盖挖逆作法地铁车站钢管混凝土柱设计

王涵平

（中铁第六勘察设计院集团有限公司 天津 300308）

城市中心地区的地铁车站多处于交通繁忙的道路，为减少地铁施工对临近建筑和地面交通的影响，通常采用盖挖逆作法进行施工。由于立柱需在基坑开挖前先施做，且底板浇筑前结构的竖向荷载均由立柱及围护结构承受，因此盖挖逆作法车站通常采用高强度混凝土钢管柱作为立柱。

1 钢管混凝土柱受力特点

钢管混凝土柱是在钢管内填入混凝土所形成的组合结构，具有承载力高、延性好等特点[1]。钢管混凝土柱可以将混凝土与钢构件两者的优势相结合，钢管内的核心混凝土在受到轴向压力的同时还受到侧向钢管的约束作用，确保混凝土处于三向受压状态，提高了混凝土的抗压强度；而内部混凝土又可限制外部钢管的受压屈曲，提高钢管混凝土柱的塑性性能[2]。

2 钢管混凝土柱节点设计

盖挖法施工需先施做围护结构和中间立柱，对结构顶板和顶纵梁起支撑作用。中间立柱根据不同使用时期的功能可以分为永久立柱及临时立柱两种，其中永久立柱是车站的主体结构，在施工及正常使用阶段都作为主要的受力构件，临时立柱只是在施工期间作为支撑结构，施工完工后则将其进行拆除。在设计中有时也会将临时立柱作为永久结构的一部分，施工墙板结构时不拆除，并在临时立柱外缘浇筑混凝土[3]。在设计过程中立柱体系的选择、柱网布置不仅需要满足结构的要求，同时也要考虑建筑布局、工期造价、承载体系的合理性等。

2.1 节点构造设计

盖挖逆作法车站设计的关键点在于钢管柱与钢筋混凝土纵梁两种不同材料的有效连接。钢管柱和钢筋混凝土梁之间的节点主要分为柱与顶纵梁、中纵梁及底纵梁三种节点连接形式。其中与顶纵梁连接节点的设计较为简单，通常是由环形盖板和抗剪牛腿组成，钢管柱和顶纵梁之间通过钢管柱内附加纵筋连接，从而满足顶节点的竖向承载和水平抗剪要求。由于钢管柱不伸入到顶纵梁内部，纵梁钢筋无需截断，使得顶纵梁具有较好的整体性。

图1 钢管柱与顶纵梁连接节点图

与中纵梁连接节点由抗拉钢板、抗拉钢板支撑板、栓钉及抗剪牛腿构成。纵梁的上部受拉钢筋焊接于抗拉钢板上，下部受压通长钢筋通过钢管柱外侧纵梁范围绕行，其余受压钢筋采用机械锚固形式。栓钉通过焊接与钢管柱相连，即可以增加纵梁与钢管柱连接的整体性，又可以承受纵梁传递来的剪力。

地铁车站底纵梁受力特点与中纵梁相反，梁柱节点下部承受的拉力，上部承受压力。根据车站的净空及建筑要求，当底纵梁采用上翻梁时，节点形式构造形式类似于中纵梁节点，梁的下部受拉钢筋焊接于抗拉钢板上，上部受压钢筋采用机械锚固形式。当底纵梁采用下翻梁时，由于梁的部分突出结构底板，通常采用外扩节点的形式，如图3所示。

图2 钢管柱与中纵梁连接节点图

图3 底纵梁下翻时外扩节点图

2.2 节点计算

可根据节点框架梁的最大剪力V计算抗拉钢板的宽度及厚度。抗拉钢板外挑尺寸应大于 5d（d 为梁纵筋直径），且要求 π（D+b）bβfc＞V，式中：D为钢管柱外径，β为混凝土局部承压提高系数，b为抗拉钢板的宽度，fc是混凝土抗压强度设计值；钢板的净截面抗拉强度应大于焊接于钢板上纵梁钢筋的面积与抗拉强度的乘积。抗拉钢板的厚度t≥ ■ 6 M/f ，其中M根据《钢结构连接节点设计手册》取值[4]。

3 结语

综上所述，盖挖逆作工法施工的地铁车站中梁柱节点的整体性是结构设计的关键，在设计中要首先明确节点的传力机理，依据相关设计规范进行设计验算，且在计算分析中，充分考虑节点刚度对整体模型的影响。由于钢管混凝土柱的构件多为焊接连接，因此在设计中应对焊接的方式和质量提出相应的要求。

[1]李伟强，唐兴荣，贾欢.空间钢构架-钢管混凝土短柱轴压承载力计算方法[J].广西大学学报（自然科学版），2016，41（3）：607～614.

[2]杨志勇.方钢管混凝土短柱轴压性能分析[D].武汉：武汉理工大学，2007.

[3]江凯.盖挖法地铁车站结构受力分析及数值模拟研究[D].北京：北京交通大学，2013.

[4]刘 瑜，王玉良.地铁车站钢管混凝土柱设计研究[J].低温建筑技术，2012，34（12）：32～33.