大型钢构件的制作和提升的监理控制要点

2018-02-14戴永强陕西兵器建设监理咨询有限公司陕西西安710054

建设监理 2018年10期

戴永强（陕西兵器建设监理咨询有限公司，陕西西安 710054）

0 引言

随着建筑业绿色健康的发展，钢结构工程施工周期短、经济合理、结构跨度大且能够实现空间自由分隔等特点，深受社会的广泛应用，同时也推动着建筑业绿色健康、节能环保地发展。目前在高层建筑中局部使用钢结构，使用钢结构实现大跨度的钢筋混凝土连接和前厅的高大空间，应用大型钢结构整体提升安装技术（厚壁钢结构焊接技术和钢结构整体提升技术）存在施工难度大、工艺复杂、精度要求高、一次性提升安全风险大等难度。要实现工程质量和安全管理目标的有效控制，监理工作尤为重要。笔者作为西安融侨城五期 2 号楼中银大厦总监理工程师，对此感触颇深。

西安融侨城五期 2 号楼中银大厦项目的总建筑面积约65952.10 m2，地下 2 层，地上 20 层；结构形式为（框剪+钢桁架）连体结构，其中第十八层至屋顶结构采用钢结构连廊将主体结构连成整体。本项目钢结构桁架部分的重量为 1490 t，由两榀连廊和一榀井字梁结构组成，整体吊装施工分三个阶段进行，安装底标高达 75.56 m，顶标高92.06 m。其中：连廊一由两榀 GHJ1 连结组成，共 3 层，总重量 360 t，长 37 m，高 16.75 m，宽 13.70 m，每端有8 个焊接连接点；连廊二由三榀 GHJ2 连结而成，共 3 层，总重量 650 t，长 32 m，高 16.75 m，宽 16 m，每端共有12 个焊接连结点；井字梁由 H 钢连结而成，长 37.5 m，宽 32.4 m，重量为 280 t。本项目钢结构提升采用计算机控制液压同步提升技术，运用柔性钢绞线承重、提升油缸集群、计算机控制、液压同步提升新原理。该项技术是一项新颖的构件提升安装施工技术。

监理本项目的施工过程中，重点抓好对整体提升过程中质量和安全的有效控制，使钢结构提升安装顺利进行，并一次性拼接成功。笔者就监理如何做好大型钢结构整体提升施工工程的质量安全控制工作进行阐述。

1 施工准备阶段监理主要工作

1.1 指导文件的编制与审核

监理在准备阶段的工作主要是编制监理规划和钢结构专项监理实施细则，针对本工程的施工难度及质量安全的薄弱环节进行分析，编制监理规划和专项监理实施细则，确定出本工程的监理工作主要控制点和控制措施方法。

监理在规划编制时，确定施工图二次设计、钢结构实施方案论证为监理工作的控制点。在钢结构监理实施细则中明确了施工图二次设计、钢结构实施方案论证、原材料及半成品的质量验收、核查加工制作人员的资质要求、控制焊接变形、钢结构组装和提升的质量安全控制措施。

1.2 施工图二次深化设计

检查钢结构二次设计作为监理工作的控制关键点，核查深化设计的设计单位是否具有相应资质，设计出的文件是否经过原设计单位的审核同意，即设计的主体及程序是否合法。

在对施工图二次深化设计的审核中，我们发现原设计院对梁柱节点和吊装需加固部位缺少细部做法；若不进行二次深化设计，势必造成加工的构件在安装时出现不相吻合，影响加工和安装的质量。因此监理工程师重点提出，要解决好钢筋的锚固和钢筋与钢结构之间的相互合理避让问题，即在柱梁节点处，当梁钢筋遇到型钢时钻孔通过。计算钢结构加载前后变形，消除了钢结构变形影响的问题，确保钢结构吊装安装完成后的几何尺寸和外形与原设计相一致。

1.3 专项方案审查

在本项目的施工准备阶段，监理工程师组织对专项施工方案进行审查。审查时发现，方案中缺少对钢结构的受热不均匀发生变形所采取的措施，钢结构组装时的起拱高度不能满足要求。为了控制焊接过程受热不均匀所产生的变形，要求采用专用的组装模板操作台，临时加活杆焊接固定在腹板处，确保钢结构在焊接构成中不变形。由于本钢结构桁架最大跨度 37.5 m，跨度很大，要求在桁架钢结构组装时的起拱高度必须考虑后期装饰装修时荷载引起的变形。通过计算，使起拱高度达到 70 mm。同时，审查施工方案的钢结构加工焊接、拼装和吊装安装的质量安全控制措施情况。

1.4 专项施工方案论证

按照推广应用十项新技术的要求，本项目的钢结构工程属于推广应用新技术、新工艺。施工安装的高度是75.56 m，属于危险性较大的分部分项工程，按照相关规定，本施工方案必须经过专家论证。监理工程师参与了专家论证，同时对方案中的编审程序、工程质量措施、安全生产的技术措施等内容进行审核。对连廊一及连廊二的上部吊点和下部吊点提升结构及井字梁上部吊点提升结构进行强度校核，核验提升点的强度均满足要求。

在方案论证过程中，专家提出：在提升时由于钢结构的变形（微变），若两端的连接不是活段连接，在碰口过程中的难度很大，应每端各备 1 m 左右的活节，在钢结构吊装到位后，复核该活节的尺寸并对活节进行修整，以满足最快安装的连结，使钢结构安装到位就能固定。这条建议解决了方便施工和吊装完成后的快捷连接，并且提出吊装处的钢结构利用本钢结构的支架进行加固。

2 施工过程监理的主要工作

2.1 对施工人员的资质和企业资质审查

本项目由于是工厂化加工，监理工程师严格审核钢结构加工单位的资质、质量管理体系和特种作业人员的资格。审查特种作业人员的证件时，对特种作业人员的证件与施工人员进行了逐一对照，确保加工制作钢结构的特种人员均持证上岗。

2.2 工程原材料及半成品质量控制

监理工程师对工程原材料及半成品质量进行控制，对材质证明原件进行审核，确保所提供的证明文件与进场的原材料相符合且合格。要求在材质证明文件上注明相关的使用部位、进场时间、抄件人的姓名等，保证过程中形成的资料具有可追溯性；对进入现场的原材料及半成品的外观尺寸、锚钉长度和直径、规格型号等进行检测，确保相关的数据符合设计要求，并且根据相关规定对原材料进行见证取样和送检，在复检报告合格后，方可用于本工程。对于半成品构件，做好验收明显编号标志及验收台账，台账中注明存放地点等信息，在钢结构示意图中标注构件编号，能够清晰地看到缺少的构件，也方便后期的安装选取。

2.3 加工过程质量控制

本工程焊接施工采用 CO2气体保护焊和以半自动化焊为主、手工焊为辅的焊接工艺。

监理工程师采用驻厂监理，检查所有母材的规格型号是否满足施工图纸要求。下料前先放样，保证每块材料的下料准确，同时对下料坡口、打孔及拼接的几何尺寸等进行严格的控制。检查所用的焊条、焊丝是否能满足要求，在使用前先要进行焊接试验，并且应调整好焊接的工艺参数，即焊接电流、电压及焊接速度等一系列参数。

在焊接过程中监理工程师进行全过程检查，要求严格按照焊接操作规程实施焊接。工厂焊接时大部分采用自动焊接，质量比较稳定，但是构件焊接容易变形，变形直接影响到后期的安装质量，控制焊接变形是控制质量的关键环节。在焊接中为了预防变形，采用专用的组装模板操作台，临时加活杆焊接固定在腹板处，以及对母材的焊缝两侧 100 mm 范围内进行预热等措施。监理工程师采取逐次全数检查构件的质量，对变形不符合要求的构件采用H钢机械进行矫正，直至合格。

2.4 半成品进场验收

由于该工程的钢结构是以工厂化加工的形式并且在现场组装，因此对进场材料的合格证、检验报告以及加工成型的半成品，组织各参建方进行联合验收。出厂前对预拼装的构件进行标识，以后安装时方便找相应的构件，避免构件错误连接。对“T”字型、“+”字型、“口”字型和“H”字型等断面的结构尺寸进行复核，尤其是对两两相连构件的几何尺寸以及接触坡口的大小位置等部位进行复核。在安装以前必须进行先拼装校对；位置都能准确后进行预拼接，主要是对加工过程中的变形和位置不准确引起的误差进行提前调整，确保该构件在组装过程中能够准确拼装。

2.5 现场拼装

现场拼装前，监理工程师对现场支墩的位置和标高进行复核。因为该结构的跨度较大，中部支墩标高应满足起拱要求。起拱的主要原因是，吊装时消解钢结构自重引起的变形和后期装饰装修过程中的荷载产生的挠度变形。在现场拼装时，首先要复核构件的位置是否准确，组装过程的连接处的位移偏差是否满足要求，并对焊缝的饱满度、夹渣等进行质量控制；其次对组装时的每一个焊接部位的观感进行全数检查，并通过探测仪对每个焊缝进行探伤，保证所有的焊缝均合格；最后检查连接构件的喷砂除锈和涂刷质量是否满足要求，钢结构的锈蚀直接影响钢结构的质量和使用年限，而构件的喷砂除锈和涂刷质量又是容易被忽视的，所以监理在检查中必须加强构件的除锈和涂刷质量。

2.6 钢结构的提升控制点

本次采用柔性钢绞线承重、提升油缸集群、计算机控制、液压同步提升新原理，实现超大型构件超高空整体同步提升。根据施工方案要求，首先应要求施工单位的施工组织人员召开提升前的交底会议，监理人员参与，会议中对相关的提升指挥管理、提升步骤、提升关键点的处理以及遇到紧急情况的处理等内容均交代到位，同时明确职责分工。其次，在提升过程中必须严格按照方案要求完成提升，即：第一次提升 0.2 m 后，停 24 h 后观察无变形且满足要求后，进行第二次提升；第二次提升高度为 2.5 m，再停 24 h 后，观察无变形后进行整体提升，不允许有随意提升的行为。再次，在提升过程中每 3 m 应停止提升并进行检查，用测距仪测量其距地面的高度，保证钢结构在提升过程中的平稳。由于四个油缸所提升的重量不一致，导致钢结构提升的高度会出现一些偏差，因此在提升过程中用测距仪测量来控制整体平衡比较慢。监理工程师通过观察发现，钢绞线的导筒是很好的参照物，通过观察钢绞线在导筒的位置可以达到控制提升平衡的效果。因为观察钢绞线在导筒中的位置偏向某一侧，说明钢结构提升不平衡，若四个点的提升高度出现不同步，应采用单个油缸的提升来确保钢结构的平稳。通过观察实现施工安全目标，比较方便，也加快了钢结构的提升速度。

在钢结构提升到顶点时，应及时连接最上面四个点和最下面四个点，以确保钢结构免受高空风力引起摆动的影响。固定完成后，开始联结焊接。

2.7 钢结构连接质量的控制

连廊一纵向是 2 道梁组成的钢结构桁架，连廊一提升点的变形较少。连廊二是纵向 3 道梁组成的钢结构桁架，端头每层有 3 个梁节点，而连廊二端头的中间连接点钢梁变形较大，主要是由于吊点在两边、中间处产生的挠度所致。避免变形所采取的措施是：先提升至端头两边连接的高度；两边连接后开始下落，再连接中间端头节点。这样也使三点的受力较均匀，确保使用的安全。包括井字梁每边的连接也是这样处理。监理工程师及时检查连接处的位移偏差，要求其连接正确就位方可开始施焊。在“口”字型梁连接处的焊接应在上口处先不封板；待连接处四周连接且焊缝检测合格后，才可封上口板。

钢结构梁在连接焊接中对柱的预埋件的焊接变形要加以控制，在焊接中每次焊接长度不宜过长，不超过 2 cm，若焊接过长会引起对柱中连接件的变形翘起。对混凝土中预埋铁件钢板翅起的部位，应采用环氧树脂进行灌入，确保连接件与混凝土表面的粘合性。

2.8 对钢结构的防锈、防冻和防火涂料的监理检查验收的要点

钢结构在出厂前已经进行了除锈。该项目钢结构的除锈等级为 Sa2½，喷砂除锈全部构件，在出厂前全部除锈完成且先刷环氧富锌底漆。监理工作要求对所有构件的除锈和刷漆进行全面检查。若有一处生锈，则可能会从生锈的地方开始锈蚀，对结构产生影响。因此，发现有遗漏现象必须返厂重新除锈处理，且要求对漆膜的厚度进行测量。对防火涂料的涂刷，监理按照同时控制涂刷遍数及厚度的原则，确保每处都不能生锈，且涂料涂刷厚度也能够满足要求。对在高空拼接完成的节点，监理进行全数检查，确保除锈和涂刷符合要求。

3 工程的实施效果

3.1 工法先进性

本项目钢结构的提升采用计算机控制液压同步提升技术及柔性钢绞线承重、提升油缸集群、计算机控制、液压同步提升新原理，整体提升到预定位置安装就位。该项技术是一项新颖的构件提升安装施工技术，实现了大吨位、大跨度、大面积的超大型构件超高空的整体同步提升。

本工程案例证明了大型钢结构工程整体提升工艺的适应性和先进性，也越来越多地被施工企业和业主所接受。这次在中银大厦项目上的应用，对业主来说也是建设工程施工工艺上的一个亮点。

3.2 质量保证，安全可靠，工期缩短

（1）质量保证。在地面上直接把连廊拼装成为一个整体，在提升过程中基本没有改变连廊结构的设计受力状态，施工质量可以保证。

（2）安全可靠。主体的主要施工过程在地面进行，安全防护措施的投入相应减少。提升过程通过微机控制，整体提升。提升过程的各种工况均经过结构设计软件校验，采取一系列措施保证施工的安全可靠性。

（3）工期缩短。在地面利用汽车吊对连廊井字钢梁进行拼装，避免利用大型起重设备，作业人员、工具不用在超高空进行作业，增加了工作效率。若在高空实施组装，工期最少需要 180 d，还存在高空作业的安全隐患；而地面施工整体提升的安装实际工期为 100 d，节约工期 80 d，为提前完工奠定了基础。

3.3 经济性

钢连廊和井字钢梁采用整体在地面拼装的施工工艺，人工增效效果明显。不用长期配备高空作业的大型起重设备，只需吊车能满足钢结构的地面拼装施工即可，机械台班费用可大大降低；相比搭设各种脚手架施工、利用大型起重装备，在其他常规措施费用相同情况下，专项措施费用减少；同时因工期缩短可降低一部分成本，因此总体从经济性上来讲比较合理。