建筑钢结构的施工技术与质量管理

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  [摘 要]工厂化制造、安装快捷、抗震性能好的钢结构体系在建筑工程领域中得到合理、广泛的应用。作为绿色建筑的重要代表,钢结构建筑行业在我国也已经快速发展起来。本文结合钢结构建筑近年的发展,对建筑钢结构的施工技术和质量管理措施进行了简要的分析。
  [关键词]钢结构 施工技术 质量管理
  中图分类号:TU758.11 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2013)25-0162-02
  一、建筑钢结构的简介
  钢结构是指用钢板和热扎、冷弯或焊接型材通过连接件连接而成的能承受和传递荷载的结构形式。与钢筋混凝土结构相比,钢结构体系具有自重轻、工厂化制造、施工周期短、安装快捷、抗震性能好、抗冲击性好、环境污染少、可回收利用、投资回收快等综合优势,在全球范围内,钢结构在建筑工程领域中得到广泛的应用。钢结构通常有框架、平面 ( 木行) 架、网架 ( 壳) 、索膜、轻钢、塔桅等结构型式。钢结构通常用于高层、体型复杂、荷载或吊车起重量大、大跨度、有较大振动、密封性要求高、高温车间、要求能活动或经常装拆的结构。钢结构行业通常分为建筑钢结构、轻型钢结构、高层钢结构、住宅钢结构、空间钢结构和桥梁钢结构等。建筑钢结构,即是指采用钢结构的建筑。
  自1994年党的十六届四中全会提出“构建社会主义和谐社会”的概念以来,国家大力提倡构建和谐社会。钢结构绿色节能建筑行业响应和谐社会的潮流也快速发展起来。如上海中心大厦(在建、632米)、上海环球金融中心(101层、高492米、用钢量6.5万吨)。目前,作为绿色建筑的重要代表,钢结构建筑体系在我国已具备规模化发展的条件。钢结构建筑凭借着其强烈的工业化特色、轻质高强的优势,不仅可以大幅提高建筑的工作性能和工程质量,保证达到安全技术标准、实现绿色施工,还可以大幅提高建筑的使用品质,增强城市的防灾减灾能力。钢结构建筑是我国传统建筑产业向现代新型建筑工业化转型升级的重要内容。钢结构建筑具有总体轻、节省基础等优势,广泛应用于高层建筑、办公大楼、大跨度工业厂房、民宅等建筑行业。
  二、建筑钢结构的优缺点
  (一)钢结构建筑的优点
  钢结构建筑的优点主要是是经济、节能环保、实用。
  1、经济
  钢结构建筑采用先进的技术工艺、材料的安装和加工一体化,可靠性高、安装便捷、工期短,能够有效的缩短工程成本;钢结构自重轻,可以有效地节约工程的基础造价,并且钢结构建筑的材性好,密封性好、抗震性能好、耐热性较好,总的来说,钢结构建筑性价比较高。
  2、节能环保
  钢结构建筑墙体普遍采用轻型节能标准化的C型钢、方钢、夹芯板,保温性能好,抗震度好,同时钢结构可随时移动、可回收利用,回收利用价值高。与普通钢筋混凝土结构建筑相比,钢结构建筑能够节能50%,节能效果好。
  3、实用
  与传统建筑相比,钢结构建筑能更好实现建筑上大开间灵活分隔的要求,并可通过减少柱的截面面积和使用轻质墙板,提高面积使用率,户内有效使用面积提高约6%,并且隔音效果好。同时钢结构建筑可以充分发挥钢结构的塑性变形能力强、延性好,具有优良的抗震抗风性能,提高了住宅的安全可靠性,总的来说,钢结构建筑的实用性高。
  (二)钢结构建筑的缺点
  钢结构建筑的缺点主要是由于钢结构易腐蚀性导致新建造的钢结构建筑一般隔一定时间都要对钢结构进行重新刷涂料,维护费用较高;耐火性能差、易断裂和钢材价格较高等原因,导致钢结构建筑施工过程较复杂,并且一旦出现施工质量问题将很难得到解决。这对钢结构建筑的质量要求较高。
  二、建筑钢结构的施工技术
  (一)建筑钢结构的施工依据和标准
  钢结构凭借着施工周期短、安装快捷、抗震性能好、抗冲击性好、环境污染少、可回收利用、投资回收快等综合优势,在建筑行业得到普遍的运用。建筑钢结构的施工依据和质量控制就显得至关重要。建筑钢结构的施工依据和标准主要有:关于材料标准的规范有碳素结构钢GB 700-88、优质碳素结构GB/T699-1999、结构用高频焊接薄壁H型钢JG/T137-2001、彩色涂层钢板和钢带GB/T12754-91、建筑用压型钢板GB/T12755-91;工程设计标准规范有薄壁型钢结构设计规范GB50018-2002、建筑钢结构焊接规程JGJ81-2002、钢结构高强度螺栓技术规程JGJ82-91、钢结构加固技术规范CECS77-96;工程施工标准规范主要是钢结构工程施工质量验收规范。
  (二)建筑钢结构的施工技术
  1、钢结构施工前期的准备技术
  (1)钢结构的选用
  对于钢结构材质的选用应该从符合性、科学性、合理性、经济性、合法性等方面考虑,材料的代用必须取得原设计部门的认可。
  (2)焊接连接材料的选用
  用作钢结构焊接连接的连接材料应与被连接材料所采用的钢材材质相适应。将两种不同强度的钢材相连接时,可采用与低强度钢材相适应的连接材料。
  (3)普通螺栓和高强度螺栓连接
  普通螺栓连接主要用于沿其杆轴方向受拉的连接,高强螺栓用于主要受力构件的连接,分为承压型、承拉型、抗剪型高强螺栓,分别用于受压、受拉、受剪的构件中。首先对高强度螺栓连接的摩擦面采用喷砂、酸洗后徐无机富锌漆或贴塑料纸进行处理,其次是安装高强度螺栓时应尽量做到孔眼对准,保证螺栓顺利穿孔,严禁锤击穿孔。螺栓同连接板的接触面之间必须保证平整。要正确使用垫圈,一个节点的螺栓穿孔方向必须一致。
  (4)钢结构施工工艺的选用
  钢结构施工工艺的选用应从科学、合理、人员素质、经济节约、企业经验、企业装备等方面考虑。钢结构的主要施工工艺包括:焊接工艺、吊装工艺、测量、防焊接变形、变形矫正、装配组对工艺、表面处理与涂装、下料及边缘加工等。   (5)钢结构结构型式的选用
  应从符合性、安全性、先进性、经济性等方面考虑钢结构结构型式的选用。在保证强度、刚度、整体稳定性的前提下通过结构型式、截面形状的优化减少用钢量、方便施工、降低成本。
  2、建筑钢结构的施工过程中的施工技术
  钢结构施工中的工艺主要涉及:放样、号料、切割、边缘加工、矫正与成型、制孔、组装、连接(包含焊接、普通螺栓连接、高强度螺栓连接、铆接)、验收阶段(竣工图及设计变更文件、钢材合格证或试验报告、调整测量记录、焊件(试件)试验报告、高强度螺栓检查试验记录、工程实验记录、隐蔽工程验收记录、结构验收记录)。在施工中还必须符合《钢结构工程质量检验评定标准》(GB50221-95)。主要涉及的施工技术为钢柱安装、钢柱吊顶、钢梁焊接和防火喷漆。
  (1)钢柱安装
  在钢柱安装中,需要注意:定位轴线的确定、钢柱吊装、柱就位轴线的调整、柱顶标高的调整和钢柱垂直度校正。主梁吊装前,应在梁上装好扶手杆和扶手绳,待主梁吊装就位后,将扶手绳与钢柱系牢,以保证施工人员的安全。
  (2)钢柱吊顶
  钢柱吊顶之前要对钢柱的编号、型号和尺寸以及螺栓连接面和焊缝质量进行仔细的检查,清除污垢和浮锈,并标记好定位线。在吊装过程中,要注意梁柱和梁身的定位线的吻合。
  (3)钢梁焊接
  首先从事焊接工作的人员必须是专业的、合格的焊接工作者,焊接工具和材料也必须是合格材料。焊接之前要检查焊口的尺寸是否合格,在焊接过程中就必须注意焊接表面要清洁,母材要避免电弧击痕,焊接完成之后要及时清理熔渣,铲除定位焊有裂痕的地方,在焊接结束和验收前施焊的接头不能进行油漆。焊接连接的优点是构造简单,加工方便,不削弱焊件截面,节约钢材,易于采用自动化操作。除少数直接承受动力荷载结构的某些连接,焊接可广泛应用于建筑钢结构的连接。在每段钢梁安装后,经复测,确认符合设计要求后,即可进行高强度螺栓紧固。每个节点的高强螺栓由中间向两侧依次对称紧固,使其高强螺栓达到初拧值,然后依照初拧紧固顺序进行高强螺栓的终拧。最后进行上下翼缘的焊接,焊接完毕进行超声波探伤检测。
  (4)防火喷漆
  由于钢结构的耐火性较差,因此需要在施工过程中对钢结构建筑进行防火喷漆,通过对钢结构等底材进行喷漆防火保护,阻止建筑物的火势蔓延和延缓钢结构建筑物的垮塌,为遇险人群提供更长的撤离现场时间,为消防抢救赢得时间,提高钢结构建筑的防火性能。在防火喷漆过程中要严格按照涂料的配比,搅拌均匀;同时,要进行两次喷漆,喷漆完成后还要进行喷涂效果的检查,不合格的地方要进行修整和补涂。
  三、建筑钢结构的质量管理
  建筑钢结构的施工质量管理分为施工前的质量管理、施工中的过程质量管理和完工后的质量监督管理三个方面,建立符合GB/T19001—2000 标准的质量管理体系,这也是实现全面质量管理的具体体现。在各个不同的项目阶段,参检部门或参检员应该按照科学的检验方法严格进行检验,降低质量问题发生的可能性,避免后期不必要的工程修改和减少资金、资源的浪费。如在吊装前构件复核过程中,就需要质检员对焊缝质量、焊缝外观、焊缝等级、油漆涂装、漆膜外观及厚度、构件几何尺寸等进行仔细的检验,以保证材料的质量。在施工完成后的整体检查中,需要质检员、施工员和测量工三方合作,对钢梁的侧向弯曲矢高、支座中心线对定位轴线跨中垂直度偏移、间距等用拉线和钢尺进行细致的检查;在竣工验收阶段,需要技术负责人、质检员、施工员和测量工按照GB50205及有关技术标准用经纬仪、线绳、钢尺测量以检验整个项目的质量。
  (一)施工前的质量管理
  1、建立以项目经理、项目技术负责人和施工经理为主的质量保证工作人员系统,三人之间相互监督,同时可以实行工程监理制度,对整个施工项目全过程进行有效的监督。工程监理制度是工程建设领域中进行的一项重大改革。监理依据工程承包合同和监理合同,在贯彻执行国家有关法律、法规的前提下,控制工程建设的投资、建设工期、工程质量;进行安全管理、工程建设合同管理;协调有关单位之间的工作关系,即“三控、两管、一协调”,促使工程承包合同得到全面履行。通过构建质保体系和监理工程监理制度,以保证施工前乃至整个施工过程中的质量,防范任何质量问题的发生。其中进行钢构件预检是项复杂而细致的工作,因此最好由结构安装单位和制造厂联合派人参加,同时也应组织构件处理小组,严禁不合格的构件运到工地现场,从源头起把握项目的整个质量控制。
  2、对施工组织设计的管理
  施工组织设计是指导施工准备和组织实施施工全过程的全局性的技术、经济文件,是指导现场施工的纲领性文件。施工组织设计的完善程度直接影响工程的质量、进度。因此,对施工组织设计的质量管理要全面和重视。施工组织设计的质量管理的重点内容有:质量保证体系和技术管理体系的建立;严格遵守工期定额和合同规定的工程竣工及交付使用期限;合理采用先进的施工技术,进一步加强建筑新技术的推广和应用;做好现场工程技术资料的调查工作;合理策划施工程序和顺序,土建施工与机电安装施工应密切搭接配合;合理安排好特殊时期的施工项目;特殊工种的培训合格证和上岗证等。对施工组织设计的质量管理就要从上述的重点内容一一进行质量控制,预防施工过程中可能出现的质量问题。
  3、对施工前的相关设备、材料进行进一步的合格性检查,确保施工前期的各项准确工作无误。
  (二)施工过程中的质量管理
  1、严格按照施工图施工安装,组织有经验的技术人员进行图纸会审,各种材料的规格、型号、性能、等级、施工的质量要求和工程的安全等级要求,节点设计是否合理等。
  2、钢结构安装前,应对构件的产品合格证、设计文件与预拼装记录进行检查,并复验记录构件的尺寸。同时,安装前应编制详细的测量和矫正工艺,在厚钢板焊接安装前进行模拟产品结构的工艺试验,并编制相应的施工工艺。
  3、钢结构吊装好之后,应对构件定位轴线、标高等设计要求控制点进行测量并做好标记,对吊装对接接头质量进行焊前检查。安装好临时支撑及钢浪索以使钢屋架在施工过程中安全稳定。
  4、钢结构安装时的质量管理主要是检查柱底版下的垫铁是否垫平实,柱是否位移和垂直,螺栓的拧紧程度,梁的垂直、平直、侧向弯曲,以及摩擦面清理, 验收合格后, 方可起吊。安装结束后,施工单位应提交构件吊装后的标高尺寸、焊接、涂装等分别向监理提交验收。
  (三)施工后的质量监督管理
  对于整个建筑钢机构的施工质量管理,不仅要从施工前期的准备阶段和施工过程进行质量管理,对于施工结束后的工程质量监督管理也非常的重要。后期质量管理主要是施工验收阶段对所完成工程项目指标进行检测,发现有任何质量问题都要做出及时调整;收尾以后,通知业主,等待验收。后期质量管理要保证装修维护的质量监督,避免由于维护不达标造成的质量事故。
  总结
  钢结构凭借着其自重轻、施工周期短、安装快捷、抗震性能好、抗冲击性好、环境污染少、可回收利用、投资回收快等综合优势,在建筑领域内得到广泛的应用。本文通过对建筑钢结构的施工技术和质量管理进行分析,提出构建建筑钢结构质量管理体系,以促进国内钢结构建筑的健康发展。
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