祝勇

（中交一公局厦门工程有限公司，福建厦门 361000）

1 引言

型钢混凝土组合柱通常应用于高层建筑，并随着城轨道交通的发展而逐步被广泛运用在地铁车站中。相比普通钢结构或混凝土结构，其具备更好的承载能力和抗震性能，以及混凝土结构和钢结构的优点。而通过在混凝土柱内增设型钢，不仅能优化立柱截面尺寸，还能优化空间设计，从而进一步提高整个结构的安全性和承载能力，为后续上盖物业、商业裙房提供更好的接驳条件。通常来说，钢混凝土组合柱包括H 型钢混凝土组合柱、十字形型钢混凝土组合柱、钢管混凝土组合柱3 类，在具体工程中，要根据实际情况来合理选择。

2 工程背景

深圳地铁8 号线二期小梅沙站为地下2 层地铁车站，主体结构全长377.5 m，标准段宽20.1 m，车站位于商业地块开发区域，根据一体化建设规划，车站顶板上方后续将会设置多栋商业裙房。

考虑到车站顶板上方后续商业裙房荷载和人群荷载的影响，车站中立柱采用型钢混凝土组合柱，型钢均采用H 形型钢设计，型钢柱按抗震构造设计，柱脚均采用埋入式柱脚。

3 施工前设计深化

型钢混凝土结构中型钢部分的施工可以参照钢结构工程成熟的技术及工艺，但混凝土部分由于型钢的设置及自身构造特点而存在节点复杂钢筋排布困难的情况，在施工之前需要结合实际进行设计方案优化。

型钢混凝土组合柱设计优化思路主要包括两方面的内容：钢筋和型钢的连接方式和钢筋的排布形式。对此，可在施工前采用BIM 软件进行建模，因为模型可以直观地反映型钢柱和结构钢筋的位置关系，并对主体结构钢筋的排布、与型钢的连接方式等提供有力支撑，从而确保现场施工安全、高效、便捷。其中，结构钢筋和型钢柱的连接方式主要分为焊接与机械连接两种，节点处理方式主要有钢筋穿孔式、加腋环绕式、钢筋连接套筒式、钢筋焊接连接板式等。

通常情况下，梁主筋优先选择在型钢柱两侧绕开型钢柱通过，但如钢筋与型钢腹板碰撞，则可在钢腹板上开孔穿过，同时，要保证钢腹板因开孔所造成的截面损失率＜25%（超过时应采取补强措施）。当梁主筋必须与型钢柱碰撞时，应在型钢柱上设置连接件；此外，梁主筋与连接件应可靠连接。

值得注意的是，钢筋直径的大小、钢筋的数量、结构钢筋的布置方式、结构纵梁的方向以及梁标高位置、梁截面形式等，均会影响钢筋穿孔率，在施工时要予以重视。

在本工程中，纵梁主筋为φ32 mm，设置上下4 排，数量较多、施工难度极大；底板和顶板分布钢筋均采用φ25 mm 主筋，设置上下两层，梁柱节点、板柱节点部位穿孔难度极大，对此，如果其型钢混凝土梁的钢筋排布按普通钢筋混凝土梁排布，则势必增加穿钢结构钢筋的数量，从而导致施工难度大大提高，十分影响施工效率。由此可见，必须结合工程本身需要进行设计深化研究，具体来说，即尽量增加绕过钢结构钢筋的数量，减少穿钢结构钢筋的数量，并同步采取加固措施满足设计及04SG523《型钢混凝土组合结构构造》要求。

另外，考虑到型钢混凝土组合柱型钢翼板为实腹式，在混凝土浇筑时易产生不密实的情况，因此，应在型钢柱加劲板上设透气孔、浇筑孔，必要时设观察孔；同时，针对腹板、翼板结构栓钉的布置，应结合图集要求、工程自身情况、立柱配筋、拉筋布置形式来综合确定。

4 主要施工技术

4.1 施工工艺流程

深圳地铁8 号线二期小梅沙站型钢混凝土组合柱施工流程为：确定型钢分节长度、构件加工尺寸、栓钉要求、翼板及连接板要求、腹板穿孔位置和孔径、翼板连接板或套筒位置和要求（过程驻场验收）→型钢柱进场检测、验收→现场测量定位→型钢柱柱脚安装定位→纵梁、底板、立柱钢筋绑扎→测量复核→底板混凝土、梁柱混凝土浇筑→站台层型钢柱吊装、拼接→型钢柱临时固结→测量复核→型钢柱校核→腹板螺栓安装紧固、翼板全熔透焊接→现场检测焊缝→站台层立柱钢筋绑扎→模板安装→测量校核→站台层立柱混凝土浇筑→中板钢筋、梁柱节点钢筋绑扎→中板、梁柱节点混凝土浇筑→站厅层型钢柱吊装、拼接→型钢柱临时固结→测量复核→型钢柱校核→腹板螺栓安装紧固、翼板全熔透焊接→现场检测焊缝→站厅层立柱钢筋绑扎→模板安装→测量校核→站厅层立柱混凝土浇筑。

4.2 型钢加工

型钢的加工必须在具备专业加工资质的工厂进行，具体流程：提交型钢材料计划和分节单元→复检→钢板拼接→开坡口→型钢组立→型钢焊接→零部件装配→焊接→校正→栓钉焊接→清理打磨→成品→验收。

此外，还需注意：（1）型钢开孔、坡口焊接、拼接耳板均在加工厂完成；（2）型钢的切割、焊接、运输、吊装、探伤检验应符合相关标准要求；（3）钢材、焊接材料、螺栓等应有质量证明书；（4）型钢焊接质量应符合GB 50661—2011《钢结构焊接规范》的规定。

4.3 型钢安装

型钢安装的类型主要包括柱脚预埋安装，柱脚与站台层型钢拼接安装，站台层型钢与中板梁连接安装，站厅层型钢与站台层型钢拼接，站厅层型钢柱与顶板梁连接安装。

4.3.1 柱脚安装需注意的要点

1）型钢混凝土柱可根据不同的受力特点采用型钢埋入基础底板（承台）的埋入式柱脚或非埋入式柱脚。

2）考虑到地震作用组合的偏心受压柱时，宜采用埋入式柱脚；不考虑地震作用组合的偏心受压柱时，可采用埋入式柱脚，也可采用非埋入式柱脚；偏心受拉柱应采用埋入式柱脚。

3）埋入式相比非埋入式柱脚具有更多的优点，相对承载力比较高、刚度较大、稳定性好，而且抗震能力比较大等，但施工难度较非埋入式大。对此，要根据设计图纸来做出选择。本工程均采用埋入式柱脚。

4）柱脚安装应先行施工锚栓和垫板，用于控制型钢柱脚标高和垂直度，锚固深度必须满足设计要求，基础施工完或后吊装第1 节型钢柱脚，柱脚与柱脚钢板进行焊接，然后与预埋的垫板采用锚栓螺母进行连接，安装过程中需要采用缆风绳临时固定措施[1]。

5）要尤其注意和板筋过腹板部位的连接以及梁筋过翼板部位的连接。

4.3.2 中间节安装

本工程型钢共有4 种型号，分3 节吊装拼接施工，吊装采用车站主体结构施工既有的90 t 履带吊进行施工。吊装时，要采用4 点吊，在柱底板下方垫方木，以避免柱底板与地面硬性接触而导致在起吊时磨损构件。

型钢拼接接头腹板采用高强螺栓连接，上下共计18 个孔，连接前要进行临时固结。临时固结采用耳板预留的螺栓孔进行，在固结完成后采用腹板螺栓连接，并对翼板进行焊接处理。

由于钢结构的焊缝设计形式是单面坡口全融透焊缝，因此，需采用手工电弧横焊工艺。施焊时，先焊接翼缘板焊缝，后焊腹板的焊缝，且焊接质量需要满足GB 50661—2011《钢结构焊接规范》的要求，并在焊接完成后，应进行探伤检测。

4.3.3 关键构造处理

梁柱节点、板柱节点是型钢施工的核心部位。在进行抗震设计时，要对节点核心区的抗剪承载力进行特殊规定与限制，以保证节点的可靠性。在一般的梁柱框架结构中，框架柱核心区一直是现场钢筋施工的难点和钢筋隐蔽验收的质量检查重点。

因型钢混凝土组合柱内有H 形型钢，且外有梁、板的钢筋与其交错布置，故较普通混凝土柱施工难度大，特别是梁、柱节点处的钢筋施工。这是因为，配筋密集且部分钢筋需穿钢柱进行锚固，所以，施工时应严格控制节点施工质量。

根据JGJ 138—2016《组合结构设计规范》和04SG523《型钢混凝土组合结构构造》，常见的梁柱节点部位型钢与纵梁钢筋、板筋的连接方式有4 种：穿孔连接、套筒连接、连接板连接和钢牛腿连接。

1）腹板开孔贯通式。（1）优点是适用于一般工民建，通过腹板开穿筋孔，结构主筋保持贯通；（2）缺点是腹板穿孔数量大，现场钢筋绑扎难度大，施工工效较低，对地下工程施工不利，腹板开孔时腹板截面损失率应小于腹板面积25%，截面损失率＞25%时，应采取补强措施。

2）钢筋连接套筒式。优点是适用范围广泛，该连接方式快捷简便，能够很好地解决混凝土梁采用多排钢筋时与型钢柱的连接问题；缺点是套筒需要提前在工厂加工焊接，套筒的位置、数量需和现场结构钢筋一致，不允许出现偏差，施工难度较大。当存在异形梁或异形变截面结构时，容易出现套筒和钢筋不匹配或连接不到位的情况。

3）钢筋焊接连接板式。优点是适用范围广，这种连接方式能较好地应对钢筋施工偏差的影响，现场钢筋施工方便灵活，有效连接率高；缺点是连接板需要在加工厂提前焊接，对连接板的位置有一定要求。

4）牛腿焊接式。优点是一般适用于高层建筑，受力性能较好；缺点是现场钢筋焊接量大，对设备和焊工水平要求较高，钢筋连接速度较慢，施工难易程度一般，焊接费用较高。

上述处理方式都有各自的优点和缺点，在现场实际施工过程中，应综合考虑安全、技术、经济、可靠、工期等因素，选取符合工程本身的处理方式。此外，在人字梁部位，纵梁钢筋需满足JGJ 138—2016《组合结构设计规范》要求，一般结构主筋深入支座长度≥45 倍钢筋直径。

4.3.4 型钢柱验收

型钢混凝土柱属于隐蔽工程，因此，混凝土浇筑之前必须确保型钢柱的施工质量，尤其是节点施工质量。型钢结构的验收包括：型钢柱工厂加工验收、型钢柱出厂验收、型钢柱进场验收、型钢柱测量放样验收、型钢柱柱脚预埋验收、型钢柱节点拼接验收、型钢柱探伤验收、型钢柱垂直度、标高验收、型钢柱钢筋安装验收、型钢柱模板安装验收等。本工程各项指标均符合一次通过，验收结果符合设计图纸和相关技术标准要求。

5 结语

本文以深圳地铁8 号线二期小梅沙站为依托，介绍了型钢混凝土组合柱的施工工艺，从设计深化节点分析、型钢加工步骤和质量要求、埋入式柱脚安装技术、中间节拼装技术和要求、关键构造处理方式、型钢柱的验收要求等方面进行分析和实践，确保了地铁车站型钢混凝土组合柱的施工质量。