基于建筑损伤预判的城市地下空间选址优化研究及应用

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地下空间开发作为解决城市空间不足问题的重要手段已经成为广泛共识。由于其不可再生性和潜在破坏性,前期规划选址需要相当谨慎。然而目前传统的地下空间规划更加关注经济、社会等宏观因素,对后期建设阶段易产生的问题兼顾较少,导致了工程成本过大、周边建筑开裂等一系列后续问题。从岩土工程角度出发,由细观工程设计依据对宏观规划方案反向影响,是提高城市地下空间精细化规划水平的重要手段之一。目前从工程考量去支撑地下空间精细化选址存在如下逻辑断点:规划需求规模与地下结构尺寸之间的联系未建立,导致岩土工程分析无法提前介入;基坑开挖周围地表沉降平面分布的量化研究不完善,导致岩土领域知识无法融入精细化规划选址过程;传统建筑损伤评价体系与地下空间方案比选不匹配,导致无法提前评估开挖扰动下既有建筑(群)受影响程度。为了打通基于既有建筑损伤预判的城市新建地下空间选址优化的工作逻辑,从岩土工程角度给出具有数理依据的选址决策建议,本研究开展了以下工作:1)建立规划需求规模与工程几何尺寸的联系。通过梳理分区域、分功能的地下空间需求预测方法,回顾了规划层面在选址前的工作逻辑。调研了国内现有地下空间案例的几何尺寸信息,针对三种主要类型的城市地下空间进行了统计分析,建立了分功能建筑规模与长宽比例、开发深度之间的联系。实现了从规划层面的需求预测和功能分配到工程层面的概念方案尺寸细化的过渡。2)提出简化基坑周围地表沉降平面分布函数。整合了二维基坑墙后地表沉降的研究成果,给出各种地质条件下墙后地表沉降曲线的推荐值。利用平面应变比求解墙后任意剖面的沉降曲线,并通过关键剖面求解角后各角度剖面的沉降曲线。以此为依据,创新性的提出了基坑开挖周边地表沉降的简化空间分布函数。为后续建筑群损伤评价提供了前提条件。3)优化面向规划选址的建筑(群)损伤评价体系。总结国内外对于建筑损伤评价方面的技术体系和经验,提出了面向规划选址问题的建筑损伤评价标准,给出了与平面沉降分布函数相匹配的损伤预判方法,并考虑多种因素对损伤风险评分进行修正。从数量和评分两个角度构建扰动区域内建筑(群)的损伤整体评价方法,为优化选址提供参考依据。4)以南京市清凉山片区为例,按照新的选址优化工作路径,对片区新增地下空间方案给出了详细的比选和建议。本文构建了一条具有实操性的城市新建地下空间选址优化的新思路。充分整合了规划和岩土的既有研究成果并做了有针对性的双向拓展和延伸,将工程角度的数理依据赋能城市地下空间规划。为面向城市布局的多学科融合决策提供了重要参考。
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