建筑鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)量控制及關(guān)鍵工藝研究

鄧鵬明，水峰，孫吉華，鄭棟，趙飛宇，闕子雄，王笛，杜冰冰

浙江精工重鋼結(jié)構(gòu)有限公司 浙江紹興 312000

1 序言

新西蘭海景壹號(hào)項(xiàng)目是新西蘭海灣區(qū)最高鋼結(jié)構(gòu)公寓樓，高187m，這棟52層的摩天大廈將成為奧克蘭的新地標(biāo)。該項(xiàng)目結(jié)構(gòu)采用了一種高層鋼框架結(jié)構(gòu)，大廈的外部鋼框架結(jié)構(gòu)被設(shè)計(jì)成鉆石形。建筑效果如圖1所示。

圖1 建筑效果

本項(xiàng)目地上結(jié)構(gòu)包括塔樓和裙房，主要由H形柱、H形梁、箱形斜撐、X節(jié)點(diǎn)、Y節(jié)點(diǎn)及烏龜殼等節(jié)點(diǎn)組成，材質(zhì)主要為Gr.350Z25、Gr.350Z35，板厚最大達(dá)80mm。

典型節(jié)點(diǎn)分析如下：

（1）X節(jié)點(diǎn) 長(zhǎng)2.6m，高1.3m，最大重量7.5t，最大板厚達(dá)80mm，轉(zhuǎn)換位置封成日字形箱體，板件多，焊縫密集，端部尺寸精度要求0.1mm/m2。

（2）Y節(jié)點(diǎn) 長(zhǎng)3.6m，高1.3m，重量達(dá)8.1t，最大板厚達(dá)80mm，轉(zhuǎn)換位置封成日字形箱體，板件多，焊縫密集，端部尺寸精度要求0.1mm/m2。

（3）米字形節(jié)點(diǎn)梁 長(zhǎng)4.5m，高2.6m，重量達(dá)5.7t，最大板厚達(dá)65mm，節(jié)點(diǎn)位置板件密集，牛腿端部相對(duì)尺寸精度要求高，焊接量大，尺寸精度控制難度高。

圖2 典型節(jié)點(diǎn)形狀示意

2 工程特點(diǎn)及重難點(diǎn)分析

海景壹號(hào)項(xiàng)目是新西蘭地標(biāo)性建筑，工程的特點(diǎn)和質(zhì)量控制難點(diǎn)如下。

（1）QA/QC管理體系的建立 因?yàn)楸竟こ虨樾挛魈m重點(diǎn)工程，客戶對(duì)鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件尺寸精度、安全和外觀要求非常高，構(gòu)件質(zhì)量等級(jí)要求AESS3、AESS4，所以需要制定完善的QA/QC管理體系，來(lái)保證工程質(zhì)量。

（2）外輪廓尺寸精度質(zhì)量控制 所有構(gòu)件現(xiàn)場(chǎng)端部連接均采用螺栓連接的方式，現(xiàn)場(chǎng)安裝兩端面需密貼頂緊，以保證力的有效傳遞，對(duì)構(gòu)件端部空間尺寸精度及相對(duì)孔群位置精度的要求高，給鋼結(jié)構(gòu)件的制造帶來(lái)很大挑戰(zhàn)。

（3）焊接質(zhì)量控制難度高 鋼板厚度大（最厚達(dá)80 mm），且構(gòu)件截面較小（最大800mm×400mm），施焊空間狹小，焊接難度大，焊接量大，焊接變形大。由于節(jié)點(diǎn)位置焊縫縱橫交錯(cuò)，單個(gè)節(jié)點(diǎn)零部件近200個(gè)，大量十字形、丁字形焊接接頭縱橫交錯(cuò)，因此如何保證焊接質(zhì)量、控制焊接變形又是一個(gè)重點(diǎn)和難點(diǎn)。

3 建立QA/QC質(zhì)量管理體系

本工程采用澳/新標(biāo)準(zhǔn)，即AS/NZS 5131、AS/NZS 1554.1、NZS 3404.1。項(xiàng)目要求從原材料鋼板進(jìn)廠開(kāi)始至項(xiàng)目完工，所有的原材料復(fù)驗(yàn)、下料、加工、組裝、焊接、涂裝及檢測(cè)等必須由獨(dú)立的第三方檢測(cè)機(jī)構(gòu)全程跟蹤檢查，并出具報(bào)告，然后轉(zhuǎn)入下一工序。所有構(gòu)件的焊接參數(shù)、坡口形式等必須依據(jù)焊接工藝評(píng)定（WPS）執(zhí)行[1]，且經(jīng)監(jiān)理檢查合格后才能施焊。因?yàn)楦邩?biāo)準(zhǔn)的質(zhì)量要求給QA/QC質(zhì)量管理體系的建立及實(shí)施提出了近乎苛刻的要求，所以只有制定完善的QA/QC質(zhì)量管理體系并堅(jiān)決執(zhí)行，才能保證項(xiàng)目的順利實(shí)施。

針對(duì)本工程制定的QA/QC質(zhì)量管理體系內(nèi)容主要有以下幾個(gè)方面：

（1）項(xiàng)目檢測(cè)和檢測(cè)計(jì)劃ITP 編制項(xiàng)目制定檢測(cè)、檢測(cè)計(jì)劃ITP，具體內(nèi)容見(jiàn)表1。

表1 檢測(cè)計(jì)劃

（2）制作驗(yàn)收主要標(biāo)準(zhǔn) 具體內(nèi)容見(jiàn)表2。

表2 主要驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)

（3）鋼結(jié)構(gòu)加工制作工藝技術(shù)文件 按照AS/NZS 5131、AS/NZS 1554.1、NZS 3404.1以及工程相關(guān)合同、設(shè)計(jì)圖樣等文件要求，編制工程加工制作技術(shù)要求，內(nèi)容涉及工程概況、工作范圍、材料說(shuō)明及標(biāo)準(zhǔn)、制作工藝標(biāo)準(zhǔn)及檢測(cè)要求、表面處理和油漆、AESS要求、包裝和運(yùn)輸要求、BIM技術(shù)應(yīng)用要求、工程資料及竣工驗(yàn)收資料要求、開(kāi)工前提交資料的要求及項(xiàng)目檢測(cè)和檢測(cè)計(jì)劃ITP要求。

針對(duì)不同類型構(gòu)件的加工、組裝、焊接及檢測(cè)等工序編制相應(yīng)的構(gòu)件制作工藝文件。工藝文件內(nèi)容包括制作要領(lǐng)、焊接要領(lǐng)、焊接計(jì)劃和檢測(cè)要領(lǐng)等部分。

（4）人員資質(zhì) 本項(xiàng)目要求具有IWE、IWS資質(zhì)的人員擔(dān)任焊接技術(shù)、檢測(cè)的主要負(fù)責(zé)人。無(wú)損檢測(cè)人員符合AS 3998 或ISO 9712二級(jí)檢測(cè)資質(zhì)。根據(jù)工程需要依照AS/NZS 1554.1或AS/NZS 1554.2標(biāo)準(zhǔn)制定了本工程的焊接工藝評(píng)定項(xiàng)目，共計(jì)43項(xiàng)，在WPS基礎(chǔ)上，根據(jù)AS/NZS 1554.1標(biāo)準(zhǔn)組織焊工進(jìn)行取證工作。

（5）材料管理 所有原材料及其生產(chǎn)廠家品牌等均需報(bào)總包后提交業(yè)主審批，通過(guò)后方可進(jìn)行采購(gòu)。所有原材料均需提供符合相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的材料質(zhì)保書。

1）原材料檢測(cè)。原材料進(jìn)廠后，應(yīng)對(duì)材料尺寸、外觀進(jìn)行目視檢查，并按照澳標(biāo)材料相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行驗(yàn)收。針對(duì)所有進(jìn)廠的原材料，都應(yīng)按照規(guī)范的要求進(jìn)行原材料的取樣、檢測(cè)復(fù)試，包含化學(xué)檢測(cè)及力學(xué)性能檢測(cè)，取樣前應(yīng)通知駐廠監(jiān)造/三方，記錄并存檔。

2）原材料追溯管理。①本工程鋼材入場(chǎng)后由材料員負(fù)責(zé)保管，按照規(guī)格單獨(dú)堆放，并在原材料板厚方向進(jìn)行原材料信息標(biāo)識(shí)，信息內(nèi)容包括材質(zhì)類型、規(guī)格、內(nèi)控號(hào)等信息。②材料追溯要求貫穿構(gòu)件制造的全過(guò)程，從鋼廠原材料質(zhì)保書MTC，到原材料內(nèi)控號(hào)MID，再到下料后的零件號(hào)PID，最終到構(gòu)件上，從而實(shí)現(xiàn)全過(guò)程原材料追溯。③根據(jù)套料圖中對(duì)應(yīng)的內(nèi)控號(hào)來(lái)領(lǐng)用材料，內(nèi)控號(hào)都是唯一的，不得亂用其他規(guī)格的材料代用。切割下料時(shí)，根據(jù)套料要求在每個(gè)零件上標(biāo)識(shí)零件號(hào)、內(nèi)控號(hào)及配送班組。

3）焊材管理。選用等級(jí)為與A S/N Z S 3678 Gr.350，AS/NZS 1163 C350母材相匹配焊材，并出具符合相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的質(zhì)保書（質(zhì)保書必須有船級(jí)社的認(rèn)證等級(jí)要求）。

4 典型節(jié)點(diǎn)工藝研究

本文以米字形節(jié)點(diǎn)梁節(jié)點(diǎn)為例，詳述節(jié)點(diǎn)的制作關(guān)鍵技術(shù)及質(zhì)量控制。

4.1 裝配工藝要點(diǎn)

1）先進(jìn)行插板與豎向加勁板的組裝，焊縫要求為雙面開(kāi)坡口角焊縫，插板及豎向加勁板的厚度為65mm，采用K形坡口形式[2]，如圖3所示。

圖3 K形坡口

2）組裝焊接節(jié)點(diǎn)主體上的板邊外圈加勁板，角接接頭位置開(kāi)設(shè)防層狀撕裂坡口，如圖4所示。

圖4 板邊外圈加勁板組裝焊接示意

3）其余加勁板組裝焊接示意如圖5所示。

圖5 其余加勁板組裝焊接示意

4）進(jìn)行四側(cè)斜牛腿的裝配焊接，如圖6所示。

圖6 四側(cè)斜牛腿的裝配焊接示意

5）使用三維掃描技術(shù)測(cè)量節(jié)點(diǎn)端部尺寸精度，并形成測(cè)量文件，做好記錄。

6）依據(jù)三維掃描尺寸精度偏差，制定相應(yīng)的端銑方案，對(duì)端部面進(jìn)行端銑，保證端部平面度以及端部尺寸精度。

7）裝配兩側(cè)的H鋼梁，如圖7所示。

圖7 H鋼梁的裝配焊接示意

4.2 焊接技術(shù)

采用C O2氣體保護(hù)焊進(jìn)行焊接；焊材選擇大西洋焊絲CHW-50C6SM，直徑為1.2mm；焊接電流為220~310A，電弧電壓為24~34V，焊接速度為25~38cm/min。焊前采用火焰預(yù)熱，預(yù)熱溫度按照焊接工藝指導(dǎo)書WPS要求，預(yù)熱加熱寬度為焊縫兩側(cè)各100mm，測(cè)溫點(diǎn)在離電弧經(jīng)過(guò)前的焊接點(diǎn)各方向50mm處。焊接過(guò)程采用對(duì)稱施焊、多層多道焊，控制熱輸入，保證層間溫度最高不超過(guò)250℃。層間溫度測(cè)量點(diǎn)在焊道的起始點(diǎn)。

4.3 空間三維測(cè)量技術(shù)

鋼構(gòu)件制作過(guò)程中及制作完成后，使用三維掃描設(shè)備對(duì)牛腿端部端銑前尺寸及端銑后尺寸進(jìn)行掃描測(cè)量，以保證關(guān)鍵控制點(diǎn)偏差控制在±1mm以內(nèi)，如圖8所示。

圖8 使用三維掃描設(shè)備測(cè)量牛腿端部尺寸

4.4 端部尺寸高精度端銑技術(shù)

為了保證端板面平面度偏差0.1m m的技術(shù)要求，保證端部的尺寸精度偏差在±0.5mm，4個(gè)牛腿端頭采用高精度端銑技術(shù)。底板端銑量為3~5mm，具體依據(jù)實(shí)際空間三維掃描測(cè)量所得的尺寸偏差，為了保證端板的有效厚度，底板在用料時(shí)加厚5mm余量。采用激光測(cè)距儀不斷調(diào)整底板與端銑機(jī)床之間的距離，保證偏差在0.5mm范圍內(nèi)再進(jìn)行端銑，端銑后精度在0.1mm以內(nèi)。

4.5 油漆施工及質(zhì)量控制

由于本工程外觀質(zhì)量要求極高，油漆以面漆狀態(tài)出廠，因此油漆施工及質(zhì)量控制是保證外觀質(zhì)量的重中之重，施工前對(duì)涂裝人員進(jìn)行培訓(xùn)取證，施工過(guò)程中對(duì)油漆施工質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)督管理，并出具施工報(bào)告（見(jiàn)圖9）。針對(duì)不同的油漆類型制定相應(yīng)的施工控制要求，如表面處理質(zhì)量、施工溫度、露點(diǎn)溫度、相對(duì)濕度及干濕膜厚度檢測(cè)控制期附著力的檢測(cè)等。

圖9 油漆施工質(zhì)量

4.6 包裝運(yùn)輸

本項(xiàng)目構(gòu)件由上海港船運(yùn)至新西蘭，小件采用集裝箱發(fā)貨，大件采用散件發(fā)貨。所有構(gòu)件的打包均要求使用打包架，由于打包架與構(gòu)件間不能直接接觸，故隔離材料采用珍珠棉或其他緩沖材料，每包外部使用塑料薄膜裹覆，以防止雨水、海水污染，每包均應(yīng)標(biāo)明重心點(diǎn)和吊點(diǎn)。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文詳述了本項(xiàng)目在工廠制作過(guò)程中的QA/QC質(zhì)量管理，制定了詳細(xì)的項(xiàng)目檢測(cè)和檢測(cè)計(jì)劃ITP。同時(shí)以米字形節(jié)點(diǎn)梁為例，進(jìn)行關(guān)鍵工藝研究，實(shí)現(xiàn)了本工程構(gòu)件質(zhì)量精度控制要求，可為類似工程提供借鑒與參考。