8853平米十二层旅馆 英文翻译

地下空间的利用与结构分析 世界文明的迅速发展将会对人类将来的生存方式产生重大影响。随着全球人口的增长以及更多国家人民生活水平的提高，世界必须提供更多食物，能源以及矿物资源来维持此增长趋势。解决这一难题的办法有三大渠道复合而成：农业用地转换为发展用地；全球人口城市化进程加快；环境保护和改变带来的影响，特别是关于全球气候变暖以及人口增长带来的影响。地下空间的利用，作为本章要描述的内容，将提供针对这些趋势的解决办法。 通过将特殊器材设备置于地下，城市地表可被更有效地利用，这样就可释放出空间供农业和娱乐使用。类似的，在陡峭的山坡上使用阶地掩土住宅会有助于在多山地区保护宝贵的可耕平地。利用地下空间也可以提高人们在人口高密集去的居住舒适度，改善生活质量。 在城市全局和局部范围内，地下设施的利用正日益满足当今社会对于改善环境的需求。例如不论城市还是农村都需要改进交通，公共事业以及娱乐服务。世界上许多城市的交通堵塞问题已经处在满足人类基本生存需求的临界点上，并且在不破坏地表环境的基础上不增加新设施或是不重新规划现有土地及周边地带上的建筑的基础上想要解决这一难题是十分困难的。 以世界上许多国家的国际水平，全球化的趋势导致对煤炭，石油，天然气的开采已达到更深的地层以下，触及更难以让人接受或是更敏感的区域。这些趋势同样促进针对能源繁衍存贮系统以及用于处理危险废料（包括化学，生物以及放射性废料）的国家设施设计的改善和提高，同样也改善了国际高速运输体系。所有这些发展均涉及地下工程。 用地压力 将设施置于地下可以缓解由于世界人口增长和城市化所带来的用地压力。虽然世界平均人口密度并不大，但人口分布却极不均匀。世界人口密度图显示世界上大部分地方根本不适合居住。这些地方大部分是沙漠山区，或是极度严寒地带等人类不易居住区。 以中国为例，平均人口密度大概是每平方公里100人，但是10亿多的绝大部分人口居住在少于20%的国土上。这是那些可以提供粮食产品的肥沃土地。然而，由于人口增长和城市化及经济发展，这部分土地同样要提供更广阔的运输系统，发展的工商业，以及日益增长的住房需求。随着人口和经济的增长，农业用地减少，向城市运送食物和原材料的问题日益增长。据估计，到2000年，世界人口的70%将居住在城市。 同样的问题在日本也很明显，大约80%的土地是山区，90%的人口居住在海边平原经济发展集中在几个相关的经济中心。平原通常是最肥沃的土地，从历史上看也是人类的定居地。人口密集的其他因素包括：传统低层的建筑模式，而且日本法律规定必须建造靠近阳光的坚固的维护设施。同样，为了保护本国的粮食生产能力，日本政府保护农业用地。这些历史，政策因素及大量商业，个人向经济中心移民造成了巨大的土地使用压力。结果是市中心土地价格惊人昂贵（高达50万美圆/平米）并且很难为人们提供住房，交通，设施服务。普通公司雇员无法承担住在他们工作的市中心附近而不得不搭乘公汽单程花1到2个小时从他们负担的起的住处到公司。为了为日益扩大的大城市区域提供服务，市政当局必须升级道路并且兴建新的交通线和设施。东京市中心的土地价格如此昂贵以至于用于购买土地的花费可能会占到工程总花费的95%。 土地使用压力和由于高土地使用价格带来的相关经济影响使得对地下空间的潜在利用的研究变得相当有趣。当地表土地已被充分利用，地下空间将变成可开发的区域之一。这为不需深度破坏地表环境而附加需要设备提供了一种可能。虽然没有高额地价，但是建造地下设施的高额花费将是地下空间利用的一大拦路虎。因为地下设施不具有经济竞争力，因此在考虑建造前必须在美学，环境或者是社会效应方面给予综合评估，除非是一些有特殊标志性意义的设施否则将会造成许多发展中国家无法承担或是很勉强承担的奢侈浪费。 地下空间规划 对地下空间利用的有效规划是发展地下设施的前奏。这个计划必须是为长远考虑的，并根据人们理想的工作和居住环境重构城市建筑格局。如果地下空间开发可以提供最具价值的长期效益，那么对这些资源的有效计划就应得以实施。不幸的是，在世界范围内，靠公众权力来开发近地表空间已经太迟了。紊乱的设施网络司空见惯归咎于缺乏协调以及使用设施的历史性变革以及交通系统的发展。 地下空间具有如此特征导致要做一个好的规则需要特别注意一些问题 1. 一旦开始地下开挖，土地将被永久改变。地下建筑不象表面建筑那样容易拆掉。 2. 开挖一片地下空间需要一大片土地作为开挖加固区。 3. 土地的地理构成极大地影响了地下设施的种类，形式以及开销。但现有关于地表建筑的知识仅有很有限的内容与此相关，因此需要查阅钻探资料和以前的记录。 4. 大型地下工程需要大量调查，涉及更大的建造问题，工期拖延以及预算超支等风险。 5. 传统规则技术主要侧重于对于城市地形区域的二维描述。这基本上仅适合地表及上部结构但并不适合建造在处于复杂三维地理环境中的地下结构。用同一种模式来描述这种三维信息并立刻反映到规则评估中是件非常困难的事 例如，在东京，第一条地铁（银座线）是在现存地表层设施下作为一个影子工程线路（10m深）建成的。随着填加更多的地铁线，在更深土层中才会发现比较规整的区域。在东京，新的KeiyoJR线深达40m。一条从丸内到新宿的高速干线已被设计到50m深。与此相比在伦敦最深的设施大约70m深，其主要复杂部分以及排水设施至少超过25m综合日益增长的需要，有一个事实就是这类新型运输服务（例如日本的新干线子弹头列车或是法国的TGV）通常需要大量交叉隧道，笔直的队列以及平坦性。如果地下空间不是此类用途，那么城市下面将会产生非常无效率的布局。 环境利益 另一个利用地下空间的主要策略是全球日益增长的对环境问题的关注，并导致人们重新考虑城市的将来和工业的发展。在关注维持生态平衡和环境恶化以及全球有限的自然资源要考虑以下几个问题： 1. 日益增长的能源消费量相对于满足将来需求的有限矿物燃料的贮备 2. 由于燃烧矿物燃料对全球气候带来的影响 3. 工业副产品对环境的污染 4. 对于工业生产及军事演习产生的危险废物的安全处置 在提高经济增长保持工业模式的同时保护环境，延长地球上资源的寿命即使不是一个不可能的问题也是一个很复杂的问题。无论如何，高生活标准和高国内生产总值（GDP）不需要和资源的消耗和环境的恶化程度成比例。 地下空间的利用能从几种途径解决环境/资源的窘境。地下设施以其自身特点成为一种典型的储能设施。更重要的是，通过地下空间的利用，城市人口密度的提高对环境的影响不会太大。相对于保护绿地及耕地等的明显好处，附加于此的好处是-有充分证据显示高城市密度可以减少矿物燃料的消耗。 将来地下空间的发展 虽然在全世界范围内现有的地下设施为将来地下空间的发展提供了一些范例，但他们都在尺寸上，用途上或者对于城市整体环境缺乏综合考虑。作为更佳细致规划和研究的补充，未来的规划者和设计者已提出对大范围地下结构甚至从整个城市的角度综合考核，将是非常有用的。 90年代地理一个1990年4月在日本东京举行的研讨博览会，主要是一个关于日本地下工业情况的论坛。一大堆关于地下的概念展示出来从典型的运输使用设施到展望中的用于灾难时刻保护通讯网络的地下走廊。这类走廊对于在城市地铁站和中心生产区附近以及市区外安置地点间运送废弃物和能源也十分有效。这一点不仅缓解了堵塞而且提供了更加有效的能源衍生和废物循环。这些概念都是针对城市建筑的升级，将最终导致地表形成更开阔的空间以及更高效更吸引人的全局环境。 当展望将来城市建设时，地下建筑会成为主要因素这是建筑师Paolo Soleri在过去30年的幻想杰作。在科幻小说里，未来城市常被描绘成自我供养的，气候可控制的单元，且常常位于地下以避免来自危险或环境污染等因素的侵袭。在这种情况下，地球上的地下城市略不同于以月球或其他孤立环境为基础创建的城市大体上建筑施工工艺学方面已经有许多进步, 在超高层的设计和施工上已经取得了惊人的成就。 高层建筑早期的发展开始于钢结构。钢筋混凝土和薄壳筒结构已经经济而竞争性地被用于大量的住宅和商业建筑。由于新型结构体系的创新和发展，现在从50到100层的高层建筑遍布全美国。 更大高度的要求增加了梁柱的尺寸以使建筑物刚度更强，以便在风荷载作用下建筑物将不会产生超过一个可接受限度的水平位移。过度的水平位移可能导致隔墙，天花板和其他建筑构件的重复性损害。此外，过度侧倾可能使建筑物的居住者因为对摆动的知觉而导致使用不便。钢筋混凝土和钢结构系统，能充分利用整个建筑物固有潜在的劲性，因而不需要额外加劲以限制侧倾。 例如，在一个钢结构中，经济性由建筑物房屋面积每平方英尺钢的全部平均数量来定义。图一中的曲线A采用层逐渐增加的数量表现传统框架的平均单位重。曲线B则表现框架受到所有横向荷载保护下的平均钢重量。上下边界之间的间隙则表现传统梁柱框架为高度付出的额外费用。结构工程师已经设计出了可消除这一额外费用的结构系统。 钢结构体系。因为一些结构类型的改革，钢结构高层建筑物得到了发展。此改革已被用于办公大楼和公寓的建造。 带有刚性带式桁架的框架。为了将一个框架结构的外柱约束于内部的垂直桁架,可能在建筑物中部和顶部采用一个刚性带式桁架的系统。这一系统的最好例证是在密尔瓦基的威斯康辛州第一银行建筑物 (1974)。 框架筒体。只有当建筑物突出地面的所有的柱构件能够彼此连接使整个建筑物成为一个空心筒体或一个劲性箱体时，一幢高层建筑的整个结构才能最有效抵抗风载。这种特殊的结构体系第一次大概是用于芝加哥的43层楼高的德威特栗木钢筋混凝土公寓。而这一系统最重要的应用是纽约的110层楼高的世界贸易中心的钢结构双塔。 对角柱桁架支撑筒体。建筑物的外柱可以被适当的分隔，仍能通过在梁柱中线处设交叉对角构件连接，使之作为一个筒体而共同工作。这种简单而又极其有用的系统最早被用于芝加哥的约翰汉考克中心，其仅仅使用了传统的40层楼高建筑的用钢量 组合筒体（束筒）。由于对更大更高的建筑物的持续需求，框架筒和对角柱桁架支撑筒可能采用组合使用的形式以创造更大的筒，并仍可以保持高功效。芝加哥110层楼高的西尔斯瑞巴克总部有9个筒，由三排建筑物组合而成。一些个别筒体终止在建筑物不同的高度，证明了无限建筑可能性的结构观念。西尔斯塔高1450英尺（442m），是世界上最高的建筑。 薄壳筒体系。筒结构体系的发展提高了高层建筑抵抗侧向力（风和地震作用）和侧移（建筑物的侧向运动）的能力。薄壳筒使筒结构体系有了进一步的发展。薄壳筒的进步是利用（高层）建筑的外表面（墙和板）作为与框筒共同作用的结构构件，为高层建筑抵抗侧向荷载提供了一个有效的途径，而且可获得不设柱子，节省成本，使用面积与建筑面积之比很高的室内空间。 由于薄壳表面的作用，筒体的框架构件数量减少，使得结构更轻，费用更少。所有标准柱和外墙托梁都采用标准型钢，使得组合构件的使用和花费最小化。四周外墙托梁的深度要求也被减少，而且楼板上的顶梁对有用空间的占用会达到最小。这种结构系统已经被使用于 54 层楼高的匹兹堡的梅隆银行中心。 混凝土体系。虽然采用钢结构建造的高层建筑开始很早，但是钢筋混凝土高层建筑的快速发展在办公大楼和公寓方面对钢结构体系产生了很大的挑战。 框架筒体。由上面讨论到的，高层建筑最早的框架筒体概念应用于43层楼高的德威特栗木公寓。在这一建筑物中，外柱以中心距为5.5英尺（168米）的间隔排列，内柱则用于支撑8英寸厚的混凝土平板。 筒中筒。另一个用于办公大楼的钢筋混凝土结构体系是将内部框架筒体与传统的剪力墙工艺相结合。这种体系由间距很小的柱子构成的外框架筒与围绕中心设备区的刚性剪力墙内筒组成。这种被称为筒中筒的体系使设计目前世界上最高（714英尺或218米），总费用只相当于传统35层楼高的剪力墙结构体系的轻型混凝土建筑（52层楼高的休斯顿的壳广场建筑）成为可能。 混凝土和钢的组合体系也得到发展，这方面的一个例子是由Skidmore, Owings 和 Merrill发展的复合体系 。它是采用间距很小的混凝土外框架筒包围钢框架内筒组成，因此兼有钢筋混凝土和钢结构体系的优点。在新奥尔良的一个 52 层楼高的壳广场建筑便是以这一体系为基础。 结构分析所有结构必须设计成能承担荷载而不能有整体倾覆或构件破坏的危险。一种确定结构安全的方法是确保由荷载产生的应力和应变小于设计规范的允许值。确定结构的应力和应变是结构分析的最初目的。 一般说来，结构分析首先是检查结构的整体稳定性。这包括确定结构的支撑反力。如果支撑足以承担力，它们反作用给结构等值反向的力。 如果电脑计算表明结构的反应平衡了荷载（结构自重，人群荷载，储存材料，交通工具，风载和地震力），结构就处于静力平衡。 下一步是确定结构内力和构件单元体上的应力。最后，如果需要的话，计算结构整体变形和构件的变形。靠原理和概念如静力平衡定律使这些步骤变得容易。这些工具是基于结构在荷载作用下是弹性的这个假设，即：应力与应变成正比。 对框架构件进行应力应变的结构分析包括考虑静荷载如构件和楼板自重，建筑固定设备，和活荷载（当成静止考虑）和动荷载如风荷载和地震荷载。由于风荷载的特征是缺乏更多信息，风荷载被当作静止作用在结构上。计算荷载的方式和荷载作用结构上的位置由当地建筑规范限定。另一方面，地震运动作用在建筑物地表下的基础上并且被认为是随机荷载。 重力和风荷载的分析是应用线弹性静定和超静定结构的常规分析法来进行的。对于地震荷载，被设计成传统矩形形状的建筑物是由当地建筑规范规范的等量侧向荷载方法所分析的。这些动力分析方法需要了解建筑结构的动力原理和振动原理。正是这样，由于方法的复杂性，需要高精密的计算机求解很多结构动力学方程。 总的来说，分析的标准程序是考虑建筑物的线弹性行为。然而，分析地震作用下建筑物避免倒塌时，必须考虑非线性动力行为。 基本原理。在结构分析中，平衡定律是基础。它计算梁，桁架，框架，拱和其它结构的外部反应及内部应力时是很有用的。例如，图一结构上作用有共面但不共点的力或者是荷载系统和反力。如果结构是稳定的，这些必须平衡。如果平衡，结构必须满足三个条件：（1）所有力的水平分力的和必须等于零；（2）竖向分力之和等于零；（3）关于任何一条垂直于平面的轴的矩之和为零。 三个独立方程决定三个未知力。因此，这些平衡方程能直接计算反力，弯矩和剪力，当然也有应力。当满足这些方程时，结构就被认为是静定的。图1a是一个这样结构的例子，有三个未知力左边反力的竖向和水平分力和右端竖向反力。 图1b中的结构没有反力去平衡水平荷载，图1c没有承担力矩的力。不满足平衡定律。它们都是不稳定的。 另外一个结构分析的基本工具是叠加原理。内容是：在合力作用产生的应力没有超材料弹性极限情况一组力产生的总的弯矩，剪力，应力和变形，等于荷载单独作用下产生效应的总合。 图1：作用了力系统的结构。（a）稳定结构。（b），（c）不稳定结构。三角形表示固定铰支座，圆形表示可动铰支座。 超静定结构。当构件反力数量超过了当平衡存在时满足荷载和反力的独立方程的数时，结构是超静定的。例如，如果图2（a）的刚架柱固定在基础d和e中，将有6个反力，如图2（b）所示。结构将是三重超静定，有6个未知数，然而平衡定律只允许有三个方程。 近似方法分析超静定结构是可行的，这些方法是基于精确的分析和检查柔性材料模型的结构。这样的研究显示刚框架在基础抵抗弯曲，在构件中点附近弯曲反向。如图2（c）所示，在这些点弯矩为零。因此，反弯点相当于铰接接点。 图2：静不定结构。（a）构件配置。（b）P力在d,e点对应的水平反力是 和 ，垂直犯力是 和 ，弯矩是 和 。（c）变形。反弯点或者说是弯曲改变点是f，g和h。 如果它们在梁和柱中的位置假设如图2所示，并且如果也假设柱的剪力等于侧向荷载的一半，那么从平衡方程也许可以确定反力。同样的近似方法（由下面部分描述）已经用来估计风荷载在框架里产生的应力。（图3） 图3：图上表示建筑物框架用认为反弯点在柱和梁中点的近似方法计算风载下的应力。 近似方法。多层框架中计算风载应力的门架式解法假设：柱和梁的中点存在反弯点，每根内柱承受的剪力是每根外柱承受的剪力的两倍。这样就使结构变成静定的。 悬臂解法同样是假设柱和梁的重点是反弯点。然而，它进一步假设柱的应力随