裝配式鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)量控制技術(shù)研究與應(yīng)用

王友光 馮依林 李花

摘 要 隨著裝配式建筑的發(fā)展，以及裝配式鋼結(jié)構(gòu)住宅的大力推廣，以工廠化制作、現(xiàn)場(chǎng)安裝為特色的新型建造形式逐年攀升，其施工質(zhì)量控制越來越備受重視，國(guó)家及地方相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的相繼出臺(tái)，為大力發(fā)展裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑保駕護(hù)航。本文從原材料驗(yàn)收、鋼結(jié)構(gòu)生產(chǎn)加工及施工安裝等方面進(jìn)行分析，結(jié)合三維建模技術(shù)，提出部分重點(diǎn)環(huán)節(jié)的質(zhì)量控制措施。

關(guān)鍵詞 裝配式鋼結(jié)構(gòu);快速裝配;BIM技術(shù);三維激光掃描技術(shù);質(zhì)量控制

引言

隨著國(guó)家大力發(fā)展裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑，很多現(xiàn)場(chǎng)施工的環(huán)節(jié)和工序均轉(zhuǎn)移到工廠加工，再由現(xiàn)場(chǎng)吊裝安裝，實(shí)現(xiàn)了像造汽車一樣造房子。隨之而來的是對(duì)構(gòu)件本身及安裝施工過程中的質(zhì)量控制等一系列問題。通過引入BIM建模及三維激光掃描技術(shù)，進(jìn)行裝配式鋼結(jié)構(gòu)生產(chǎn)及施工的全過程精度控制，更好地體現(xiàn)裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑快速、環(huán)保、節(jié)能等優(yōu)勢(shì)。

1原材料的質(zhì)量控制

原材料的質(zhì)量管控是整體質(zhì)量控制的基礎(chǔ)，把好原材料入庫(kù)關(guān)是重中之重，原材料入庫(kù)前應(yīng)依據(jù)相關(guān)驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，做好外觀檢查、取樣檢測(cè)等驗(yàn)收工作。

（1）鋼材。鋼材基礎(chǔ)信息應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求和現(xiàn)行產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，每批鋼板必須有質(zhì)保書且材料名稱、型號(hào)、尺寸、爐批號(hào)、力學(xué)性能試驗(yàn)報(bào)告及日期應(yīng)清晰無涂改，質(zhì)量管理部門負(fù)責(zé)人簽字并加蓋鮮章;規(guī)定長(zhǎng)度、寬度的負(fù)偏差為6mm，規(guī)定厚度負(fù)偏差為0.3mm;鋼板表面波浪度、平直度應(yīng)符合規(guī)范;表面劃痕、麻點(diǎn)和銹蝕要滿足要求;力學(xué)及沖擊、化學(xué)分析及平均晶粒度試驗(yàn)等應(yīng)符合規(guī)范;做好臺(tái)賬、堆放及區(qū)分等工作。

（2）焊材。焊接材料的基礎(chǔ)信息應(yīng)符合設(shè)計(jì)和規(guī)范要求。使用前焊材的包裝要完好、無破損及受潮現(xiàn)象，且具有完整的質(zhì)保資料，每批要抽樣檢查其外觀質(zhì)量及焊芯生銹等缺陷;同時(shí)檢查焊劑含水量、顆粒度、硫磷含量及有無受潮結(jié)塊現(xiàn)象，焊絲表面應(yīng)光滑、不得有鍍層脫落、結(jié)疤、銹蝕等現(xiàn)象，且直徑要滿足規(guī)范要求;保護(hù)氣性能要滿足焊接要求;做好相關(guān)記錄及標(biāo)識(shí)[1]。

2加工制作的質(zhì)量控制

在裝配式鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件制造過程中，采用BIM三維建模技術(shù)進(jìn)行生產(chǎn)圖紙的繪制并導(dǎo)出，利用先進(jìn)數(shù)控生產(chǎn)設(shè)備，對(duì)零部件精準(zhǔn)加工，根據(jù)構(gòu)件生產(chǎn)圖紙進(jìn)行組對(duì)、焊接、矯正、表面處理，結(jié)合BIM技術(shù)進(jìn)行加工過程模擬，減少因人為因素造成的質(zhì)量精度降低，從而實(shí)現(xiàn)構(gòu)件的智能制造，達(dá)到提高產(chǎn)品質(zhì)量的目的。

（1）拼裝質(zhì)量控制。拼裝精度的高低直接影響工程施工吊裝及整體精度的控制。在構(gòu)件制作過程中要嚴(yán)格按照生產(chǎn)圖紙要求加工，考慮焊縫收縮變形余量，零部件各尺寸參數(shù)應(yīng)符合相關(guān)規(guī)范。用配鉆的方式來保證構(gòu)件穿孔率，鋼柱牛腿可批量制作，放樣后進(jìn)行整體拼裝、按對(duì)稱及相關(guān)順序焊接，便于焊接質(zhì)量的控制，減少焊接變形及尺寸累計(jì)誤差;鋼柱、鋼梁翼緣板及腹板螺栓孔采用三維鉆制孔，減少人工畫線帶來的誤差，有利于保證整體構(gòu)件的螺栓穿孔率;復(fù)雜構(gòu)件應(yīng)在生產(chǎn)車間采取預(yù)拼裝處理，便于整體質(zhì)量的控制。

（2）焊接質(zhì)量控制。焊接質(zhì)量直接影響建筑物結(jié)構(gòu)性能。焊接過程不可避免地會(huì)出現(xiàn)一些焊接缺陷或殘余應(yīng)力，做好焊前準(zhǔn)備及焊后應(yīng)力釋放處理和成品檢驗(yàn)工作，保證鋼結(jié)構(gòu)工程的焊接質(zhì)量。

1）焊接質(zhì)量控制的基本方法。焊接操作人員必須根據(jù)有關(guān)規(guī)定持證上崗，同時(shí)要有焊工質(zhì)量管理體系作為支撐;焊前要做焊接工藝評(píng)定，編制WPS并完成交底及存檔工作;根據(jù)焊接工藝評(píng)定及作業(yè)環(huán)境選擇合適的焊接材料;優(yōu)化裝配間隙、清除焊接區(qū)域范圍內(nèi)的相關(guān)缺陷;引弧板設(shè)置應(yīng)符合規(guī)范，拆除時(shí)應(yīng)采用氣割，不允許錘落，以避免損傷焊縫端部;內(nèi)襯板要貼緊，對(duì)接焊縫應(yīng)錯(cuò)開加勁板。

2）焊接質(zhì)量檢驗(yàn)。質(zhì)量控制中主要的焊接檢驗(yàn)方法有外觀觀察法、UT探傷法和試驗(yàn)檢測(cè)法。要有完整的焊縫質(zhì)量檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)、檢測(cè)表格和檢測(cè)儀器，焊縫的位置、外觀尺寸必須符合施工圖紙，焊縫飽滿，不得有未熔合、咬邊、夾渣、弧坑、燒穿和氣孔等缺陷，焊接區(qū)域無飛濺物;無損檢測(cè)（MT、PT、UT、RT）主要檢測(cè)肉眼看不到的隱蔽焊接情況。

3）不合格焊縫的處理。不合格的焊縫一旦被發(fā)現(xiàn)，檢驗(yàn)員要及時(shí)做出相應(yīng)標(biāo)記，并協(xié)同工藝技術(shù)人員分析原因，出具返修通知單，提出改進(jìn)措施，返修并檢驗(yàn)合格后才能進(jìn)行下道工序。

4）焊接質(zhì)量的過程管控要保證可追溯性。重要部位的焊縫，應(yīng)打鋼印號(hào)，并保存完整的WPS及檢驗(yàn)記錄，確保整個(gè)焊接過程的可追溯性。

（3）防腐質(zhì)量控制。作業(yè)前應(yīng)完成涂裝方案編制、交底及操作人員培訓(xùn)。實(shí)施中先進(jìn)行鋼構(gòu)件表面缺陷處理及除污處理，再進(jìn)行拋丸或噴砂處理以達(dá)到表面處理的標(biāo)準(zhǔn)要求，經(jīng)檢驗(yàn)比對(duì)合格方能進(jìn)行涂裝施工;涂裝時(shí)要考慮溫度、露點(diǎn)、環(huán)境等綜合因素，保證涂層均勻一致，待油漆完全干燥后進(jìn)行漆膜厚度測(cè)量，檢驗(yàn)合格后方能進(jìn)行二次涂裝，依次類推直到滿足設(shè)計(jì)要求厚度為止;同時(shí)做好成品防護(hù)和過程管控記錄[2]。

3施工安裝的質(zhì)量控制

施工全過程引入BIM技術(shù)，進(jìn)行施工模擬和過程分析，利用三維激光掃描技術(shù)進(jìn)行全過程精準(zhǔn)測(cè)量和糾偏，重點(diǎn)把控鋼結(jié)構(gòu)安裝過程的測(cè)量校正及工藝施工方案的實(shí)施工作，及時(shí)做好施工安裝過程的相關(guān)記錄并存檔。

（1）裝配式鋼結(jié)構(gòu)施工安裝質(zhì)量控制的一般方法

①安裝前應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)文件要求及施工環(huán)境情況，編制專項(xiàng)施工方案，經(jīng)施工單位技術(shù)總負(fù)責(zé)人簽字審核后報(bào)監(jiān)理單位審查批準(zhǔn)。②現(xiàn)場(chǎng)項(xiàng)目部主要管理人員應(yīng)具備相應(yīng)的資質(zhì)和證書，特殊工種應(yīng)持證上崗。③吊裝用的焊材、螺栓等，應(yīng)滿足性能要求。④安裝用的工器具，應(yīng)滿足施工要求，并定期檢驗(yàn)，測(cè)量?jī)x器及扭矩扳手應(yīng)經(jīng)專業(yè)檢驗(yàn)并在使用期內(nèi)方可使用。⑤吊裝的主要工序應(yīng)在施工前進(jìn)行工藝試驗(yàn)，并應(yīng)在試驗(yàn)結(jié)論的基礎(chǔ)上編制專項(xiàng)施工方案。⑥吊裝前，應(yīng)檢查構(gòu)件的基本信息，符合設(shè)計(jì)和規(guī)范要求后，方能吊裝。

（2）安裝控制點(diǎn)及相關(guān)控制要求

①構(gòu)件吊裝前，應(yīng)進(jìn)行基礎(chǔ)復(fù)測(cè)并辦理交接驗(yàn)收，合格后方可開始施工作業(yè)。②定位軸線的控制，可采用設(shè)輔助線的方法。每節(jié)柱的定位軸線應(yīng)從地面控制軸線引出，不得從下層柱的軸線引出。統(tǒng)一的參照基準(zhǔn)，是保證框架結(jié)構(gòu)整體垂直度的基礎(chǔ)。③地腳螺栓的緊固軸力，應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求?？刹捎脝温菽傅撞慷ㄎ?，雙螺母上部緊固。④標(biāo)高控制應(yīng)在施工方案中予以明確，永久標(biāo)高控制點(diǎn)要設(shè)置保護(hù)措施，總高度的累積偏差不得大于各節(jié)柱偏差的總和。施工中應(yīng)以每節(jié)柱為單位進(jìn)行標(biāo)高的調(diào)整工作，將每節(jié)柱變形量預(yù)放到構(gòu)件加工中。

（3）施工全過程引入BIM技術(shù)，進(jìn)行施工模擬和過程分析，引入三維激光掃描技術(shù)進(jìn)行全過程精準(zhǔn)測(cè)量和糾偏，及相關(guān)要點(diǎn)如下：①施工前運(yùn)用BIM技術(shù)進(jìn)行施工過程碰撞校核，對(duì)可能出現(xiàn)的問題進(jìn)行預(yù)判。②施工全過程運(yùn)用三維激光掃描技術(shù)精準(zhǔn)測(cè)量，經(jīng)軟件處理后導(dǎo)出糾偏參數(shù)值，指導(dǎo)施工過程中的糾偏工作。③鋼柱位置調(diào)整應(yīng)先位移后標(biāo)高，最后調(diào)整垂直度偏差，直到柱的位移、標(biāo)高、垂直偏差均符合要求為止。④柱、主梁、支撐等大構(gòu)件安裝時(shí)，結(jié)合三維激光掃描技術(shù)導(dǎo)出的糾偏參數(shù)進(jìn)行校正。在吊裝主梁時(shí)，應(yīng)根據(jù)焊接收縮量預(yù)留變形空隙并做好書面記錄，以便對(duì)照及修正。構(gòu)件吊裝時(shí)，應(yīng)考慮溫度變化對(duì)構(gòu)件的彎曲和伸縮量引起的變化。⑤當(dāng)上下柱發(fā)生扭轉(zhuǎn)錯(cuò)位時(shí)，應(yīng)采用在上下柱的臨時(shí)耳板處加墊板的方法進(jìn)行調(diào)整，偏差每次微調(diào)，偏差過大時(shí)應(yīng)分2～3次調(diào)整。⑥每個(gè)安裝單元在構(gòu)件吊裝完成并驗(yàn)收合格后，方能從永久控制點(diǎn)引放下一單元的定位軸線。⑦構(gòu)件吊裝前，應(yīng)對(duì)主要焊接部位的焊接工藝進(jìn)行焊接試驗(yàn)，制定專項(xiàng)技術(shù)措施。負(fù)溫度地區(qū)，應(yīng)進(jìn)行負(fù)溫度下的焊接工藝試驗(yàn)。厚鋼板焊接應(yīng)根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)條件及環(huán)境溫度，確定預(yù)熱、后熱、層間溫度控制專項(xiàng)方案，并嚴(yán)格實(shí)施。⑧當(dāng)?shù)跹b發(fā)生錯(cuò)孔時(shí)，允許用鉸刀擴(kuò)孔。單一節(jié)點(diǎn)擴(kuò)孔數(shù)應(yīng)小于該節(jié)點(diǎn)孔數(shù)的1/3，擴(kuò)孔直徑不大于原孔徑的1.2倍。嚴(yán)禁用氣割擴(kuò)孔。安裝高強(qiáng)度螺栓應(yīng)通過初擰和終擰達(dá)到最終緊固的目的。⑨裝配式鋼結(jié)構(gòu)在一個(gè)安裝單元的所有構(gòu)件安裝完畢，并驗(yàn)收合格后，現(xiàn)場(chǎng)焊縫、高強(qiáng)度螺栓及其連接節(jié)點(diǎn)，以及在安裝過程中構(gòu)件涂層被磨損的部位，應(yīng)采用與構(gòu)件制作時(shí)相同的材料及涂刷工藝補(bǔ)刷涂層，涂層面漆外觀應(yīng)均勻、平整，不得有針孔、裂紋、咬底和明顯的流墜現(xiàn)象，且涂層厚度滿足設(shè)計(jì)要求[3]。

4結(jié)束語

本文以裝配式鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)量控制為研究對(duì)象，從原材料到施工各重要環(huán)節(jié)進(jìn)行分析，對(duì)質(zhì)量控制的重要環(huán)節(jié)進(jìn)行了闡述，把控各環(huán)節(jié)的質(zhì)量控制，在施工測(cè)控過程運(yùn)用BIM建模及三維激光掃描技術(shù)，提前模擬并預(yù)判全過程質(zhì)量問題，快速大范圍復(fù)測(cè)糾偏，更好地提高裝配式鋼結(jié)構(gòu)整體質(zhì)量控制精度，發(fā)揮出裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑綠色、節(jié)能、快速裝配的優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)

[1] 曹靖，沈萬玉，王友光，等.基于BIM裝配式鋼結(jié)構(gòu)橋梁制造技術(shù)研究[C].鋼結(jié)構(gòu)與綠色建筑技術(shù)應(yīng)用.北京：中國(guó)建筑金屬結(jié)構(gòu)協(xié)會(huì)專題資料匯編，2019：351-354.

[2] 郭滿良.鋼結(jié)構(gòu)虛擬預(yù)拼裝技術(shù)[J].建筑技術(shù)，2018（4）：381-384.

[3] 段保軍.鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量控制分析[J].河南城建學(xué)院學(xué)報(bào)，2013（5）：27-29.