蓋挖逆作法中梁柱節點設計概述

代恒軍 鄒錦洲

(中冶南方城市建設工程技術有限公司，湖北 武漢 430077)

0 引言

當新建地鐵車站或淺埋隧道位處城市繁忙地帶，道路交通往往受其影響而無法正常運行，為避免該情況，在確保一定交通流量的同時保證施工能夠順利進行，常用到蓋挖逆作法。除市政設施建設以外，民用地下室施工也經常用到蓋挖逆作法施工，以減少施工基坑暴露的時間，減少對周邊環境的影響，并可盡快實施地面建(構)筑物。

蓋挖逆作法施工具有如下優點：1)基坑底部土體穩定，隆起小，施工安全；2)受蓋板水平支撐作用，圍護結構及周邊土體變形減小同時鄰近建筑、構筑物安全得以保障；3)減少甚至取消內支撐結構，施工空間增大；4)減少基坑暴露時間，可盡快恢復路面功能；5)地面樓板施作完成后，可提供便利的施工作業空間。

蓋挖法于1951年首次應用于加拿大多倫多地鐵施工中，20世紀60年代同樣被應用于西班牙馬德里城市隧道建設，隨后世界多個城市采用蓋挖法進行城市隧道的建設。1987年，我國首次將蓋挖法引入工程建設中，在哈爾濱成功完成哈爾濱果戈里地下商城兼人防工程，而后長春、石家莊、延吉等城市在類似的地下商場兼人防設施建設中陸續采用蓋挖法施工。80年代末，國內逐漸重視地下空間的有效利用，于1989年展開“地鐵蓋挖法技術”的研究課題，對蓋挖法的結構形式、關鍵節點設計及受力分析等問題進行系統性的研究，并取得一系列具有指導意義的成果。90年代隨北京、上海等一線城市地鐵的大規模建設，蓋挖法得以廣泛運用。經多年工程實踐與理論研究，我國在蓋挖逆作法的施工工序、節點構造、支承體系、蓋板類型等方面總結出豐厚的經驗與成果，并廣泛應用于工程實踐。

姜斌、蔣桐、丁大鈞(1995)[1]建立了逆作法結構整體計算模型，探討其計算方法，并與傳統計算方法進行結果對比；丁偉達,鄔偉民,祝涌年(1998)[2]基于恒積大廈工程對逆作法施工的結構及支撐體系的設計方法進行總結；楊學林，施祖元，益德清(1999)[3]總結了逆作法結構的豎向支撐體系和圍護結構的設計方法；錢稼茹，周棟梁，方小丹(2003)[4]介紹了鋼管混凝土柱—混凝土環梁節點的構造和基本受力機理，并簡要介紹了環梁節點的設計方法。傅友東(2019)[5]總結了逆作法結構的中間支撐柱的節點連接方法。

蓋挖逆作法基坑的設計主要包括支護結構的選用及設計、豎向支承結構(立柱及立柱樁)選型及構造設計、先期地下結構的設計、各關鍵連接節點的構造設計等。本文主要針對蓋挖逆作法中的梁柱節點進行論述。

1 支承柱與梁節點作法

逆作法中一般將支護結構的豎向支承系統與主體結構的樁、柱相結合，鋼立柱插入底板以下的立柱樁構成豎向支承系統。鋼立柱通常為角鋼格構柱或鋼管混凝土柱，立柱樁可以采用鉆孔灌注樁或鋼管樁等形式，在施工結束后支承柱一般外包混凝土后作為主體地下室結構柱的一部分，永久承受上部荷載，這種作法叫作“一柱一樁”。

一方面在逆作施工階段梁板重量以及其上的施工荷載要比順作法的臨時支撐大得多，另一方面結構梁與鋼柱作為永久使用階段的部分構件，需滿足正常使用階段的承載與構造要求，因此地下結構的梁與豎向支承柱的連接節點就顯得尤為重要。

地下結構的梁和柱接頭常用作法如下：

1)當支承柱為型鋼格構柱時，宜采用鉆孔鋼筋連接法、傳力鋼板連接法以及梁側加腋法[6](如圖1所示)。

2)當支承柱為鋼管或鋼管混凝土柱時，宜采用環梁法、傳力鋼板法以及雙梁節點等方法[7](如圖2～圖4所示)。

JGJ 432建筑工程逆作法技術標準中對豎向支承柱的構造要求如下[8]：

1)支承柱采用格構柱時，其邊長不宜小于420 mm；采用鋼管混凝土柱時，鋼管外徑不宜小于500 mm；2)需外包混凝土形成主體結構框架柱的支承柱，內置鋼骨的保護層厚度不宜小于150 mm，宜設置栓釘，保證其與外包混凝土結構整體協同受力；3)支承柱鋼結構的焊縫質量和檢測要求應符合相關規范和設計要求，不宜在承載狀態下的支承柱表面上直接施焊；4)當支承柱需現場多段拼接時，應對拼接進行節點設計；5)支承柱穿基礎底板范圍內應設置止水鋼板。

2 支承柱與梁節點設計

支承柱與梁的節點設計需考慮兩種荷載的傳遞：1)梁端剪力傳遞；2)梁端彎矩傳遞。

對于梁端剪力的傳遞，主要是通過設置抗剪件(抗剪環或抗剪鋼牛腳)來實現，將混凝土梁與鋼支承柱之間的粘結作用作為安全儲備，設計時以抗剪件的作用力為主進行抗剪驗算。

常見的抗剪件有抗剪栓釘、抗剪環鋼筋或鋼板以及抗剪鋼牛腿(見圖5～圖7)。

單個圓柱頭栓釘的抗剪承載力設計值：

對于梁端彎矩傳遞，除環梁外，其他節點構造作法能保證梁鋼筋的連續計算。對于框架梁梁端負彎矩，可將其分解為上部拉力與下部壓力，其中環梁上部環筋與樓板共同承擔其上部拉力，下部壓力由混凝土承擔并傳遞至支撐柱上。鋼筋混凝土環梁的配盤筋應由計算確定，環梁的構造應符合如下規定[9]：1)框架梁應低于環梁截面50 mm；2)框架梁寬度應大于環梁截面寬度；3)框架梁縱向鋼筋應伸入環梁內部，其錨固長度應符合GB 50010混凝土結構設計規范的相關規定；4)環梁內、外側應設置直徑超過16 mm、間距小于150 mm的環向腰筋；5)環梁上、下環筋的截面面積，應分別大于梁上、下縱筋截面面積的0.7倍；6)環梁應按構造設置直徑大于10 mm，外側間距不超過150 mm的箍筋。

3 結語

在國內外相關研究基礎上，根據以往工程設計經驗并參照國家標準規范，對常用的支承柱與梁節點作法進行了總結，列出了相關構造要求與做法詳圖，并對節點設計中需注意的問題進行了說明，為類似工程的節點設計提供了指導。