浅论复杂钢结构工程质量管理要点<br/>——以某游乐设施项目钢结构工程为例

浅论复杂钢结构工程质量管理要点
——以某游乐设施项目钢结构工程为例

2022-11-25费建华上海凯悦建设咨询监理有限公司上海200032

建设监理 2022年7期

费建华（上海凯悦建设咨询监理有限公司，上海 200032）

0 引言

随着我国城市化进程的加快推进，建筑行业进入了更高质量的发展阶段，在城市规划、建筑建造和运维方面都提出了新的发展理念。城市在不断扩张的过程中，更加注重建筑的土地利用率、结构安全和抗震、建筑造型、绿色环保及效率等方面。由于建筑钢结构具有高强度、抗震性能好、相对自重轻、装配方便及占地面积小等优势，大量被高层建筑、大空间大跨度建筑、异形建筑及工期较短项目所采用。根据世界钢铁协会发布的《世界钢铁统计数据2021》的统计结果：2020年全球粗钢产量已经达到18.18亿t，其中中国粗钢产量就占到56.7%；世界钢材总消耗量达到17.72亿t，中国钢材消耗量占比56.2%。可见，中国已经是世界上最大的钢材生产和消费国。世界钢铁协会总干事埃德温·巴松提到：“钢铁工业既是全球经济发展的核心，也是现代社会可持续发展的核心。”在这个大背景下，钢结构在建筑方面的应用只会越来越广泛，复杂钢结构的应用也将是建筑钢结构向高附加值方向发展的必然结果。由于复杂钢结构的自身特性，我们在看到钢结构建筑各种优势的同时，也应当注重复杂建筑钢结构建造过程中的质量控制，如此才能最大化地发挥钢结构的优势，保证建筑各项性能的发挥。

1 复杂钢结构工程的定义

在对钢结构工程的分类中，并没有关于复杂钢结构的明确定义。复杂与否是一个相对的概念，通常结合建筑造型、建筑高度、钢结构的总用钢量、空间结构、节点型式及施工条件等进行综合考量。通常认为，建筑体量较大、空间结构较为复杂的钢结构工程，即可定义为复杂钢结构工程。例如，广州市城乡建设委员会2011年4月14日发布的《关于明确我市部分复杂和大型房屋建筑、市政工程项目规模的通知》（穗建筑［2011］360号）中明确，以下钢结构工程为复杂和大型钢结构工程：跨度大于40 m及以上的钢结构工程、总重量2 000 t以上的钢结构工程、单体建筑面积30 000 m2以上的钢结构工程、边长100 m以上的网架工程、总重量400 t以上的网架工程及建筑面积8 000 m2以上的网架工程。这个定义可以作为参考。对复杂钢结构工程进行定义的目的在于使工程管理人员对该类钢结构的复杂性有充分认识，以便在质量、进度、造价和安全控制等方面采取更有针对性的方案和措施。

2 工程概况

2.1 钢结构工程概貌

某游乐设施钢结构工程（以下简称“本工程”）占地11 000 m2，为单层建筑，采用钢框架中心支撑结构体系。建筑外形尺寸为110 m×80 m，结构高13.2 m（不含部分11 m左右的局部高耸结构），结构安全等级一级，抗震设防类别乙类，建筑耐火等级二级。所用钢管、H型钢、板材为Q355B，所有非镀锌连接的高强度螺栓性能等级均为10.9S级，连接方式均为摩擦型。工程总用钢量约为2 500 t。

2.2 钢结构工程特点

2.2.1 空间结构及节点复杂

本工程中，游乐设施项目钢结构既需要创造出建筑的高大空间，同时还需要满足演出布景、灯光效果、各专业机电及骑乘设施等专业性要求，此外，还要满足运维期间检修的要求。因此，游乐设施项目钢结构空间结构较为复杂，进而也带来了复杂的各类节点。

2.2.2 构件类型和数量多

主钢和次钢构件主要包括主框架柱、梁、斜撑、隔墙梁、柱、夹层、楼梯及平台、马道、雨棚、设备底座、设备支墩、地脚螺栓及埋件、屋面钢构、屋面造型次钢及墙面造型次钢等，构件数量达到11 000余件之多。

2.2.3 螺栓连接节点多，螺栓孔加工和安装精度要求高

各类柱梁之间主要采用螺栓连接，由于种类和数量都较多，空间制约关系复杂，螺栓孔加工的质量直接影响了安装的精度。

2.2.4 安装定位难度大

安装过程中，由于空间结构的复杂性，构件多而杂，往往一个构件安装的精度不足就会给一组构件安装带来麻烦，进而影响整个钢结构安装，因此，对测量定位的要求非常高。由于大量构件安装在游乐设施场景内进行，给安装定位带来了更大挑战。

2.2.5 与其他专业交叉较多

游乐设施钢结构除了自身结构的复杂性外，还有大量构件预留给演出布景、机电安装、骑乘设备、特效灯光及装饰专业使用。其他专业的使用要求给钢结构的安装设置了较多制约因素，对钢结构安装提出了更高要求。钢结构需要根据其他专业的要求进行深化，深化的工作量较常规钢结构工程多出很多。

3 质量管理要点

3.1 进场钢材复验标准

GB 50205—2020《钢结构工程施工质量验收标准》第3.0.4条规定，进场的原材料应进行进场验收，凡涉及安全、功能的原材料应按规定进行复验，并应经监理工程师（建设方代表）见证取样送样。在实际工程管理中，对于需要复验的钢材种类及数量一直较为模糊。对于构件种类较多的复杂钢结构来说，由于构件的规格较多，单规格的数量却较少，如果不能合理地确定钢材复验的要求，不仅会给工程质量埋下隐患，也会增加不必要的检测成本。GB 50205—2020《钢结构工程施工质量验收标准》在GB 50205—2001《钢结构工程施工质量验收规范》的基础上，针对钢材复验问题，有了更明确的规定。其中，第4.2.2条对于六种需要进行复验的情况做了明确的规定，并在该标准附录A（钢材复验检测项目与检测方法）中对钢材质量合格验收的要求和钢材复验检验批量标准值进行了明确的规定，为工程进场钢材复验提供了准确的依据。实际工作中，对于六种情况中的“板厚不小于40 mm，且设计有Z向性能要求的厚板”应特别关注，要结合设计文件要求进行准确判定，以免漏检。

3.2 焊接工艺评定要求

由于钢结构加工和安装完成后，不可能对已完成的焊接节点进行实体取样，为了保证焊接节点的质量，应在钢结构制作和安装焊接作业前进行焊接工艺评定，焊接工艺评定是对钢结构焊接质量进行间接控制的重要措施。在复杂钢结构工程当中，因为钢材规格和焊接节点型式较多，对于哪些焊接工艺评定一定要做，哪些可以免于评定，以及焊接评定替代等问题，容易出现混淆。

GB 50661—2011《钢结构焊接规范》对于以上容易混淆的问题进行了明确规定，应当在实际工作中准确把握，予以严格控制。比如，所谓免于焊接工艺评定，就是把符合规范要求的钢材种类、焊接方法、焊接坡口形式与尺寸、焊接位置、匹配的焊接材料及焊接工艺参数规范化，对于符合这种规范化的焊接工艺规程和作业指导书的，施工企业可以不再进行焊接工艺评定。当然，这对施工企业的技术实力提出了一定的要求，要求施工企业具有将焊接工艺进行程序化和标准化的管理能力。

在实际工程中，焊接工艺评定还有一个较为普遍的问题，就是工艺评定报告的制定与现场实际焊接施工的割裂，形成了一种为了工艺评定而工艺评定的形式主义，工艺评定报告脱离了指导现场实际焊接作业的功能。为此，在实际工程质量控制中，既要按照规范要求制定焊接工艺评定报告，更要按照工艺评定报告的要求，对现场实际焊接作业进行控制，以回归到报告指导施工的正常轨道上来。

对于复杂钢结构来说，由于焊接节点较多，应更加尊重工艺评定报告的严肃性，否则将很难控制好复杂钢结构的总体焊接质量。

3.3 复杂钢结构加工

3.3.1 钢结构加工单位的选择

钢结构工程主要包含钢结构加工与安装两个阶段，钢结构加工质量的高低直接决定了安装施工的难易和安装质量的好坏，因此，钢结构加工单位的选择，对于钢结构工程的总体质量管理具有决定性的意义。目前，随着国家环保整治力度的加强，钢结构加工企业分布形成了从市区到郊区，从发达地区到次发达地区转移的现状，这给优质钢结构加工单位的选择带来了一些新的问题。优质加工单位订单超过产能而导致管理出现薄弱环节，能力较弱的加工企业由于订单缺乏而导致管理能力继续下滑，从而也导致加工外包现象普遍出现。复杂钢结构工程由于钢结构加工具有较大难度，没有优质的加工企业承担加工任务，必然会给工程质量、进度和造价埋下巨大隐患。同时，游乐设施钢结构具有构件类别多而单类别吨位低的特点，许多有能力的加工企业不愿承担该类项目。因此，建设单位、总包单位应认真关切加工单位的选择，监理单位也应协助建设单位把好加工单位的选择关。

在对加工单位的选择过程中，除了对加工单位的资质进行审查外，还应对加工单位的质量、安全和环境三体系进行资料和现场检查，了解企业的真实管理水平。要重视对加工企业的现场考察，以了解加工企业的厂房仓库状况、产能、设备状况、试验室管理状况、技术和生产管理团队状况及市场声誉等情况，并形成完整的考察报告。

3.3.2 加工方案的编制与审查

钢结构加工方案是钢结构加工的指导性文件，体现了加工的组织管理、进度管理、质量管理及包装与运输管理。复杂钢结构工程，其加工方案的可行性是确保其加工质量的关键因素之一。在对加工方案的审查过程中，应当重点关注原材料试验检测计划、加工过程隐蔽工程验收程序、加工构件规格型号和数量的核对、原材料的管理制度、加工质量控制措施、构件编号的规则、加工图纸的审查与管理、加工顺序与现场安装顺序的对接及验收资料形成等方面的内容。

3.3.3 驻厂监造

对于复杂钢结构工程来说，一旦开工，各工序及工作之间将紧密衔接，钢结构加工的质量和进度对现场钢结构安装和整个建设工程来说都是牵一发而动全身的因素。一个小构件的质量和供货问题，可能会导致现场后续工作的无法进行，或者给后续安装工作埋下巨大隐患。为此，复杂钢结构的加工过程中，落实驻厂监造制度，是杜绝以上隐患的最有效措施之一。钢结构的监造团队，最好由工程总包单位、钢结构专业分包单位和监理单位（建设单位代表）组成，这样既有利于钢结构专业工作的管理决策，也利于整个建设工程的管理决策。监造团队应当将项目管理的质量流程复制到加工厂，保证出厂的构件即为合格的构件，避免返厂返修。通过有效的驻厂监造，本工程的11 000余件构件，无一进行返厂返修，均能够顺利安装，满足了规范和设计要求，在工程进度的推进和质量的保障中发挥了重要作用。

3.3.4 模型和深化图与加工图的对接

在复杂钢结构工程项目中，BIM模型的应用已经逐步成为常态。BIM模型在复杂钢结构加工阶段的应用效益已经凸显出来，在异形结构和特殊节点的数字化加工方面提供了较大技术支持。在大型复杂钢结构工程项目中，普遍采用了BIM模型正向出图的深化图管理模式，而钢结构深化图通常直接转化为钢结构加工图。如此一来，从模型到深化图再到加工图，中间的对接环节就显得非常重要，稍有失误就会造成系统性的差错。钢结构加工厂的技术管理人员和驻厂监造人员，应当加强对模型、深化图和加工图审批流程的完善性的确认，确保加工图的正确性。

3.4 复杂钢结构测量定位

对于常规钢结构来说，在建筑轴线及柱网中心线的测量精度达到要求后，总体安装精度基本在受控范围内，然而对于复杂钢结构来说，做到这些还远远不够。对于游乐设施项目钢结构来说，由于其涉及大量的异形主钢和次钢，空间结构复杂，关联构件和设施较多，会给测量控制带来更大挑战。

钢结构的测量，理论上包含建筑物绝对位置的测量控制和建筑物内构件相对位置的控制。通常有两种控制路径，一条路径是建筑物总体轴网由绝对坐标控制，建筑物内构件采用轴网的相对坐标进行控制；另一条路径是建筑物轴网和建筑物内构件均采用绝对坐标控制，即坐标控制法。对于空间结构较为复杂、构件数量较多的钢结构，采用坐标控制法具有更高的可靠性。

游乐设施等复杂钢结构项目测量控制，还应关注以下几个方面：

（1）在做好构件空间绝对位置控制的同时，确保各施工工序之间相对位置精度的控制，确保总体安装精度符合规范和设计要求；

（2）对于复杂空间结构，必须充分考虑侧向风力、环境温度、日照以及施工塔吊等因素对安装精度的影响；

（3）对于复杂空间结构，高空架设仪器及棱镜均较为困难且稳定性差，需针对性设计适用于本工程的测量辅助装置和设施，以满足测量操作及精度控制需要；

（4）需在充分考虑构件加工制作误差、工艺检验数据、测量及安装误差、各类变形数据（如光照、温度、沉降、焊接等）的基础上制订钢结构安装控制方案，并根据施工中实时反馈的实际监测数据，及时调整和制订阶段性控制细则；

（5）游乐设施项目马道及外立面钢结构高低错落，外形复杂，安装过程中应注重坐标控制点的选取和跟踪精度。

3.5 复杂钢结构螺栓连接

本工程中，由于次钢结构和小型异形结构数量占比较大，螺栓连接的数量也较多。本工程的连接螺栓主要选用了10.9级和8.8级摩擦型高强螺栓，有扭剪型和大六角型两种类型。

钢结构节点连接有焊接连接、螺栓连接及栓焊连接三种形式。焊接连接有探伤等客观的检测手段进行检测，而螺栓连接主要是采用扭矩控制的方式进行质量控制。扭矩的控制受人为因素的影响较大，因此应高度重视螺栓连接质量的控制，做好如下几个方面的工作。

（1）做好高强螺栓连接副的进场检查工作，确保高强度大六角螺栓连接副带有扭矩系数检验报告，扭剪型高强度螺栓连接副带有紧固轴力（预拉力）检验报告。

（2）按照规范要求复验高强度大六角螺栓连接副的扭矩系数和扭剪型高强度螺栓连接副的紧固轴力（预拉力）。

（3）核实现场构件摩擦面抗滑移系数试验报告。

（4）对于扭剪型高强螺栓，除非因为构造原因（有些部位无法施扭），均应确保将尾部梅花头拧断。对于所有未拧断的扭剪型高强螺栓，应按照规范比例要求采用扭矩法或转角法进行终拧并做好标记。

（5）对于大六角高强螺栓，应当根据复验后的扭矩系数，做好终拧值的计算，并做好安装过程中初拧和终拧的控制且做好记录。

（6）按照方案制定的顺序施拧，保证终拧后螺栓丝扣外露2扣～3扣。

3.6 复杂钢结构防火施工

钢结构具有强度高和相对质量轻等天然优势，但也有耐火性能差等不足之处，因此防火是钢结构的重点之一。游乐设施是人员密集场所，运营期间属于重点消防单位，其防火要求较常规项目更高。此外，由于游乐设施项目钢结构具有自身的特点，对钢结构防火的施工提出了更高的要求，例如，在演出布景和骑乘设备进场后，场景内应满足无尘要求；由于空间结构复杂，异形结构和小型结构较多，给许多部位的防火涂料施工造成较大难度；游乐设施机电安装内容较多，大量的吊支架需要在钢结构上生根，增加了钢结构防火施工的难度。这些特殊性，都要求施工单位针对游乐设施项目制定有针对性的钢结构防火施工方案，保证防火施工一次成型，一次合格。