結構工程質量控制措施及工程應用分析

【摘要】隨著計算機設計技術、材料技術和施工技術的深入研究和開發，鋼材作為一種優良的建筑結構材料，已廣泛運用于高層、超高層大跨度結構。為充分利用材料強度，減小構件截面，將鋼與混凝土結合組成鋼與混凝土組合結構。在這種結構體系中，鋼與混凝土共同工作，發揮各自的材料特性，改善了結構性能，特別適合于超高層結構中的構件柱。現代鋼結構技術與預應力技術結合，產生了預應力鋼結構，特別適合于大跨度公共建筑中的屋蓋結構。本文根據筆者工作實踐，對鋼結構工程質量控制措施及工程應用進行了分析和探討。

【關鍵詞】鋼結構；工程；質量；控制；措施

1、現代鋼結構施工的主要技術質量特點

1.1 焊接和構件制作

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

1.2 結構安裝

現代鋼結構工程由于大跨和高層的特點，結構安裝難度較大。因此吊裝機械的選擇、安裝方法的確定、安裝施工中的安全生產控制是確保安裝順利進行的三項重要工作。高層鋼結構安裝的測量和垂直度控制比較復雜，技術含量高，是確保安裝質量的重要保證：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，鋼柱易形成累計標高負誤差；④上述各種誤差都會綜合地影響梁柱等節點的安裝精度，從而影響節點連接質量。高層鋼結構安裝時的主要工序——結構吊裝、測量校正、安裝焊接、高強度螺栓施工等相互交叉、相互影響，又受現場施工各種不利環境因素的影響，工序質量控制復雜。

2、現代鋼結構工程施工質量控制及工程應用

現代鋼結構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和工程質量控制的特點，對質量控制具有與一般工程不同和更高的要求。為確保工程施工質量，在總結大量已建工程的施工技術和質量控制經驗的基礎上，按照工程建設技術標準，應重點做好以下幾項控制。

2.1 嚴格執行國家工程建設技術標準

就鋼結構工程施工而言，主要標準有：GB 50205-2001《鋼結構工程施工質量驗收規范》、JGJ 99-2015《高層民用建筑鋼結構技術規程》、JGJ 81-2002《建筑鋼結構焊接技術規程》、JGJ82-1991《鋼結構高強度螺栓的設計、施工及驗收規程》等。這些技術標準，總結了大量工程的實踐經驗，經過廣泛的調研，并參考了國外的先進技術和標準。執行這些技術標準，是確保施工質量的根本保證。誠然，技術是不斷發展和進步的，有些標準尚不能完全滿足少數大型復雜工程的實際施工。

2.2 編制好技術質量文件

編制針對工程具體特點的施工組織設計、施工技術方案或施工工藝文件，并認真執行。技術質量文件應對工程的施工組織、主要施工方法和工藝、質量管理系統、采取的施工技術措施和質量安全保證措施等提出明確而具體的要求。由于現代鋼結構工程的個性化特點比較明顯，工程的用材、結構和節點形式因不同工程而異，施工的環境條件千差萬別，因此它必須具有明確的針對性，才能有效地起到指導施工和確保質量的作用。例如，大跨度鋼結構的安裝，應當根據跨度、高度、結構形式（桁架、網架、柔性結構、剛性結構等）、設備能力等確定安裝方法；而高層鋼結構的安裝焊接，應當根據鋼材和焊材性能、焊縫和節點形式、施焊位置、現場環境條件、焊接人員技術水平、與其他工序的交叉施工情況等編制工藝規程。

2.3 材料質量控制

鋼結構工程所用的材料（主要為鋼材和焊材），對工程質量具有決定性的影響，必須嚴格按標準進行控制（即檢測和驗收）。如Z向板進場后就應逐張進行超聲波檢測。

2.4 焊接和構件制作質量控制

嚴格按 JGJ 81-2002《建筑鋼結構焊接技術規程》進行焊接工藝評定，并在正式施焊前提出焊接工藝評定報告。對于復雜的節點形式，也宜預先進行必要的焊接試驗，以確定合理的坡口形式、焊接參數和保證質量的措施。

編制焊接工藝規程指導實際施焊。焊接工藝規程應根據焊接工藝評定合格報告，結合圖紙要求和實際施焊條件編制。工藝規程中應明確焊接時預熱溫度，層溫控制和后熱處理等。一般 Q345 以上的鋼應按工廠提供的指導參數或施工企業通過的焊接試驗或焊接工藝評定確定預熱溫度、層溫控制和后熱處理以及焊后消氫處理。

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

控制焊接環境條件。焊接時的風速、環境溫度、濕度等都會對焊接質量和質量的穩定性產生影響，特別是現場焊接環境和環境的可控性比較差，必須符合規定要求或采取措施加以控制方能保證焊接質量。

焊接變形控制。厚鋼板焊接應采用反變形法、正反面交替焊接法；對復雜節點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。高強度鋼材和厚鋼板坡口加工質量對焊接質量有較大的影響，除保證加工精度外，在切割后，宜對每條切割的端面，用電動砂輪打磨機進行打磨（或按工藝文件要求處理），再經過鋼板矯平機滾壓，以消除切割對鋼板金相組織的影響，防止產生焊接缺陷；大跨度管桁架腹桿制作必須采用計算機控制的相貫線切割機同時切割出管端馬鞍形曲線和坡口，保證管端形狀及坡口正確；組裝應確保精度要求；特別應注意定位焊縫的質量。

2.5 結構安裝方面

如前所述，現代鋼結構工程由于個性化特點較強，因此結構安裝機械設備的選擇、安裝方法和工藝應當根據工程項目的特點確定，以符合工程結構原理、高效、安全、經濟、方便為基本原則。為保證安裝質量，下列幾項應重點控制：1）構件進場計劃及進場驗收；2）復雜或大型構件現場預拼裝；3）工序交叉；4）安裝焊接質量，前已有述；5）測量及校正，包括測量儀器選用、測量精度及測量方法、校正方法和程序等。測量及校正是高層鋼結構安裝的重要工序，對安裝質量影響大。

建筑項目工程施工中，吊裝技術起著舉足輕重的作用。吊裝的速度及質量直接關系到整個工程質量。首先，塔吊的數量、位置是鋼結構運用吊裝前應當考慮統籌準備的工作。當然，施工前還要對地理位置、自然環境進行考量。吊裝時要對材料形狀結構大小、吊裝順序做出妥善安排。準備工作要做到合理有序，有條不紊。一般工程中，多數是周期短但施工任務較大。所以吊裝位置以生產區域為佳，還可以采取一機多吊的方式。鋼結構的施工中，各個工序之間的關聯較多，所以工序間的相互制約較大。能夠保證測量的精準性尤為重要。這就對實際的測量控制提出了要求。工程實際測量中，首先測量樓層主，掌握其高度和位置，標線控制構建。期間要著重控制樓層形成的模型，對樓層柱子要精確測量和校正。這對后期建筑工作的質量控制打好基礎。對整體結構測量時，實際測量要結合實鋼結構特點。要把工程質量放在首位考慮，避免毫無責任、馬虎大意。

結語：

現代鋼結構工程施工質量的控制是確保執行嚴密的質量控制系統、合理先進的施工技術的結果。由于現代鋼結構工程的多樣性和復雜性，這為施工企業技術創新和工藝創新創造了寬廣的平臺；而通過技術創新和工藝創新，使復雜工程的質量控制成為可能。

參考文獻：

[1]中國鋼結構協會.建筑鋼結構施工手冊[M].北京：中國計劃出版社，2016.