专门研究地下建筑的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，同时还涉及地下建筑环境，人的生理、心理状态和相关建筑技术。在土木工程领域也形成了专门研究地下结构的学科，在地下建筑工程的结构设计、受力分析、施工方法等方面取得了一系列成果。

纵观国际社会，在很多发达国家，如日本、美国、瑞典、英国、德国、法国、挪威、加拿大等国家，地下建筑结构都得到了高速、大规模的发展。

法国巴黎的卢浮宫扩建工程（图6．3），受周边地面条件的制约，充分利用地下空间既成功保留了原有古典建筑整体格局，又满足了现代博物馆的使用要求。国际著名的建筑大师贝聿铭开发了卢浮宫原有广场的地下空间，满足了博物馆的休息、服务、餐饮、贮藏、研究、停车等多项功能。地下建筑总面积6．2万m²，地下2层，局部地下3层，深度达－14m，地上地下以主入口的玻璃金字塔连通。金字塔高21m，底宽30m，耸立在庭院中央，4个侧面由673块菱形玻璃拼组而成。建筑形式为古老的金字塔形，而建筑材料和结构体系则体现了现代材料和结构体系。地面到地下的通道是一部不锈钢的螺旋楼梯。整个楼梯结构设有支撑柱，全部荷重由空间螺旋形板承担。地下空间采用混凝土结构建造，巨大的金字塔入口由混凝土十字形墩柱支撑。

图6．3　巴黎卢浮宫主要出入口下部

（a）集散大厅；（b）大厅内楼梯

美国明尼苏达大学的威廉逊楼是一个用于办公与商业的综合地下建筑物，建于1977年。这个地下建筑在节能和利用自然光线上优势突出。地下2层，为现浇钢筋混凝土结构，明挖法施工，即地面全部大开挖，建好地下结构后再覆土。为充分利用自然光线并与原有旧建筑协调，只有7%的屋顶覆土0．7m，其余屋顶直接作为路面。建筑平面为方形，与场地形状和大小一致，但内部沿对角线划分成两个三角形，方向与地面上保留的步行道一致，见图6．4（a）。在一个三角形中，主要布置办公室，共2层，沿一个三角形的下沉式庭院两侧布置；另一半三角形平面为贯通上下层的大空间，作为书店的营业大厅，两边做有夹层，上面仍为办公室。除少数负责人的办公室为封闭房间外，其余大部分用半隔断围成，使多数办公部分能接触到自然光线和室外景色。在书店一侧，沿步行道开了一条采光窗井，可使自然光线直照到书店大厅内，见图6．4（b）。由于地下建筑冬暖夏凉，该建筑在地表以下8m的土层中，常年温度保持在10℃左右。

西安钟鼓楼下沉式广场、下沉式商业街及地下商场是我国著名的地下建筑综合体。此工程东西长约260m，南北宽约90m。地下两层为平战结合的31　386m²的商业建筑，顶面为9　425m²大型城市景观露天绿化广场，另有6　274m²下沉式广场及东西长约140m的下沉式商业街。工程紧邻国家重点文物（钟楼和鼓楼），工程平面简图见6．5（a）。地下建筑采用了板－柱结构体系，板柱节点处设了柱帽［图6．5（b）］，建筑结构由于不设梁，节约了建筑层高，大大减少了工程的土方开挖量和运输量。由于地下结构的防水要求高，工程采用了超长无缝设计，施工中采用后浇带处理方法，减小混凝土收缩应力。地下商场中部设两层通高中庭，通过地面广场上的四棱锥玻璃塔，取得自然顶光［图6．5（c）］。

地下居住建筑规模最大、分布最广的地区是我国西北部的黄土高原，主要形式是传统的窑洞，主要有两大类：一类是崖窑，也称靠山式窑洞，是在黄土台地的陡崖上或冲沟两侧的土壁上沿水平方向挖掘出的洞穴；另一类是下沉式窑洞。在黄土高原的地势较为平坦地带，直接利用自然地形挖窑洞比较困难，故先从地面挖

图6．4　威廉逊楼

（a）地下一层平面；（b）局部剖面图（将阳光引入地下空间）一个坑，形成下沉的院落，四周成为人工的黄土陡崖，向里横向挖洞，形成一个低于自然地面的窑院和窑洞，故称为下沉式窑洞（sunken　courtyard　type　dwellings），俗称天井窑院，或地坑窑院。图6．6是河南下沉式窑洞群鸟瞰图。(www.daowen.com)

国外的地下居住建筑也有不少实例，自20世纪70年代以来，在美国迅速发展起来的以节能为主要目的的半地下覆土住宅，属于现代的地下居住建筑。这种地下覆土住宅在美国曾发展到相当的规模，取得了一定的节能效果，已引起各国的广泛注意，一些国家开始结合本国情况研究在现代条件下，人在地下环境中居住的可能性。例如日本，正在提倡在私人住宅建地下室，作为在家中工作、音乐活动、贮藏及发生灾害时避难之用。

覆土住宅是指在平地上或开挖的地基上，用常规方法建造住宅，在结构工程完成以后，屋顶和外墙面积的50%以上用一定厚度的土覆盖，其余部分（主要为朝阳面）仍然外露的一种半地下式住宅。这种住宅不同于地下室中的住宅，因为地下室的顶部以上还有上部建筑，不能覆土，而且不可能只有一个面露在地上。该

图6．5　西安钟鼓楼下沉式广场

（a）工程立面简图；（b）板柱帽；（c）地下商场内玻璃顶中庭

图6．6　河南下沉式窑洞群鸟瞰图

种住宅在有核战争危险时，可用于私人的防核微粒沉降掩蔽所。在大城市污染日益严重的今天，可使人远离污染，居住在建筑与自然更加和谐的地下住所中。有科学家提出使覆土住宅“能源独立”（energy　independ－ence）的设想，一方面增加主动太阳能利用系统，解决夜间或阴天时的热能贮存问题，另外增设一个利用冬季天然冷源的空调系统，解决夏季供冷问题。图6．7是美国威斯康星州的另一个覆土住宅，使用预制双曲钢筋混凝土壳体组成两个落地拱形结构，使墙与顶成为一体。这幢覆土住宅被认为是与地形和自然环境很好结合的一个典型，同时可取得在寒冷地区节能25%的效果。图6．8是国外覆土住宅。

图6．7　落地拱结构的覆土住宅平面、剖面

图6．8　国外覆土住宅建筑