第2章城市地下空间的规划基础理论.ppt
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1、2.1 城市地下空间资源的利用2.2 城市空间与地下空间规划理论原则2.3 地下空间生理与心理学 2.4 地下空间开发的几个技术问题2.5 地下空间环境设计理论与技术,第2章 城市地下空间的规划基础理论,第一节 城市地下空间资源的利用,一、城市地下空间的开发,城市化水平提高,人口与业务管理机构向城市中心部位集中,要求立体化开发城市空间,形成新型城市结构。地下空间开发范围如表3.2.3。,表3.2.3 地下空间开发利用类型与范围,二、中国城市地下空间资源利用现状,我国城市地下空间大规模开发利用始于20世纪60年代后期的人防工程建设。我国城市地下空间开发特点:(1)布局不合理与城市建设脱节:国外大
2、城市地下空间开发利用一般结合城市交通改造而开始,我国城市地下空间开发则始于人防工程建设,形成了独立管理、投资体系,早期未纳入城市的总体规划。(2)城市地下空间的利用多偏重于经营商业,城市地下交通、地下公用设施综合(共同沟)、地下贮存和处理城市废物等现代化综合功能利用较少,内部环境、安全水平较低。(3)我国近几年城市规划、建设领域内已陆续制订了有关法律和法规;人防领域已有了一些必要法规、设计规范。但城市地下空间开发利用全局性问题仍无法可依,如城市地下空间的所有权和使用权、开发战略和方针政策、领导和管理体制等问题。技术政策缺乏技术先进并符合我国国情的建设和设计标准,如环境标准、安全标准等,尚无反映
3、地下空间特点的统一标准可循。,1 城市地下空间资源的利用,一、城市容量,第二节 城市空间与地下空间规划理论原则,城市容量:城市某时期人类活动的各类设施(建筑物、道路等城市设施)综合性的容纳能力。包括人口容量、建筑容量、交通容量、环境容量等。城市容量取决于用地面积、经济技术发展程度等因素,用地面积、社会经济技术发展程度与城市容量成正比。城市容量是相互关联而总是处在相互协调平衡状态的系统。城市衰退原因是城市各容量间比例和配置失调结果。,城市实际容量:城市某阶段实际人类活动容纳能力;城市理论容量:城市用地一定,保证城市功能正常运转、城市环境和城市居民生活质量达到一定标准的条件下,所能容纳的最大城市人
4、口数量。城市发展受到很多条件的影响。城市理论容量的规模要与城市发展速度相适应,过大则浪费,过小则制约城市发展。城市规划是不断调整城市发展与城市理论容量、城市实际容量、城市各容量间的平衡发展关系的过程。规划要领:城市各容量间的平衡。,二、城市容量的拓展,拓展城市容量的第一步是保持各城市功能协调发展。拓展城市容量的根本方法是开发城市空间。城市空间:上部空间、地面空间、地下空间,一般首先开发利用地面空间,其次是上部空间,最后是地下空间。城市空间的拓展方式:1外延式水平方向扩展:增加城市用地为主;2内涵式立体方向扩展:增加上部、下部空间为主。两者互不排斥,可独立或同时存在。,2 城市空间与地下空间规划
5、理论原则,三、城市空间的分类,1.城市空间按层次的分类:地面、上部和地下空间(图2.1.2),2 城市空间与地下空间规划理论原则,开发地下空间目的:(1)缓解地面矛盾(尤指交通):如修建地铁、地下公路、地下人行过街、地下停车库等;(2)发挥更大的城市综合效益:如增加新的商业服务、文娱等设施;(3)布置地下管线。,2.地下空间按功能分类(1)居住空间:美国覆土居所、半地下室 气候恶劣地区地下居所节能、改善微气候作用显著。缺点现行经济技术条件,地下空间难以达高标准居住环境,多数存在“闷”、“潮湿”等问题,大量人口不宜地下居住。(2)业务空间:办公、会议、教学、实验、医疗等天然光线要求不高的活动(3
6、)商业服务空间:商场、餐厅恒温、遮蔽性,适合气候严寒或酷热地区。,2 城市空间与地下空间规划理论原则,(4)文娱体育空间:文化、娱乐、体育,疏散等防灾措施十分重要。(5)交通空间:动态(地铁,公路隧道,车行、人行通道);静态(地下停车库)。(6)公用设施空间:管线,变电站、水厂、锅炉、污水和垃圾处理系统。地下管线集约化的“共同沟”技术是未来市政设施的发展方向。,(7)工业空间:军事工业、轻工业、手工业。(8)贮存空间:恒温、防盗、鼠害轻的特点,地下贮库成本低、节能、安全。(9)防灾防护空间:人防工程(10)高层建筑的设备用空间(11)其它特殊空间:埋葬、文物、矿藏,四、城市地下空间规划适用的理
7、论原则,1 疏导与对应原则 日本学者渡部与四郎论点:“地下空间应疏导地面空间,远离城市中心的极核区和目标区的地点构筑工程”。渡部理论解决建成区衰退,对发达国家非常有效,但未将地下空间放到应有地位,价值难以最大限度发挥。我国论点:大城市建成区土地利用强度较小,地下空间开发原则应使地下空间成为“城市经济建设的主战场”,地下空间开发提高到与地面空间相似位置,但对城市空间合理功能分工、空间容量协调考虑不够。,2 城市空间与地下空间规划理论原则,城市中心区地下空间开发原则:(1)首要任务是疏导地面空间矛盾(交通为主)。(2)尽可能与地面对应发展商业等设施,强调发挥土地集聚效益。,2集聚原则 集聚原则内涵
8、:城市中心区发展与地面对应功能(或适当互补)的地下空间,协调空间容量,与地面、上部空间产生更大集聚效应,创造更多综合效益。,3等高线原则:城市土地价值 由城市土地价值等高线图,找到地下空间开发的起始点、发展方向,地下空间开发起始点是地价最高点,经济、社会和防灾效益最高,发展方向沿等高线发展,地价衰减慢,发展潜力大,避免地上空间开发过于集中,有效发挥滚动效益。,五、城市地下空间系统规划,1地下空间系统规划的原则(1)战备型:以战备为主,以战时防护要求作为工程设计的主要依据,平时尽量充分利用,发挥社会效益和经济效益。如指挥通信工程、射击观察工事等。,2 城市空间与地下空间规划理论原则,(2)结合型
9、:适应平时社会需要、战时防护要求,工程结构按战时防护要求设计,功能布局、装饰按平时使用要求设计,内部装备和装饰的工程经费,可由使用单位投资。如专业队伍隐蔽部、地下实验室、手术室、病房、办公室、专业队伍车库、战略物资仓库、人员疏散机动干道等。,(3)经济型:以降低工程造价、提高经济社会效益为主作为建设依据,工程规划、建筑布局、结构要求等均以平时使用要求为主设计。工程投资大,列入城市基建投资或使用单位集资筹建,战时仅作为结合利用,预留工程防护设施,临战前突击改造、安装。如地铁、地下礼堂、地下商场等大型地下工程。,2地下空间系统规划程序 要求:科学性、长远性、预见性、开创性和现实性。坚持以长远目标为
10、基准,不局限于当前技术经济条件和人防“结合基本建设”的条件限制。实施规划则要根据技术经济现实条件和发展趋势,制定分期分批的实施规划。,控制方法:系统工程方法,适应多系统构成、不同目标的相互协调,使系统功能达到最优化,最大限度发挥各部份的能力。,特点:较强的综合性、整体性、专业性、政策性、艺术性。,程序如图2.3.3。,2 城市空间与地下空间规划理论原则,3地下空间总体规划预测,人防地下工程预测:空袭与城防作战破坏仿真模型,研究人防建设规模;运用系统工程效费模型,研究人防建设的防护标准。,城市住宅区及城市交通、公建、管线等地下空间预测:相关树法、数学模型预测法、趋势外推法、专家集体预测法。,技术
11、经济的发展预测:(1)通用特尔斐法:即专家集体预测法,可靠性有争论;(2)试验证明法:美国兰德公司诺曼、达尔基博士提出,预测可靠性较高。基本程序:确定目标;选择专家,要求代表面广、总体权威高;设计评估意见征询表;征询信息反馈,一般3至4轮;评估结果数据处理。,2 城市空间与地下空间规划理论原则,一、生理效应,第三节 地下空间生理与心理学,(一)空气污染影响 1.一氧化碳(CO):血液、神经毒物。长期接触低浓度CO引起慢性中毒,造成低氧血症,小孩体重低、智力发育迟缓。2可吸入颗粒物:大于5m颗粒引起慢性鼻炎、咽炎,小于5m颗粒物促进肺泡壁纤维增生,造成慢性支气管炎。3二氧化硫:窒息性气体,腐蚀作
12、用。刺激眼结膜、鼻咽等粘膜。4氮氧化合物:不易觉察,浓度60150ppm时,刺激鼻腔和咽喉。吸入624h后胸部紧缩,肺水肿、呼吸困难、昏迷,甚至死亡,日后再发肺炎。200700ppm时,短时间吸入可致死。5苯并(a)芘:致癌。,6二氧化碳:0.07,少数人不适;0.1,人们普遍不适;4,头痛、耳鸣、血压上升;810,呼吸困难,意识不清。7甲醛:刺激性无色气体,易溶于水。低浓度甲醛致结膜炎、鼻炎、咽炎等,浓度高时发生肺炎、肺水肿等。8氡气:不易觉察,人体长期接触有害,发病潜伏期较长。9臭氧:刺激和破坏深部呼吸道粘膜及组织,对眼睛有轻度刺激性。浓度1ppm以上时,引起头痈、肺气肿及组织缺氧等。10
13、空气微生物:与周围环境、室内温湿度、灰尘及采光通风等有关。传播主要疾病:流行性感冒、麻疹、结核、百日咳等。,(二)空气离子化对人体的影响 判断空气质量的一个特殊指标,用于检查建筑物的通风换气状况。离子浓度、作用时间的不同,对机体作用不同。低数量阳、阴离子对机体均呈良好作用,但阴离子、阳离子数量过高时起不良作用。空气离子对整个机体起作用,如心血管系统、机体代谢、中枢神经系统的兴奋和抑制状态等都产生影响。,3 地下空间生理与心理学,(三)其它环境因素 一些物理因素如噪声、电磁辐射(射频、红外、可视、紫外线等),范围从l04 Hz(射频)到1015Hz(紫外线),对人产生心理、生理影响。室内空气污染
14、物来源:燃料、人的活动、建筑材料、室外等四大类。地下空间封闭性强,自然光线不易被引入,温湿环境受地温影响大,室内环境几乎都是由人工创造,相同条件下,与地面室内空间相比,地下空间室内空气污染源排除有时还要困难。,二、心理障碍分折,地下建筑不同于地面建筑的特点:(1)地下建筑封闭性:没有阳光、水、自然景色,难以利用自然光线,无法形成时间观念,引起不安;(2)地下空间中没有外界熟悉环境声:没有鸟语花香,无自然风感,产生枯燥乏味、拥挤隔绝等不良心理反映;(3)“无意识”消极作用:幽闭恐怖,阴暗潮湿,空气浑浊,令人窒息等;(4)灾难的恐惧心理:水灾、火灾、断电、断风、其它骚乱等;(5)人们心理偏见:易把
15、地下居住与贫困相联系;(6)地下空间扩建、改造受各种条件限制。,3 地下空间生理与心理学,地下空间心理障碍的主要原因:(1)习惯与非习惯空间的设计差异 人们习惯的外部空间是人与自然直接接触,而地下则感觉不到习惯的“外部空间”的刺激,人们只有在“外部空间”环境下,生理、心理上才能达到最佳刺激效益,情绪唤醒水平最佳,而地下空间环境只能引起消极心理作用。(2)“无意识”的作用 地下空间会产生各种各样的恐惧心理,主要是由于人们已有了地下环境的“无意识”,“无意识”来源复杂,可以是人的体验、传说、宗教等文化背景。,三、消除心理和生理影响的途径,影响人工环境效果主要因素:地下空间空气质量、口部设计、内部空
16、间布置、色彩设计、自然景观。(一)入口部设计 设计要求:最大限度消除对地下建筑的偏见、封闭感。设计思想:地下阶梯不直接与口部相连。建筑做法:地面设计成类似传统建筑入口,口部前方设比例适当外部空间充当过渡区段,入口处避免设计很多阶梯。主要入口不与地下建筑处在同一水平面。,3 地下空间生理与心理学,设计技巧:(1)口部亮度设计:力求与天空亮度一致(最好自然光),随空间深入而逐渐降低;(2)外到内过渡段:同种材料具有相同质感和色泽,具有连结感觉;(3)入口角度:方便,避免得热或失热;(4)装饰:过渡段、内外部连续绿化、壁画、雕塑等;(5)尺寸:外到内部采取相同或相似比例尺寸布置;(6)口部标志:识别
17、性、独创性,入口颜色清淡悦目,整体及门的设计富有吸引力。,(二)地下建筑心理空间的创造 地下内部空间:实体空间:各空间范围、界限明确,私密性较强。心理空间:空间范围不太明确,私密性小,处于实体空间内,又叫“空间里的空间”。地下建筑心理空间作用:(1)为使用者提供相对独立环境;(2)心理空间改变人的观感,解除人们地下空间常有压抑感等心理障碍。,3 地下空间生理与心理学,地下建筑心理空间的构成方法:1改变地面标高 结合功能要求,提高或降低某部分的标高改善空间感。2改变顶棚的高度 实体空间内不同高度顶棚感觉上各有一定独立性,区别各空间不同作用。3借助家具与设备 借助家具、设备形成心理空间:分隔、围合
18、。4改变照明方法和灯具种类 5借助绿化与水体 绿化、叠石、水体、栏杆、雕塑构成心理空间的手段,种类繁多,形态生动,构成的心理空间更显得新颖活泼。6借用各种隔断 常用玻璃花格隔断增加空间的深远开阔感,形成相应心理空间。,(三)室内色彩 地下空间内部环境色彩设计减弱人们进入地下空间的心理障碍,具有明显的生理效果、心理效果。色彩心理效果的表现:悦目性、情感性。悦目性给人以美感;情感性影响人的情绪、引起联想。色彩生理效果的表现:对人脉搏、心率、血压等作用明显。地下建筑室内设计常运用色适应原理,一般把器物色彩的补色作背景色,消除视觉干扰,减少视觉错觉,视觉器官从背景色中得到平衡、休息。,3 地下空间生理
19、与心理学,(四)自然景观 地下建筑室内设计,自然界景物恰当引入室内,提高环境质量,满足人们心理需求,大大消除心理障碍。自然景观主要有水体、山石、绿化、盆栽。日本大阪的彩虹市地下建筑,在中心广场上设置了漂亮的喷泉,使人们如投身于大自然的怀抱,因而流连忘返,有世界最漂亮的地下都市的美称。地下建筑室内设计应适量引入大自然的环境声,减轻心理封闭感。地下建筑室内设计中的声音大部分来自流水和飞禽。近年国外不少设计师们在发掘其它声源方面也做了许多新的尝试,如日本的音浴室、印度的音乐楼梯等。,(五)通风 地下空间存在缺氧、CO中毒、水和热等因素,影响人体、设备。地下建筑通风主要采用如通风道、窗户等可控制的开口
20、部位实现。设计注意事项:1保证空气中氧气含量:正常空气氧气含量20.94,变动范围约0.5,过低影响人体呼吸作用、物质代谢和生命。2减少空气CO2、尘埃含量:CO2降低血色素输氧能力,以致全身组织尤其中枢神经系统严重缺氧,造成中毒。CO2浓度1020,人体死亡率2025。过量尘埃引起不舒适。3处理好室内温度:地下建筑冬暖夏凉,温差小,但与室外温度不协调可能影响人体健康,选择恰当送风温度、通风形式。,4保持适当的相对湿度:相对湿度衡量空气环境潮湿程度重要指标,影响生产工艺和人员舒适感,一般4060为宜。5控制好室内空气的流速:影响人体散热、水分散发。6控制围护结构内表面温度:周围物体表面温度决定
21、人体辐射散热的程度。7地下建筑电力通风作应急之用,可能产生CO,所以有必要设置固定被动式通风作为安全措施,同时可将其发展成为制冷系统。,一、岩石地层中的开发技术,第四节 地下空间开发的几个技术问题,地下空间开发技术近数十年逐渐发展的新兴技术,至今尚无完善理论体系指导地下工程设计、施工。,岩石地下空间涉及洞室稳定性,围岩、支护共同构成地下结构,支护加强围岩,勘探、设计和施工等环节不同于地面建筑,工程安全、投资取决于岩体特性。(一)工程规划布置 工程布置内容:选定建洞位置、洞室方位、洞群间距。洞室布置的基本原则:洞室位置尽量选在坚硬完整或构造简单的岩体中;大洞室远离大断层和破碎带;洞室主轴力求与大
22、多数节理方向或主要节理方向保持最大交角;高地应力洞室边墙与最大水平地应力方向平行;洞室方位选择困难时,可调整洞室断面形状和尺寸,改变围岩受力状态,改善围岩稳定条件。,隧洞设计的关键:正确选择洞线、合理布置。影响洞线选择的主要因素:地形、地质、水流、施工条件、枢纽总体布置和运动方式,相互制约,综合考虑。洞线选择的基本资料:建筑物组成和布置方式、隧洞用途和洞身流态;方案比较的各条洞线地形图;地质平面图、现场踏勘初拟洞线的地质剖面图;隧洞沿线地层的岩性、产状、结构特征、地下水分布规律;选用的施工方法、施工机械;地下空间运行要求。,(二)洞室结构计算 洞室结构计算比地面构筑物难度大:岩体特性多变;计算
23、参数不易准确选取。地下工程的结构计算不宜过分追求精确计算方法,善于工程类比,着重对围岩试验和分析,合理选择计算参数。结构设计已注意改变那种常规的笨重衬砌形式,根据围岩和运用要求,采用喷锚技术,对坚硬完整岩石完全不衬砌。,4 地下空间开发的几个技术问题,实践表明,即使强度很低地层,洞室开挖后,及时喷射混凝土加固,基本保持岩体原有物理力学性质,形成具有承载力的承载圈而维持围岩稳定。尽管喷锚后围岩应力重分布和变形机理尚待理论探讨,但喷锚技术已为人们普遍接受。资料统计,喷锚和钢筋混凝土衬砌相比,节省挖量20%、混凝土40%、劳力40%、成本30%以上。不良地质条件岩体隧洞仍以混凝土或钢筋混凝土衬砌为主
24、。衬砌结构根据围岩特性确定岩石荷裁,用结构力学方法计算内力,复杂地层辅之以有限元分析。,(三)施工技术 隧洞开挖有掘进机法、钻爆法,目前洞室开挖多采用钻爆法。掘进机法:岩体扰动小,保持围岩原有特性;断面成型好,开挖面平整,衬砌隧洞节省混凝土浇筑;开挖安全,避免和减少粉尘污染;节省劳力,降低造价。缺点是投资大、设备安装费时间、开挖前准备工作量大。钻爆法:控爆措施减轻爆破震动,尽可能全断面一次开挖。沿设计开挖线打防震孔减轻对围岩的冲击;限制炮孔装药量。光面爆破、预裂爆破防止围岩过分扰动。,4 地下空间开发的几个技术问题,设计、施工充分重视隧洞开挖卸荷作用的围岩变形。选择受力最佳的断面形状,减少围岩
25、应力重分布产生过大的应力集中、变形。洞室开挖轮廓圆滑平整,减小围岩应力集中。及时支护,封闭围岩,多采用喷锚技术。地下工程优点:具有隐蔽、布置灵活、不破坏原来地貌、降低工程造价。地下工程开发要求:遵循勘探、设计、施工的程序;密切地质、设计、施工等各专业协作;充分掌握地质资料;估计围岩状况;确定合理支护类型;正确选择施工方法;加强施工监测,随时修改设计。,二、软土地层中的开发技术,(一)地下连续墙施工技术 1简介 地面上采用挖槽或钻孔设备,泥浆护壁,开挖狭长的深槽或一排圆孔,槽或孔内放置钢筋笼,浇筑混凝土,筑成地下连续墙,截水防渗、挡土或承重。有利于环境保护、节省土方、加快施工进度。2适用范围 建
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