建筑鋼結構質量控制及關鍵工藝研究

鄧鵬明，水峰，孫吉華，鄭棟，趙飛宇，闕子雄，王笛，杜冰冰

浙江精工重鋼結構有限公司 浙江紹興 312000

1 序言

新西蘭海景壹號項目是新西蘭海灣區最高鋼結構公寓樓，高187m，這棟52層的摩天大廈將成為奧克蘭的新地標。該項目結構采用了一種高層鋼框架結構，大廈的外部鋼框架結構被設計成鉆石形。建筑效果如圖1所示。

圖1 建筑效果

本項目地上結構包括塔樓和裙房，主要由H形柱、H形梁、箱形斜撐、X節點、Y節點及烏龜殼等節點組成，材質主要為Gr.350Z25、Gr.350Z35，板厚最大達80mm。

典型節點分析如下：

（1）X節點 長2.6m，高1.3m，最大重量7.5t，最大板厚達80mm，轉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節點 長3.6m，高1.3m，重量達8.1t，最大板厚達80mm，轉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）米字形節點梁 長4.5m，高2.6m，重量達5.7t，最大板厚達65mm，節點位置板件密集，牛腿端部相對尺寸精度要求高，焊接量大，尺寸精度控制難度高。

圖2 典型節點形狀示意

2 工程特點及重難點分析

海景壹號項目是新西蘭地標性建筑，工程的特點和質量控制難點如下。

（1）QA/QC管理體系的建立 因為本工程為新西蘭重點工程，客戶對鋼結構構件尺寸精度、安全和外觀要求非常高，構件質量等級要求AESS3、AESS4，所以需要制定完善的QA/QC管理體系，來保證工程質量。

（2）外輪廓尺寸精度質量控制 所有構件現場端部連接均采用螺栓連接的方式，現場安裝兩端面需密貼頂緊，以保證力的有效傳遞，對構件端部空間尺寸精度及相對孔群位置精度的要求高，給鋼結構件的制造帶來很大挑戰。

（3）焊接質量控制難度高 鋼板厚度大（最厚達80 mm），且構件截面較小（最大800mm×400mm），施焊空間狹小，焊接難度大，焊接量大，焊接變形大。由于節點位置焊縫縱橫交錯，單個節點零部件近200個，大量十字形、丁字形焊接接頭縱橫交錯，因此如何保證焊接質量、控制焊接變形又是一個重點和難點。

3 建立QA/QC質量管理體系

本工程采用澳/新標準，即AS/NZS 5131、AS/NZS 1554.1、NZS 3404.1。項目要求從原材料鋼板進廠開始至項目完工，所有的原材料復驗、下料、加工、組裝、焊接、涂裝及檢測等必須由獨立的第三方檢測機構全程跟蹤檢查，并出具報告，然后轉入下一工序。所有構件的焊接參數、坡口形式等必須依據焊接工藝評定（WPS）執行[1]，且經監理檢查合格后才能施焊。因為高標準的質量要求給QA/QC質量管理體系的建立及實施提出了近乎苛刻的要求，所以只有制定完善的QA/QC質量管理體系并堅決執行，才能保證項目的順利實施。

針對本工程制定的QA/QC質量管理體系內容主要有以下幾個方面：

（1）項目檢測和檢測計劃ITP 編制項目制定檢測、檢測計劃ITP，具體內容見表1。

表1 檢測計劃

（2）制作驗收主要標準 具體內容見表2。

表2 主要驗收標準

（3）鋼結構加工制作工藝技術文件 按照AS/NZS 5131、AS/NZS 1554.1、NZS 3404.1以及工程相關合同、設計圖樣等文件要求，編制工程加工制作技術要求，內容涉及工程概況、工作范圍、材料說明及標準、制作工藝標準及檢測要求、表面處理和油漆、AESS要求、包裝和運輸要求、BIM技術應用要求、工程資料及竣工驗收資料要求、開工前提交資料的要求及項目檢測和檢測計劃ITP要求。

針對不同類型構件的加工、組裝、焊接及檢測等工序編制相應的構件制作工藝文件。工藝文件內容包括制作要領、焊接要領、焊接計劃和檢測要領等部分。

（4）人員資質 本項目要求具有IWE、IWS資質的人員擔任焊接技術、檢測的主要負責人。無損檢測人員符合AS 3998 或ISO 9712二級檢測資質。根據工程需要依照AS/NZS 1554.1或AS/NZS 1554.2標準制定了本工程的焊接工藝評定項目，共計43項，在WPS基礎上，根據AS/NZS 1554.1標準組織焊工進行取證工作。

（5）材料管理 所有原材料及其生產廠家品牌等均需報總包后提交業主審批，通過后方可進行采購。所有原材料均需提供符合相應標準的材料質保書。

1）原材料檢測。原材料進廠后，應對材料尺寸、外觀進行目視檢查，并按照澳標材料相應的標準進行驗收。針對所有進廠的原材料，都應按照規范的要求進行原材料的取樣、檢測復試，包含化學檢測及力學性能檢測，取樣前應通知駐廠監造/三方，記錄并存檔。

2）原材料追溯管理。①本工程鋼材入場后由材料員負責保管，按照規格單獨堆放，并在原材料板厚方向進行原材料信息標識，信息內容包括材質類型、規格、內控號等信息。②材料追溯要求貫穿構件制造的全過程，從鋼廠原材料質保書MTC，到原材料內控號MID，再到下料后的零件號PID，最終到構件上，從而實現全過程原材料追溯。③根據套料圖中對應的內控號來領用材料，內控號都是唯一的，不得亂用其他規格的材料代用。切割下料時，根據套料要求在每個零件上標識零件號、內控號及配送班組。

3）焊材管理。選用等級為與A S/N Z S 3678 Gr.350，AS/NZS 1163 C350母材相匹配焊材，并出具符合相應標準的質保書（質保書必須有船級社的認證等級要求）。

4 典型節點工藝研究

本文以米字形節點梁節點為例，詳述節點的制作關鍵技術及質量控制。

4.1 裝配工藝要點

1）先進行插板與豎向加勁板的組裝，焊縫要求為雙面開坡口角焊縫，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）組裝焊接節點主體上的板邊外圈加勁板，角接接頭位置開設防層狀撕裂坡口，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）進行四側斜牛腿的裝配焊接，如圖6所示。

圖6 四側斜牛腿的裝配焊接示意

5）使用三維掃描技術測量節點端部尺寸精度，并形成測量文件，做好記錄。

6）依據三維掃描尺寸精度偏差，制定相應的端銑方案，對端部面進行端銑，保證端部平面度以及端部尺寸精度。

7）裝配兩側的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

采用C O2氣體保護焊進行焊接；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。焊前采用火焰預熱，預熱溫度按照焊接工藝指導書WPS要求，預熱加熱寬度為焊縫兩側各100mm，測溫點在離電弧經過前的焊接點各方向50mm處。焊接過程采用對稱施焊、多層多道焊，控制熱輸入，保證層間溫度最高不超過250℃。層間溫度測量點在焊道的起始點。

4.3 空間三維測量技術

鋼構件制作過程中及制作完成后，使用三維掃描設備對牛腿端部端銑前尺寸及端銑后尺寸進行掃描測量，以保證關鍵控制點偏差控制在±1mm以內，如圖8所示。

圖8 使用三維掃描設備測量牛腿端部尺寸

4.4 端部尺寸高精度端銑技術

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

4.5 油漆施工及質量控制

由于本工程外觀質量要求極高，油漆以面漆狀態出廠，因此油漆施工及質量控制是保證外觀質量的重中之重，施工前對涂裝人員進行培訓取證，施工過程中對油漆施工質量進行監督管理，并出具施工報告（見圖9）。針對不同的油漆類型制定相應的施工控制要求，如表面處理質量、施工溫度、露點溫度、相對濕度及干濕膜厚度檢測控制期附著力的檢測等。

圖9 油漆施工質量

4.6 包裝運輸

本項目構件由上海港船運至新西蘭，小件采用集裝箱發貨，大件采用散件發貨。所有構件的打包均要求使用打包架，由于打包架與構件間不能直接接觸，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，每包均應標明重心點和吊點。

5 結束語

本文詳述了本項目在工廠制作過程中的QA/QC質量管理，制定了詳細的項目檢測和檢測計劃ITP。同時以米字形節點梁為例，進行關鍵工藝研究，實現了本工程構件質量精度控制要求，可為類似工程提供借鑒與參考。