蓋挖逆作法地鐵車站鋼管混凝土柱設計

王涵平

（中鐵第六勘察設計院集團有限公司 天津 300308）

城市中心地區(qū)的地鐵車站多處于交通繁忙的道路，為減少地鐵施工對臨近建筑和地面交通的影響，通常采用蓋挖逆作法進行施工。由于立柱需在基坑開挖前先施做，且底板澆筑前結構的豎向荷載均由立柱及圍護結構承受，因此蓋挖逆作法車站通常采用高強度混凝土鋼管柱作為立柱。

1 鋼管混凝土柱受力特點

鋼管混凝土柱是在鋼管內填入混凝土所形成的組合結構，具有承載力高、延性好等特點[1]。鋼管混凝土柱可以將混凝土與鋼構件兩者的優(yōu)勢相結合，鋼管內的核心混凝土在受到軸向壓力的同時還受到側向鋼管的約束作用，確保混凝土處于三向受壓狀態(tài)，提高了混凝土的抗壓強度；而內部混凝土又可限制外部鋼管的受壓屈曲，提高鋼管混凝土柱的塑性性能[2]。

2 鋼管混凝土柱節(jié)點設計

蓋挖法施工需先施做圍護結構和中間立柱，對結構頂板和頂縱梁起支撐作用。中間立柱根據不同使用時期的功能可以分為永久立柱及臨時立柱兩種，其中永久立柱是車站的主體結構，在施工及正常使用階段都作為主要的受力構件，臨時立柱只是在施工期間作為支撐結構，施工完工后則將其進行拆除。在設計中有時也會將臨時立柱作為永久結構的一部分，施工墻板結構時不拆除，并在臨時立柱外緣澆筑混凝土[3]。在設計過程中立柱體系的選擇、柱網布置不僅需要滿足結構的要求，同時也要考慮建筑布局、工期造價、承載體系的合理性等。

2.1 節(jié)點構造設計

蓋挖逆作法車站設計的關鍵點在于鋼管柱與鋼筋混凝土縱梁兩種不同材料的有效連接。鋼管柱和鋼筋混凝土梁之間的節(jié)點主要分為柱與頂縱梁、中縱梁及底縱梁三種節(jié)點連接形式。其中與頂縱梁連接節(jié)點的設計較為簡單，通常是由環(huán)形蓋板和抗剪牛腿組成，鋼管柱和頂縱梁之間通過鋼管柱內附加縱筋連接，從而滿足頂節(jié)點的豎向承載和水平抗剪要求。由于鋼管柱不伸入到頂縱梁內部，縱梁鋼筋無需截斷，使得頂縱梁具有較好的整體性。

圖1 鋼管柱與頂縱梁連接節(jié)點圖

與中縱梁連接節(jié)點由抗拉鋼板、抗拉鋼板支撐板、栓釘及抗剪牛腿構成。縱梁的上部受拉鋼筋焊接于抗拉鋼板上，下部受壓通長鋼筋通過鋼管柱外側縱梁范圍繞行，其余受壓鋼筋采用機械錨固形式。栓釘通過焊接與鋼管柱相連，即可以增加縱梁與鋼管柱連接的整體性，又可以承受縱梁傳遞來的剪力。

地鐵車站底縱梁受力特點與中縱梁相反，梁柱節(jié)點下部承受的拉力，上部承受壓力。根據車站的凈空及建筑要求，當?shù)卓v梁采用上翻梁時，節(jié)點形式構造形式類似于中縱梁節(jié)點，梁的下部受拉鋼筋焊接于抗拉鋼板上，上部受壓鋼筋采用機械錨固形式。當?shù)卓v梁采用下翻梁時，由于梁的部分突出結構底板，通常采用外擴節(jié)點的形式，如圖3所示。

圖2 鋼管柱與中縱梁連接節(jié)點圖

圖3 底縱梁下翻時外擴節(jié)點圖

2.2 節(jié)點計算

可根據節(jié)點框架梁的最大剪力V計算抗拉鋼板的寬度及厚度。抗拉鋼板外挑尺寸應大于 5d（d 為梁縱筋直徑），且要求 π（D+b）bβfc＞V，式中：D為鋼管柱外徑，β為混凝土局部承壓提高系數(shù)，b為抗拉鋼板的寬度，fc是混凝土抗壓強度設計值；鋼板的凈截面抗拉強度應大于焊接于鋼板上縱梁鋼筋的面積與抗拉強度的乘積。抗拉鋼板的厚度t≥ ■ 6 M/f ，其中M根據《鋼結構連接節(jié)點設計手冊》取值[4]。

3 結語

綜上所述，蓋挖逆作工法施工的地鐵車站中梁柱節(jié)點的整體性是結構設計的關鍵，在設計中要首先明確節(jié)點的傳力機理，依據相關設計規(guī)范進行設計驗算，且在計算分析中，充分考慮節(jié)點剛度對整體模型的影響。由于鋼管混凝土柱的構件多為焊接連接，因此在設計中應對焊接的方式和質量提出相應的要求。

[1]李偉強，唐興榮，賈歡.空間鋼構架-鋼管混凝土短柱軸壓承載力計算方法[J].廣西大學學報（自然科學版），2016，41（3）：607～614.

[2]楊志勇.方鋼管混凝土短柱軸壓性能分析[D].武漢：武漢理工大學，2007.

[3]江凱.蓋挖法地鐵車站結構受力分析及數(shù)值模擬研究[D].北京：北京交通大學，2013.

[4]劉 瑜，王玉良.地鐵車站鋼管混凝土柱設計研究[J].低溫建筑技術，2012，34（12）：32～33.