确保高层组合结构劲性钢柱高精度安装

确保高层组合结构劲性钢柱高精度安装中铁建工集团唐山香格里拉大酒店项目部QC小组

唐山香格里拉大酒店工程位于大里北路与长虹道交口，由24层塔楼及4层裙房组成。塔楼地下一层，地上24层，建筑高度111.795m,总建筑面积103030㎡。工程为集团公司重点工程，质量目标为确保“安济杯”，争创“鲁班奖”。一、工程简介塔楼高24层，自地下一层至小屋面局部设置型钢混凝土柱；自三层起至机房层（一）局部设置型钢混凝土梁。钢柱及钢梁翼缘板采用焊接连接，腹板采用扭剪型高强螺栓连接；钢柱翼缘板厚度为34或36mm，腹板厚度为34或36mm。一、工程概况制表人：李明2011年11月中铁建工集团唐山香格里拉大酒店项目部QC小组成员表

表1三、选题理由（1）理由之一：本工程采用的型钢混凝土组合结构，结构施工难度比较大。随着我国经济的发展，型钢混凝土组合结构以其承载力大、刚度大、抗震及防火性能好、结构局部和整体稳定性好、节约钢材等优点，被建设部列为重点推广的建筑业新技术之一。目前，在推广应用型钢混凝土组合结构过程中，设计尤其节点设计及施工环节仍有大量的问题未得到解决，组合结构的设计及施工技术仍处在不断地摸索和完善的阶段，有进行科技创新及QC攻关的需要和价值，展示中铁建工集团的施工技术创新和攻关能力。

选题理由（2）由于梁钢筋通过焊接套筒与劲性钢柱连接：钢筋下料长度若大于两个钢柱之间的理论距离，会导致钢筋无法上去；钢筋下料长度若小于两个钢柱之间理论距离，则会导致套筒处钢筋外露丝扣太多而不符合规范要求。经分析可知：本工程梁钢筋的累计最大允许下料误差为2×3.4mm，而不是验收规范允许的2×10mm，梁钢筋下料不得有正误差。若钢柱出现水平方向的偏转或垂直度偏差较大，将导致上一层梁钢筋无法施工或质量不符合规范要求。钢柱安装的垂直度最大不得超过3.4/6600，即垂直度千分之零点五（规范要求千分之一）；同时根据计算可得，钢柱水平偏转角度不得超过2度（如下图所示）。如此的高精度安装已远远超过了国家验收规范及我公司技术标准的要求。由于上述高精度安装的要求，施工难度很大、施工速度慢（11天/层）、梁钢筋损耗严重（20％）四、现状分析

由上述分析可知，影响钢筋施工速度及质量的主要因素是由于组合结构的劲性钢柱安装精度不满足要求。对于影响钢柱安装精度的质量缺陷，QC小组在赵磊的主持下于2011年9月对唐山市3个型钢混凝土组合结构工程进行了现场调查和资料收集，共统计检查55处。经分类统计并进行分析，存在如下问题：头脑风暴法分析问题才能解决问题现状分析——帕累托图排列图影响劲性钢柱安装精度的因素如下：从排列图中可以看出，影响钢结构安装质量的主要问题是：(1)垂直度偏差大(2)水平偏转角度超标。

制图人：李明制图日期：2011年9月20日劲性钢柱垂直度偏差测量成果表表2劲性钢柱偏转角度偏差测量成果表表3(单位：度)

从上述调查表的数据得出：在QC小组活动前，钢管柱垂直度偏差超标率平均为20%左右。也就是说有20％的梁钢筋需要在现场量出钢柱之间的实际距离后重新下料后方可继续施工；再加上第一次接触这种梁钢筋与钢柱的连接方法，导致施工速度很慢，地下室平均速度为30d/层、地上标准层为11天/层。既造成材料浪费又严重影响工期。综上所述，劲性钢柱的垂直度及水平偏转偏差远达不到梁钢筋进行正常施工所需的精度。应通过QC攻关来提高安装精度。五、活动目标及可行性分析

通过QC小组成员的调查研究,结合本工程劲性钢柱的制作安装条件，QC小组进行详细研究，共同分析研究并确定了本次QC活动的具体目标：

QC活动目标劲性钢柱安装垂直度偏差≤3.4mm劲性钢柱水平偏转角度≤2度降低钢筋施工难度减少人力及物力浪费；强化质量管理，实现平均7d/层进度目标活动目标确定制图：李明制图日期：2011年11月可行性分析

我们小组成员具有良好的攻关能力和技术素质，有攻克施工难题的信心；我们拥有劲性型钢柱制作、焊接、吊装的实战经验和健全的质量保证体系，在钢结构焊接方面有一定的技术优势；本工程社会影响大，QC小组小组活动得到公司领导的支持；更换了安装精度达不到本工程要求的劳务分包，引进施工水平、管理能力强的另一家钢结构I级资质专业分包承担制作及安装任务；质量目标为确保“安济杯”，争取“鲁班奖”，必须保证施工质量。目标可行性分析:目标可以实现公司领导非常重视本项目的创优工作,QC小组成员理论及实践能力较强，具有多次QC攻关及科技创新经验。我单位此前有劲性型钢柱施工经验，拥有高效、可靠的质量保证体系，展现公司创新能力超高层钢结构安装影响因素多,情况复杂;合同工期紧,须保证工期本工程确保安济杯，争创鲁班奖。制图人：李明制图日期：2011年10月10日五、活动目标及可行性分析

2011年9月、10月两次召开QC小组扩大会议（见下图），邀请土建及钢结构劳务分包单位的专业工长及经验丰富的焊接技师和铆工掺加，采用头脑风暴法集思广益，将施工中遇到问题逐一摆出，并查找原因。根据用”5M1E”的原则,利用因果分析图列出如下图：六.影响目标因素分析拍摄人：龚琪QC小组扩大会议六.影响目标因素分析

QC小组综合讨论影响目标的主要方面如下：

针对因果分析图中的17项结果，2011年10月20日小组召开的全体会议,确认偏差大的要因，结果如下：

制图人：李明制图日期：2011年11月

要因确认表

表4-1未完待续制图人：李明制图日期：2011年10月20日

要因确认表（续上）

表4-1制图人：李明制图日期：2011年11月七、确定要因、分析要因并制定相应对策

要因及相应对策表表五八、对策实施实施一、实行劲性钢柱加工质量验收“双控”制度

出场前检查验收拍摄人：龚琪钢柱矫正拍摄人：龚琪钢柱出厂前由责任工程师及质量工程师进行第一次验收，重点检查劲性钢柱的截面尺寸、翼缘板与腹板的垂直度、翼缘板的平面图及是否存在侧弯和扭转的情况，加工精度符合要求后方可出厂；若不符合要求，则应进行矫正或返工。按照本工程的安装精度要求会同监理单位实行钢柱吊装前的第二次验收，以加强检查验收。尽管不是影响本工程劲性钢柱安装精度的要因，但出厂前还应检查钢柱的安装方向、安装部位及柱的型号等标识是否齐全和准确。为保证安装时的精度及速度，钢柱的安装中线不得采用划线、墨尺徒手画线，而应采用强度及刚度较高的划针进行划线，然后涂三角标识。

实施二、编制结合实际、合理可行“五先五后”，“四同时”劲性柱工艺流程；减少由于工序不合理而导致安装调整好的钢柱的垂直度及偏转角度的偏差加大

钢柱焊接拍摄人：龚琪钢柱焊接拍摄人：龚琪合理安排钢柱安装各工序之间穿插配合：“五先五后”，“四同时”。“五先五后”：1先安装四周钢柱，后安装中间钢柱；2先校正垂直度及水平偏转，后焊接；3先安装高强螺栓，后焊接；4(单节柱焊接时)应先焊上层梁，后焊下层粱；5(梁的焊接应)先焊下翼缘，后焊上翼缘（以减少角变形）。“四同时”：1柱一梁节点上对称的两根梁应同时施焊(而一根梁的两端不得同时施焊作业)；2柱一柱节点焊接时，两侧翼缘板同时对称焊接；3劲性钢柱两侧与焊接套筒连接的梁钢筋应同时对称对称安装(防止钢柱两侧受到的拉力悬殊导致偏向一侧)；4劲性柱内浇注混凝土时应按在垂直于腹板方向两侧同时下料和振捣。

实施三、深化焊接方案减少焊接变形对钢柱垂直度的影响：若不明确焊接顺序，焊工随意焊接可以施焊的部位，导致焊接收缩各异，结果是钢柱垂直度及水平偏转无法预控和超差。焊接顺序图细化焊接工艺,制定焊接流程，根据工程实际情况制定具体钢柱焊接反变形措施：先由两名焊工同时对称焊接两翼缘，焊缝的加强高度达到要求，焊接过程中要注意检测层间温度。焊接工艺参数按照焊接工艺评定执行。然后由两名名焊工对称焊接腹板焊缝直至完成，从腹板板口内起，引弧板比要求的超出10～20mm，不要在坡口外的母材上打火引弧。在QC小组讨论中，特别策划了垂直度、水平偏转方向的控制：必须保证与焊接收缩方向相反，即：相对核心筒而言，向外偏，控制在5mm之内，只有这样安排，如果焊接产生了收缩，才能够消除收缩变形对钢结构整体垂直度的影响。对电焊工进行反变形作业的培训和交底，经考核合格后方可上岗作业实施四、焊前、焊后进行复核，并根据措施采取对策做好劲性钢柱安装精度的过程中控制，确保万无一失。钢柱吊装就位后对垂直度及水平偏转角度是否符合本工程的高精度要求；若不符合要求，应立即重新调整垂直度及偏转角度，确保焊接前的零误差；在焊接的过程中应做好垂直度过程控制，始终用经纬仪及挂磁力线坠监测钢柱垂直度的变化情况，以便及时进行校正，见下图：

吊装就位、开始焊接前，复核垂直度及水平偏转情况，若吊装精度达不到要求，应采用挂磁力线坠与千斤顶相结合，通过强制变形调整安装精度，确保焊接前的零误差。焊接过程中经纬仪安装结束后复核安装精度焊接结束后应进行再次复核，若不符合要求，应采用火焰法进行矫正。当劲性钢柱翼缘板出现水平方向偏转的角变形：

采用“中温矫正”，温度控制在600～700℃，然后自然冷却。通火焰矫正时加热温度不宜过高，过高会引起金属变脆、影响冲击韧性。16Mn钢在高温矫正时不可用水冷却，包括厚度或淬硬倾向较大的钢材。具体做法：在翼缘板上面（对准焊缝外）纵向线状加热（加热温度控制在650度以下），注意加热范围不超过两焊脚所控制的范围，所以不用水冷却。线状加热时要注意：（a）不应在同一位置反复加热；（b）加热过程中不要进行浇水。这两点是火焰矫正一般原则。当劲性钢柱出现正弯或侧弯：

翼缘板上作线状加热，在腹板上作三角形加热，采用中温矫正。横向线状加热宽度一般取40—90mm，板厚小时，加热宽度要窄一些，加热过程应由宽度中间向两边扩展。线状加热最好由两人同时操作进行，再分别加热三角形三角形的宽度不应超过板厚的2倍，三角形的底与对应的翼板上线状加热宽度相等。加热三角形从顶部开始，然后从中心向两侧扩展，一层层加热直到三角形的底为止。加热腹板时温度不能太高，否则造成凹陷变形，很难修复。九、实施效果

本次“确保超高层组合结构劲性钢柱高精度安装”QC活动完全达到了预期目标，取得了一系列成绩：经过对施工质量情况进行全程跟踪记录，最后分三个阶段进行汇总统计：劲性钢柱的安装精度能达到要求，实施的效果非常理想。通过对一～二十一层的劲性钢柱安装精度统计汇总，平均合格率由原来的80％左右大幅度提高到94％以上如下表：

劲性钢柱垂直度偏差测量成果表

表2

劲性钢柱偏转角度偏差测量成果表

表3(单位：度)通过开展此次QC活动，QC小组全体成员群策群力、集思广益，攻克了设计单位认为几乎不可能完成的施工难题，在称赞我局的科技创新和QC攻关能力的同时也对施工单位成功地解决了由于设计造成的难题表示感谢。

通过QC小组活动，使劲性钢柱要求的高精度度安装的质量要求得到可靠的保证，同时降低了钢筋施工难度，加快了施工进度。每层的施工速度由原来平均11天/层加快至平均7天/层，大幅度地降低施工成本、缩短了工期。QC小组活动的实施培养了年轻工程师严谨和求真务实的科学作风，提高了QC活动的理论和实践水平，同时鼓舞了勇于挑战技术难题的信心和斗志。小组成员能力提高：到QC活动结束时候,小组成员的分析问题、解决问题等方面的能力均得到了较大提高。自我考评雷达图如下：对阶段性的测量成果进行统计汇总，如下表：

实施效果对比本次“确保超高层组合结构劲性钢柱高精度安装”QC活动完全达到了预期质量目标，同时取得了很好的经济社会效益垂直度不合格率偏转角度不合格率施工速度20％1.7％18.4％5.8％11天/层7天/层

活动前

活动后QC活动实施效果前后对比制图人：李明制图日期：2011年11月20日十、总结及巩固措施

2011年12月10日，QC小组全体成员在工地会