結(jié)構(gòu)工程質(zhì)量控制措施及工程應(yīng)用分析

【摘要】隨著計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)技術(shù)、材料技術(shù)和施工技術(shù)的深入研究和開(kāi)發(fā)，鋼材作為一種優(yōu)良的建筑結(jié)構(gòu)材料，已廣泛運(yùn)用于高層、超高層大跨度結(jié)構(gòu)。為充分利用材料強(qiáng)度，減小構(gòu)件截面，將鋼與混凝土結(jié)合組成鋼與混凝土組合結(jié)構(gòu)。在這種結(jié)構(gòu)體系中，鋼與混凝土共同工作，發(fā)揮各自的材料特性，改善了結(jié)構(gòu)性能，特別適合于超高層結(jié)構(gòu)中的構(gòu)件柱?，F(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)與預(yù)應(yīng)力技術(shù)結(jié)合，產(chǎn)生了預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)，特別適合于大跨度公共建筑中的屋蓋結(jié)構(gòu)。本文根據(jù)筆者工作實(shí)踐，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)工程質(zhì)量控制措施及工程應(yīng)用進(jìn)行了分析和探討。

【關(guān)鍵詞】鋼結(jié)構(gòu)；工程；質(zhì)量；控制；措施

1、現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)施工的主要技術(shù)質(zhì)量特點(diǎn)

1.1 焊接和構(gòu)件制作

現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)趨向于采用高強(qiáng)度鋼材（例如Q345以上的鋼材），隨著強(qiáng)度的提高，其焊接性能趨向于劣化。高層鋼結(jié)構(gòu)的構(gòu)件柱主要采用焊接 H 型鋼、焊接箱形柱、鋼管柱以及十字形柱等多種形式。由于結(jié)構(gòu)自重大，故鋼板厚度較厚，厚板焊接的一個(gè)突出問(wèn)題是由于焊縫大，焊接熱應(yīng)力集中，焊接變形大，而變形一旦形成，由于板厚而難于矯正。高層鋼結(jié)構(gòu)中采用的厚板（厚度40mm以上），易出現(xiàn)層狀撕裂問(wèn)題，對(duì)鋼材質(zhì)量和焊接工藝提出了更高的要求。層狀撕裂是指厚鋼板在長(zhǎng)、寬、厚三個(gè)方向的厚度方向（也稱為Z向）有焊接件對(duì)鋼板受拉而使鋼板撕裂，這不是由于強(qiáng)度不足所致，而是鋼板在厚度方向性能最差，鋼板存在內(nèi)部缺陷。因此，高層鋼結(jié)構(gòu)中的厚板經(jīng)常采用Z向板。厚板焊接還易產(chǎn)生未熔透、裂紋等缺陷，對(duì)焊接工藝要求高。高層鋼結(jié)構(gòu)的抗側(cè)力體系（支撐體系）、或結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層經(jīng)常采用型鋼桁架結(jié)構(gòu)，其弦桿和腹桿常采用焊接 H 型鋼和箱形截面，它是整個(gè)結(jié)構(gòu)中的重要受力構(gòu)件。這種構(gòu)件尺寸大，節(jié)點(diǎn)板厚，節(jié)點(diǎn)處焊縫多而密集，焊接變形大，焊縫質(zhì)量要求高（多為熔透焊），焊后殘余應(yīng)力高。高層鋼結(jié)構(gòu)安裝焊接質(zhì)量控制難度大，主要表現(xiàn)在以下方面：1）結(jié)構(gòu)的梁、柱、支撐等各種構(gòu)件空間交叉形成復(fù)雜的節(jié)點(diǎn)形式，具有平、橫、立、仰多種空間焊接位置，施焊難度大；2）因外場(chǎng)施工，受條件限制，焊縫冷卻速度快，收縮應(yīng)力及拘束度大，容易產(chǎn)生焊接延遲裂紋；3）焊接收縮影響梁柱等節(jié)點(diǎn)的安裝精度和柱的垂直度。

1.2 結(jié)構(gòu)安裝

現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)工程由于大跨和高層的特點(diǎn)，結(jié)構(gòu)安裝難度較大。因此吊裝機(jī)械的選擇、安裝方法的確定、安裝施工中的安全生產(chǎn)控制是確保安裝順利進(jìn)行的三項(xiàng)重要工作。高層鋼結(jié)構(gòu)安裝的測(cè)量和垂直度控制比較復(fù)雜，技術(shù)含量高，是確保安裝質(zhì)量的重要保證：①柱垂直度和扭曲度除受自身安裝誤差影響外，還受到焊接變形、日照溫差變形的影響；②由于層高，軸線偏差易累計(jì)積累；③受焊接變形和荷重壓縮變形的影響，鋼柱易形成累計(jì)標(biāo)高負(fù)誤差；④上述各種誤差都會(huì)綜合地影響梁柱等節(jié)點(diǎn)的安裝精度，從而影響節(jié)點(diǎn)連接質(zhì)量。高層鋼結(jié)構(gòu)安裝時(shí)的主要工序——結(jié)構(gòu)吊裝、測(cè)量校正、安裝焊接、高強(qiáng)度螺栓施工等相互交叉、相互影響，又受現(xiàn)場(chǎng)施工各種不利環(huán)境因素的影響，工序質(zhì)量控制復(fù)雜。

2、現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量控制及工程應(yīng)用

現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)工程為滿足大跨度和超高層的要求，具有如上所述的施工技術(shù)和工程質(zhì)量控制的特點(diǎn)，對(duì)質(zhì)量控制具有與一般工程不同和更高的要求。為確保工程施工質(zhì)量，在總結(jié)大量已建工程的施工技術(shù)和質(zhì)量控制經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，按照工程建設(shè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)重點(diǎn)做好以下幾項(xiàng)控制。

2.1 嚴(yán)格執(zhí)行國(guó)家工程建設(shè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

就鋼結(jié)構(gòu)工程施工而言，主要標(biāo)準(zhǔn)有：GB 50205-2001《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》、JGJ 99-2015《高層民用建筑鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》、JGJ 81-2002《建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接技術(shù)規(guī)程》、JGJ82-1991《鋼結(jié)構(gòu)高強(qiáng)度螺栓的設(shè)計(jì)、施工及驗(yàn)收規(guī)程》等。這些技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，總結(jié)了大量工程的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)過(guò)廣泛的調(diào)研，并參考了國(guó)外的先進(jìn)技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)。執(zhí)行這些技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，是確保施工質(zhì)量的根本保證。誠(chéng)然，技術(shù)是不斷發(fā)展和進(jìn)步的，有些標(biāo)準(zhǔn)尚不能完全滿足少數(shù)大型復(fù)雜工程的實(shí)際施工。

2.2 編制好技術(shù)質(zhì)量文件

編制針對(duì)工程具體特點(diǎn)的施工組織設(shè)計(jì)、施工技術(shù)方案或施工工藝文件，并認(rèn)真執(zhí)行。技術(shù)質(zhì)量文件應(yīng)對(duì)工程的施工組織、主要施工方法和工藝、質(zhì)量管理系統(tǒng)、采取的施工技術(shù)措施和質(zhì)量安全保證措施等提出明確而具體的要求。由于現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)工程的個(gè)性化特點(diǎn)比較明顯，工程的用材、結(jié)構(gòu)和節(jié)點(diǎn)形式因不同工程而異，施工的環(huán)境條件千差萬(wàn)別，因此它必須具有明確的針對(duì)性，才能有效地起到指導(dǎo)施工和確保質(zhì)量的作用。例如，大跨度鋼結(jié)構(gòu)的安裝，應(yīng)當(dāng)根據(jù)跨度、高度、結(jié)構(gòu)形式（桁架、網(wǎng)架、柔性結(jié)構(gòu)、剛性結(jié)構(gòu)等）、設(shè)備能力等確定安裝方法；而高層鋼結(jié)構(gòu)的安裝焊接，應(yīng)當(dāng)根據(jù)鋼材和焊材性能、焊縫和節(jié)點(diǎn)形式、施焊位置、現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境條件、焊接人員技術(shù)水平、與其他工序的交叉施工情況等編制工藝規(guī)程。

2.3 材料質(zhì)量控制

鋼結(jié)構(gòu)工程所用的材料（主要為鋼材和焊材），對(duì)工程質(zhì)量具有決定性的影響，必須嚴(yán)格按標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行控制（即檢測(cè)和驗(yàn)收）。如Z向板進(jìn)場(chǎng)后就應(yīng)逐張進(jìn)行超聲波檢測(cè)。

2.4 焊接和構(gòu)件制作質(zhì)量控制

嚴(yán)格按 JGJ 81-2002《建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接技術(shù)規(guī)程》進(jìn)行焊接工藝評(píng)定，并在正式施焊前提出焊接工藝評(píng)定報(bào)告。對(duì)于復(fù)雜的節(jié)點(diǎn)形式，也宜預(yù)先進(jìn)行必要的焊接試驗(yàn)，以確定合理的坡口形式、焊接參數(shù)和保證質(zhì)量的措施。

編制焊接工藝規(guī)程指導(dǎo)實(shí)際施焊。焊接工藝規(guī)程應(yīng)根據(jù)焊接工藝評(píng)定合格報(bào)告，結(jié)合圖紙要求和實(shí)際施焊條件編制。工藝規(guī)程中應(yīng)明確焊接時(shí)預(yù)熱溫度，層溫控制和后熱處理等。一般 Q345 以上的鋼應(yīng)按工廠提供的指導(dǎo)參數(shù)或施工企業(yè)通過(guò)的焊接試驗(yàn)或焊接工藝評(píng)定確定預(yù)熱溫度、層溫控制和后熱處理以及焊后消氫處理。

合理選用焊材。焊材選用的一個(gè)基本原則是強(qiáng)度不低于母材而且性能與母材匹配。對(duì)于現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)中采用的高強(qiáng)度鋼材和厚鋼板，宜采用低強(qiáng)度和低氫型焊材，以增大焊縫金屬韌性和減少焊接時(shí)氫逸出，防止層狀撕裂和焊接裂紋等缺陷。

控制焊接環(huán)境條件。焊接時(shí)的風(fēng)速、環(huán)境溫度、濕度等都會(huì)對(duì)焊接質(zhì)量和質(zhì)量的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響，特別是現(xiàn)場(chǎng)焊接環(huán)境和環(huán)境的可控性比較差，必須符合規(guī)定要求或采取措施加以控制方能保證焊接質(zhì)量。

焊接變形控制。厚鋼板焊接應(yīng)采用反變形法、正反面交替焊接法；對(duì)復(fù)雜節(jié)點(diǎn)采用合理的焊接順序；選擇合理的坡口形式，以減少焊縫金屬充填量；盡可能采用氣保焊或埋弧焊。

加工及組裝。高強(qiáng)度鋼材和厚鋼板坡口加工質(zhì)量對(duì)焊接質(zhì)量有較大的影響，除保證加工精度外，在切割后，宜對(duì)每條切割的端面，用電動(dòng)砂輪打磨機(jī)進(jìn)行打磨（或按工藝文件要求處理），再經(jīng)過(guò)鋼板矯平機(jī)滾壓，以消除切割對(duì)鋼板金相組織的影響，防止產(chǎn)生焊接缺陷；大跨度管桁架腹桿制作必須采用計(jì)算機(jī)控制的相貫線切割機(jī)同時(shí)切割出管端馬鞍形曲線和坡口，保證管端形狀及坡口正確；組裝應(yīng)確保精度要求；特別應(yīng)注意定位焊縫的質(zhì)量。

2.5 結(jié)構(gòu)安裝方面

如前所述，現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)工程由于個(gè)性化特點(diǎn)較強(qiáng)，因此結(jié)構(gòu)安裝機(jī)械設(shè)備的選擇、安裝方法和工藝應(yīng)當(dāng)根據(jù)工程項(xiàng)目的特點(diǎn)確定，以符合工程結(jié)構(gòu)原理、高效、安全、經(jīng)濟(jì)、方便為基本原則。為保證安裝質(zhì)量，下列幾項(xiàng)應(yīng)重點(diǎn)控制：1）構(gòu)件進(jìn)場(chǎng)計(jì)劃及進(jìn)場(chǎng)驗(yàn)收；2）復(fù)雜或大型構(gòu)件現(xiàn)場(chǎng)預(yù)拼裝；3）工序交叉；4）安裝焊接質(zhì)量，前已有述；5）測(cè)量及校正，包括測(cè)量?jī)x器選用、測(cè)量精度及測(cè)量方法、校正方法和程序等。測(cè)量及校正是高層鋼結(jié)構(gòu)安裝的重要工序，對(duì)安裝質(zhì)量影響大。

建筑項(xiàng)目工程施工中，吊裝技術(shù)起著舉足輕重的作用。吊裝的速度及質(zhì)量直接關(guān)系到整個(gè)工程質(zhì)量。首先，塔吊的數(shù)量、位置是鋼結(jié)構(gòu)運(yùn)用吊裝前應(yīng)當(dāng)考慮統(tǒng)籌準(zhǔn)備的工作。當(dāng)然，施工前還要對(duì)地理位置、自然環(huán)境進(jìn)行考量。吊裝時(shí)要對(duì)材料形狀結(jié)構(gòu)大小、吊裝順序做出妥善安排。準(zhǔn)備工作要做到合理有序，有條不紊。一般工程中，多數(shù)是周期短但施工任務(wù)較大。所以吊裝位置以生產(chǎn)區(qū)域?yàn)榧?，還可以采取一機(jī)多吊的方式。鋼結(jié)構(gòu)的施工中，各個(gè)工序之間的關(guān)聯(lián)較多，所以工序間的相互制約較大。能夠保證測(cè)量的精準(zhǔn)性尤為重要。這就對(duì)實(shí)際的測(cè)量控制提出了要求。工程實(shí)際測(cè)量中，首先測(cè)量樓層主，掌握其高度和位置，標(biāo)線控制構(gòu)建。期間要著重控制樓層形成的模型，對(duì)樓層柱子要精確測(cè)量和校正。這對(duì)后期建筑工作的質(zhì)量控制打好基礎(chǔ)。對(duì)整體結(jié)構(gòu)測(cè)量時(shí)，實(shí)際測(cè)量要結(jié)合實(shí)鋼結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。要把工程質(zhì)量放在首位考慮，避免毫無(wú)責(zé)任、馬虎大意。

結(jié)語(yǔ)：

現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量的控制是確保執(zhí)行嚴(yán)密的質(zhì)量控制系統(tǒng)、合理先進(jìn)的施工技術(shù)的結(jié)果。由于現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)工程的多樣性和復(fù)雜性，這為施工企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新和工藝創(chuàng)新創(chuàng)造了寬廣的平臺(tái)；而通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新和工藝創(chuàng)新，使復(fù)雜工程的質(zhì)量控制成為可能。

參考文獻(xiàn)：

[1]中國(guó)鋼結(jié)構(gòu)協(xié)會(huì).建筑鋼結(jié)構(gòu)施工手冊(cè)[M].北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2016.