地铁车站钢管混凝土柱设计研究

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发布时间：2021-09-10

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地铁车站钢管混凝土柱设计研究
刘瑜，王玉良
(1．铁道第三勘察设计院集团有限公司。天津300251； 2．天津城市建设学院土木工程学院．天津300384)
【摘要】在盖挖逆作地铁车站中，经常采用钢管混凝土柱作为永久性中间立柱，并最终承受主纵梁传递的
竖向荷载。文中对钢管混凝土柱节点设计进行了重点分析，并介绍了加强环式中节点计算方法，为类似工程提供
设计参考。
【关键词】地铁车站；钢管混凝土柱；节点设计；加强环式
【中图分类号】TU921 【文献标识码】 B 【文章编号】 1001-6864(2012)12-0032—02
在地下车站结构中，采用高强混凝土钢管柱是解决采
用普通混凝土出现轴压比超限、柱截面尺寸过大问题的最
好措施之一。近年来，在城市中心地区修建的地铁车站多
为浅埋式的、具有综合功能的多层地下建筑，并且常常位于
交通繁忙道路的中央，这种车站施工时通常采用盖挖逆作
法施工，以尽量减少对城市正常生活的干扰以及对地面交
通和邻近建筑的影响，因此采用钢管混凝土柱是最好的选
择。在北京地铁各条线工程中，“动物园站”、“大北窑站”和
“永安里站”等采用了钢管混凝土结构；现在正在建设的天
津东站、于家堡枢纽站房也采用盖挖逆作法和钢管混凝土
结构进行施工。
1 钢管混凝土柱的受力特点
钢管混凝土结构柱是将混凝土填人钢管内形成的一种
组合结构。混凝土的抗压强度高，但抗拉强度低；钢构件的
承载力高，具有良好的塑性性能，但受压构件容易失稳，使
钢构件的承载力不能得到充分发挥。而钢管混凝土构件则
能够将这两者的优点有机结合起来，使钢管内混凝土在承
受轴向压力同时还受侧压力，使构件处于三向受压状态；由
于钢管在外部形成的约束效应可延缓和限制管内混凝土微
裂缝的发生，对于已经发生的微细裂缝，还有重新闭合的趋
势，因而钢管混凝土柱具有更高的抗压强度和塑性性能⋯。
2 钢管混凝土设计
2．1 钢管柱设计
钢管混凝土柱强度的计算，依据CECS28：90《钢管混凝
土结构设计与施工规程》公式4．1．1～4．1．3进行计算，
一般选取最大轴向力对应的工况进行钢管混凝土柱的计算
分析。
2．2 钢管柱一RC梁节点设计
钢管柱与车站钢筋混凝土梁的节点可分为顶节点、中
节点和底节点三个部位的节点。
顶节点方案相对简单，如图1中所示，管柱与顶梁的连
接节点一般由环形盖板、加劲肋和衬板构成，钢管柱与顶纵
梁的连接依靠钢管柱中的附加纵筋进行连接，顶节点通过
[基金项目] 天津市自然科学基金(12JCQNJC05000)
在钢管柱上方焊接环形盖板与附加钢筋来满足竖向承压及
水平抗剪的受力要求，顶板与顶梁钢筋可以从环形盖板上
侧通过，因此钢筋不需断开，保证了顶梁与顶板结构配筋整
体性；作为顶梁的支撑点，为加强梁柱的连接及抗震性
能，顶节点区钢管内设置箍筋加密的附加钢筋笼，钢筋笼上
部锚入顶纵梁中，下部锚入钢管混凝土柱内。由于钢管未
伸入到顶梁内，从梁柱的协调受力来讲，此种节点按半刚性
节点考虑较为合理。
顶纵梁钢筋混凝土粱
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l 上如强
l }柱铜蟹 ⋯～
l } l 如板
匡 I l 钢管混凝土
图1 顶梁节点形式图2 加强环节点形式
中节点方案比较复杂，一般又可分为单梁节点和双梁
节点，由于考虑楼梯扶梯开洞的原因，大部分地铁车站均采
用单梁节点。单梁节点又有加强环式、钢筋环绕变宽度环
梁式、暗牛腿式三种形式。
加强环式节点是应用较成熟、应用较多的刚性节点，可
分为外加强环、内加强环及内外加强环三种形式。外加强
环节点在地下车站应用最多，与钢筋混凝土梁连接时环板
之间的距离为钢筋混凝土梁的梁高，上下钢板加强环传递
弯矩。由于混凝土中板、中板梁钢筋遇到钢管混凝土柱部
分断开的问题，而钢管混凝土柱与中板梁、板的可靠连接相
对困难；这时钢管混凝土柱与梁、板节点处一般采用焊接加
强环板与梁钢筋连接。加强环在下部设置均匀放射状钢加
劲肋，与下加强环板钢管柱焊接，承受纵梁传来的剪力。图
2所示为这种节点，这种节点没有任何零星部件穿过钢板，