无锡市某工程大跨度、超厚板钢结构工程监理总结

钢结构工程概况无锡市某工程位于无锡新区**河湿地以东、**大道以西、**路以北、**路以南。一期工程地下一层，地上二层，一层为门厅、展厅、餐饮及部分设备用房。6m标高夹层处为贵宾休息室及空调、配电用房。二层为门厅、展厅、餐饮、部分设备用房和卸货平台。二层以下为钢筋混凝土框架剪力墙结构。二层以上（即屋盖）为大跨度钢桁架结构。建筑最大标高接近30m，檐口标高21.456m（低侧）、27.042m（高侧）。整个钢屋盖由25榀单片“鱼腹型“桁架组成，桁架上弦为曲型变截面箱型截面构件；桁架只有竖直腹杆，亦为箱型截面杆件；下弦呈弧形，由三块钢板及肋条叠合焊接而成。钢结构单榀桁架跨度114米，最大矢高6m，最大重量接近230吨。桁架之间有6m和15m两种间距，桁架上弦通过檩条及支撑相连，并且支撑于两侧的“#”字型钢柱上，两边各悬挑9m和10.5m。低侧钢柱柱脚坐落于标高+11.80m楼面上，高侧钢柱坐落于基础上（-0.100m）。整体结构新颖清晰，空间富于变化，主立面韵律感较强、尺度适当，建筑造型简约大气。二、主体钢结构方案定位1、钢结构施工安装方案的论证确定由于标高+6.000m夹层、+11.90m砼楼面在钢结构施工时已经施工完毕，致使会展中心的内部作业面受到限制。本工程钢结构总量接近10000t，施工工期要求仅为两个月。为此，钢结构施工方案应考虑以保证工程的施工安装质量和工期目标的实现。原投标文件选择液压滑移方案，拟高空散拼完成后采用带柱滑移方案。因设计大面积变更，单件构件重量大大增加，使得制作和拼装阶段工期延长。原本的滑移施工周期同步滞后，而工期并没有得到延长，所以原滑移方案已经不能满足现场施工工期要求，必须更换更为有效的施工方案。经建设单位多次协调、协商，最终确定采用跨外吊原位高空散拼方案，由于不需要定点拼装滑移，所有的单榀桁架拼装在进度方面由关键线路转变成一般普通线路，进行主体钢结构安装施工进度大大加快，主要为桁架安装分别采用400吨（西面）和320吨（东面）履带跨外吊，从东西两边往中间依次高空原位拼装。最后一段桁架安装用400吨和320吨履带吊高空抬吊安装，桁架从两端往中间依次安装。但本方案措施费用有所增加。2、制作过程中的超厚板焊接难题攻关本工程钢结构构件材质主要为Q345B，其中大部分为(60-130mm)中厚板，对接处最大板厚为140mm，为保证焊接质量，监理部特针对超厚板焊接制定专门的施工焊接方案认真审查，并通过焊接工艺评定合格后方可同意实施。中建钢构制定的厚板焊接工艺评定方案审查如下：（1）预热:根据《建筑钢结构焊接技术规程（JGJ81—2002）》，当板厚大于35mm时，需要对母材进行焊前预热，常温下预热温度为60℃左右。预热的加热区域应在焊接坡口两侧，宽度应各为焊件施焊处厚度的1.5倍以上，且不小于100mm；预热温度在焊件反面测量，测温点应在离电弧经过前的焊接点各方向不小于75mm处；预热热源采用氧──乙炔中性火焰加热。（图1）（2）层温:焊接时，焊缝间的层间温度应始终控制在85℃──110℃之间，每个焊接接头应一次性焊完。每个焊工都应配备测温笔（工长还应配备测温仪），施焊前，注意收集气象预报资料，当气候恶劣而无法保护时应放弃施焊。若焊缝已开焊，必须抢在恶劣气候来临前，至少焊完板厚的1/3方能停焊，且严格做好后热处理，记下层间温度。（3）后热与保温（适用于寒冷天气情况下）：为了保证焊缝中扩散氢有足够的时间逸出，避免产生延迟裂纹，焊后必须进行后热处理，后热温度为200℃~250℃，测温点必须选在直接加温处的相对部位,严禁在直接施热部位测试。达此温度后用多层石棉布紧裹，保温的时间以接头区域、焊缝表面、背部均达环境温度为止。（图2）（4）针对超厚钢板焊接位置，为减小超厚板焊接过程中的残余应力和变形，本工程采用跳跃式接头焊接，下图中椭圆内为焊接接头，数字为焊接顺序。通过实践证明这种焊接顺序是非常合理的，并且安排焊接技术较好、经验较丰富的焊工进行施焊。（图3）（5）由于板材超厚和应力过于集中的实际情况，原来24小时后的探伤工作经监理公司总工、专业监理工程师和中建钢构技术人员研究后决定延长时间至36小时后进行，使残余应力和氢元素的充分扩散。探伤检测变得更为准确，更能避免后续应力导致的缺陷问题存在。焊接工艺评定经历连续20个小时的操作结束，采取全程旁站监督，保存了极为重要的过程数据（如焊接参数、预热温度、持续时间等），便于在正式施工中监督检查针对超厚板材的焊接工艺执行情况。3、卸载方案主桁架跨度达到114米，两边悬挑为10.5米、9米，矮跨柱采用-90mm厚钢板与主体混凝土结构连接，因此在卸载过程中需要考虑的影响因素比较大。首先，考虑温度影响因素，其次，一端柱固定，另一端可动；第三，胎架位置卸载顺序对主桁架的影响。针对上述三种主要影响因素，专业监理工程师签发专题联系单，要求中建钢构在这些影响下编制卸载方案。通过编制过程中的日常沟通协调，制定了三套卸载方案，根据现场环境情况分别灵活运用三套方案。（1）、设计要求当温度在18±3度的环境下，单榀桁架的卸载累计下沉量控制在130mm以内。由于正值夏季，气温远远高于18度，考虑会不会由于气温的影响导致卸载下沉量的扩大而超出设计要求。针对这个难以解决的现实问题，只能选择夜间施工，争取在环境条件上更接近设计要求。（2）、矮跨柱与筒体接连、高跨柱独立，形成一端刚接一端铰接的典型形式。卸载下沉时由于标高降低，单榀桁架相对长度增加，铰接钢柱垂直度无法保证。对于这个问题，选择铰接钢柱反向预偏解决。而对于这个预偏数据大小的问题又经过反复计算论证，最终确定往西10-15mm的偏差量，事后证明是有一定效果的。（3）、胎架的卸载顺序对下沉量也有影响，选择一个好的卸载顺序很重要。在方案确定期，专业监理工程师书面要求中建钢构必须先进行模拟试验，且需根据实际工况多方案编制，以满足各种情况变化下及时调整方案。最终结果证明同步最为有效可控。三、钢结构制作期监理工作本工程的结构形式复杂，特别在制作阶段箱梁内部结构千变万化，结构隔板和工艺隔板多且杂，各个方向都有隔板存在。所以制作期是本工程钢结构主体的重点，针对本工程编制的专业监理细则特别详细规定制作期的监理方案。根据监理细则的要求，在制作期监理工作分如下步骤：1、钢材选用特殊，特别是超厚板材选用Q345B，且部分有Z向性能要求。工程对钢材要求高，问题决不能出现在原材料阶段，故书面特别要求所有钢材不管厚度全部复试，并由驻厂监理人员指定选取，确保取样的有代表性和真实性。取样完成由监理人员现场签字封样后送至专业检测中心复试，在得到确认合格后使用。（图4）2、下料阶段的监理工作。深化设计已经明确每种零件的具体尺寸，监理项目部派驻人员定期抽查下料零件的实际尺寸，并做好记录数据。发现问题及早解决，避免进入下一道工序。3、组装阶段的监理工作。要求派驻厂家监理人员全数检查，对于每一个零件的尺寸和厚度进行检查。重要的结构隔板重点检查，一般工艺隔板则只抽查大概位置，能够起到设计的工艺要求。4、焊接阶段的监理工作。本工程的难点就在焊接阶段，将已经确定的焊接工艺评定方案运用到实际制作中去。在总监的指导下选派有焊接专长监理人员，针对几种超厚板的焊接施工不间断旁站监理，编写每次的旁站监理记录。重点记录预热、后热保温、焊接人员工号、焊接参数。对于焊接技术成熟的60mm以下厚板则只采取常规抽查方式检查，只要探伤合格则可通过验收。参与施工焊接的焊工，在监理组的要求下，在有资格的焊工中展开考试，合格人员方可参与重要节点的焊接任务，其他普通焊工则只准安排在普通部位施焊。在人员方面抓紧施工质量的前期保证。（图5）制作过程中超厚板焊接的变形量较大，对于此现象，我监理人员及时下达不予验收，不予进入下道工序施工的决定，要求立即整改，必须完全消除变形量后方可继续施工。施工单位技术人员钻研矫正的几种方法，除了采取火焰矫正和配重矫正之外，及时调整焊接工艺也是一项重要的措施。首先，选择优秀的焊工专门焊接关键部位，普通焊工派往其他要求不高的熔透焊；其次，加强管理控制焊时层间温度控制，防止冷热不匀使变形量增大；调节自动焊机参数，边施工边实验性质，当一台效果比较显著时则统一推广应用。在这三点的共同改进下，变形量得到明显控制和减少，最终使得整个超厚板的焊接环节圆满成功。同时派驻的监理人员对待每一道超厚板全溶透焊缝均使用靠尺检查，严格控制变形量，一旦发现超出则不予进入探伤环节并要求部分整改，根据变形量的大小确定整改深度。5、预拼装阶段的监理工作。本工程在最初施工组织设计阶段，当确定采用跨外原位高空散拼方案后，对单榀钢桁架进行了分段，普通位置一般将上弦分为7段、下弦分为4段。对于箱型梁来说预拼装是极为重要的一个环节，一点矩形方面的误差都会被肉眼察觉，不但影响到现场高空对接，主要还违反了国家强制性规范，是绝对不容许的。主箱梁分段多、错边要求量小，故在预拼装阶段应是制作阶段的重点工序。监理组意识到这一点后，由专业监理工程师对驻厂监理员着重进行了技术交底，并绘制检查项目表格，要求监理人员对整个预拼装阶段进行全程旁站。专业监理工程师也定期前往制作厂家进行仔细检查、旁站工作，发现遗漏检查项目立即增加。监理员填写的记录数据及时反馈给专业监理工程师，在对应的构件进场后又予以复查，以确定构件在装、卸车和运输过程中没有其他意外变形情况发生。四、安装期监理工作本工程的现场安装监理工作主要在于常规数据复测、拼接错口检查工作、零部件的缺失情况、焊接参数的记录工作、第二方探伤检测抽查复查工作，最主要的还是主桁架卸载下沉数据的监控记录。1、常规数据复测。常规数据指埋件定位、钢柱垂直度、桁架轴线位置、箱梁侧向倾斜偏差，利用常规测量仪器进行有针对性的测量工作。做好平行检查记录，一旦发现有超规偏差现象，即联合施工单位重新复测，证实偏差后要求整改到位。2、拼接错口检查。矩型箱梁现场对接口错边比较常见，在制作焊接和运输安装过程中不可避免的产生变形。监理人员针对此问题必须登高逐个进行检查，做好错口位置、错口量记录，随即发出整改要求通知。写好平行检查记录，并在整改完成后复查结果。（图6）3、零部件缺失检查。主桁架辅助和结构用零部件较多，同一部位板材厚度也有区别。和错口检查一样，必须登高逐个检查，做好平行检查记录。（图7）4、焊接参数记录。焊接参数记录只采取定期抽查方式进行记录，在利用焊接工艺评定同时记录好标准焊接参数，对照实际施工中选择的焊机参数。参数的记录有利于超厚板焊接过程中变形的控制，防止日后不可挽回的永久变形。做好平行检查记录。（图8）5、第二方探伤检查复查。第二方探伤工作一律在焊接完成36小时后进行，特别是下弦超厚板对接焊接需要隐蔽，探伤工作显得很重要，一旦有遗漏疏忽不易被发现。监理人员采取旁站抽查探伤过程方式复查，记录好超声波段的大概变化情况，独立判断焊缝内部的缺陷。疑难问题则及时将超生波段变化通报第三方探伤单位联合会诊，如有问题即返工整改。在探伤检测合格后，方可进入隐蔽施工阶段。（图9）（图10）6、卸载。114米跨度钢桁架的卸载工作极其重要，确保下沉量符合设计要求。由于未采用电脑同步控制程序，纯人工指挥操作，误差量肯定比电脑同步控制量大。故在卸载前的技术安全交底和操作指挥必须到位，专业监理工程师签发联系单要求进行全面的技术安全交底，监理人员旁站监督记录。完善了技术安全交底后，监理人员全程旁站，做好旁站记录，详细记录卸载过程各种数据，如施工总持续时间、每一个循环持续时间、参与人数等，最重要的下沉数据必须在每一个循环后记录详细，卸载完成后跟踪继续记录24小时，直到稳定。（图11）（图12）五、总结本工程钢结构现场安装情况，钢柱垂直度控制在±8mm以内、桁架垂直度±5mm、各结构测量坐标±8mm以内、拉杆精度±3mm。25榀桁架共分8个单元