劲性柱与混凝土梁钢筋连接施工技术创新-QC成果报告

劲性柱与混凝土梁钢筋连接施工技术创新一、工程概况

昆山市高新技术创业服务中心大楼位于昆山市前进西路，体育馆南侧，是一座综合性的行政办公大楼，地下一层，地上十九层，建筑高度99m，总建筑面积56800m2，由振华建设集团有限公司总承包施工。建设单位在招投标时，就提出工程质量目标为确保“扬子杯”，争创“鲁班奖”。

一、工程概况

二、工程难点本工程从地下室～6层，在主楼部分采用型钢混凝土柱，总高为37.49m。型钢混凝土柱截面积为1000x1000，型钢采用十字形，每边8Ф25纵筋；相交的混凝土梁350x900，400x1000，450x1600，梁上部支座钢筋采用Ф25，分2~3排布置，每排5~7根；下部最多13根Ф25，分2排伸入支座。混凝土梁与型钢柱连接节点部位钢筋排布密集，如何保证型钢与钢筋的连接质量，钢筋位置的准确是保证质量的关键。

三、小组概况制表人:陈强审核：张红日期:2009.05

小组类别创新型组成时间2009.5.28小组名称昆山高新技术创业服务中心大楼项目部QC小组注册编号ZHQC-09-05QC小组活动时间2009.5—2010.2昆山高新技术创业服务中心大楼项目部QC小组成立于2009年5月28日，该QC小组由现场经理、技术人员和工人组成的“三结合”型QC小组。全组成员均接受TQC基础教育培训，人员搭配合理。小组简介表表一三、小组概况序号姓名性别年龄学历职务组内职务组内分工1倪培元男40本科项目经理组长全面实施2王福森男65本科技术顾问顾问结构节点设计3张红男33硕士技术科长成员技术指导方案审批4陈祖良男37大专施工员成员方案编制及数据分析5陈强男25大专质检员成员质量跟踪、测量及数据收集6郭晓华男34本科质检员成员施工过程操作方法跟踪控制6倪培本男36大专技术员成员砼配合比、施工机具及材质控制7鱼雪龙男40高中安全员成员吊装及模板安全8张新华男34高中木工工长成员钢结构吊装、安装定位控制9梁建林男50高中材料员成员钢筋加工及钢筋连接质量控制小组成员简介表表二制表人:陈强审核：倪培元日期:2009.05

四、课题选择

提出问题本工程劲性柱位于结构中部，劲性柱与混凝土梁相交节点多，核心区范围广，公司缺乏相关的劲性柱节点施工经验。根据设计要求采用钢柱翼缘外挑连接板与梁钢筋焊接，钢筋排布密集，焊接与混凝土振捣困难，无法满足业主对工期、质量的要求。四、课题选择

设计做法四、课题选择

设计做法四、课题选择

设计做法四、课题选择

分析问题

1、技术方面：翼缘板上需要焊接三~四块连接板，板间净距仅为45~60mm，且需通过柱筋和梁筋，钢筋难以排布；梁钢筋上铁或下铁为上下两排时，难以进行焊接操作；钢筋轴向与加劲板不重合，存在与腹板偏心的影响，受力不合理。2、施工方面：钢筋与相邻连接板间距过小，混凝土难以振捣密实。钢筋通过连接板与型钢柱进行连接，焊接工作量大。3、管理方面：采用劳务分包，焊接工焊接技术参差不齐，现场焊接质量难以保证。现场检查存在“不全面、不到位”情况，因而大大增加了质量隐患4、工期方面：由于劲性柱为1~4层，预计较总工期多出12天，对于本就紧张的工期带来很大的压力，由此造成的相关工种的窝工费用也比较大。四、课题选择

确定课题由于工程质量目标要求高，结构设计节点连接形式存在一定的施工难度，节点部位质量难以达到质量目标要求，我们必须改变图纸设计中的连接方式，提高节点部位的施工质量。为此，我们把课题确定为:劲性柱与混凝土梁钢筋连接施工技术创新五、设定目标及可行性论证设定目标型钢混凝土柱与混凝土梁连接节点质量可靠，方便施工，连接强度达到设计要求。目标值设定梁纵向钢筋与型钢柱翼缘板的连接强度达到或超过钢筋的设计抗拉强度176.76KN，满足设计要求。

可行性论证不利条件有利条件1、本QC小组成员均有过QC技术攻关活动的经验,QC人员包括项目经理及项目管理人员、施工带班，素质及能力方面可以得到保障。2、采用钢筋连接器作为型钢柱与梁钢筋连接的手段在国内大型工程中的运用，也为我们QC小组提供了目标与方向，增强了信心。1、工期紧，攻关活动涉及相关单位较多，沟通协调压力大。2、劲性柱结构在昆山地区尚属首次应用，在实际当中又没有实物可供参考，使我们在创新性方法实践上有点谨小甚微。3、现场施工人员变动大，现场质量管理难以有效开展。综合以上有利和不利条件，我们不仅在方案设计上有设计人员的支持而且大家目标明确，干劲十足。小组成员一致认为我们有能力找到新方法，达到目标。六、提出方案、确定方案在开工之初，围绕课题，小组成员通过“头脑风暴法”，集思广益，对型钢混凝土与混凝土框架梁的钢筋连接进行进行专项讨论，按连接形式共归纳提出三种方案：方案提出表

表三

方案方案详细说明建议人方案一在型钢翼缘上开孔，待梁主筋穿过型钢后，重新焊接洞口封闭。最外侧钢筋弯绕过翼缘，在腹板上开孔穿过。倪培元陈强方案二将短钢筋焊在型钢上，现场施工时采用直螺纹套筒进行钢筋的连接。张红方案三采用钢套筒连接技术，利用钢筋连接中的套筒一侧与型钢柱翼缘焊接，一侧与钢筋机械连接。

王福森制表:陈强审核：张红日期:2009.6六、提出方案、确定方案制图:张红日期:2009.6方案一:采用在型钢上现场开孔（或在工厂预留孔，孔径=钢筋直径+4~6mm），待梁主筋穿过型钢后，重新焊接洞口封闭。与钢柱腹板重叠部位钢筋采用在翼缘板上焊接连接板与之相连。最外侧钢筋采用弯绕过翼缘，在腹板上开孔穿过。

六、提出方案、确定方案制图:王福森日期:2009.6方案二:采用钢筋塞焊的方法将短钢筋预焊在型钢上，现场施工时采用直螺纹套筒进行钢筋的连接。塞焊时，开孔的大小应根据焊接工艺的要求确定，焊接后，可看作型钢截面没有削弱。经与钢结构加工公司沟通，可以采用在工厂预留孔洞，现场进行焊接。

六、提出方案、确定方案制图:王福森日期:2009.6方案三:采用钢套筒连接技术，利用钢筋连接中的套筒一侧与型钢柱翼缘焊接，一侧与钢筋机械连接。六、提出方案、确定方案制图:王福森日期:2009.6方案三六、提出方案、确定方案序号方案类型技术特点成本预期效果1方案一1、采用在型钢上开孔，待梁主筋穿过型钢后，重新焊接洞口封闭。2、与钢柱腹板重叠部位钢筋采用在翼缘板上焊接连接板与之相连。3、最外侧钢筋采用弯绕过翼缘，在腹板上开孔穿过。型钢翼缘上开孔采用工厂预留，每孔增加成本2元，共1240处；每处焊接补洞成本为5元，共1240处，则合计：1240*（2+5）=8680元现场补洞，每层工期需增加1.5天，计9天，较原计划节约3天。1、型钢混凝土节点部位梁纵筋为Φ25，弯折后还需穿孔，精确度难以保证；2、根据设计要求，翼缘板上的孔洞在钢筋穿好后再焊接封闭，高温焊接容易导致翼缘板孔洞处氧化或变形，钢筋也很难做到不受损伤。六、提出方案、确定方案序号方案类型技术特点成本预期效果2方案二1、采用钢筋塞焊的方法将短钢筋预焊在型钢上；2、现场施工时采用直螺纹套筒进行钢筋的连接。3、塞焊时，开孔的大小应根据焊接工艺的要求确定，焊接后，可看作型钢截面没有削弱。4、在工厂预留孔洞，现场进行焊接。型钢翼缘上开孔采用工厂预留，每孔增加成本2元，共1750处；每处焊接补洞成本为5元，共1750处，则合计：1750*（2+5）=12250元现场补洞，每层工期需增加2天，计12天，与原计划工期相同。1、通过塞焊作业，取消连接板，钢筋间的间距得到保证；2、由于塞焊工艺要求翼缘板上开孔，削弱了翼缘截面（单层钢筋较多），尽管通过塞焊可以进行补强，但焊接须在工地进行，翼缘板厚度24mm，采用塞焊作业时，沉入角度偏小，焊缝填充深度难以达到要求。现场焊接，损伤钢筋与翼缘板，于结构不利。六、提出方案、确定方案序号方案类型技术特点成本预期效果3方案三1、采用钢套筒连接技术，利用钢筋连接中的套筒一侧与型钢柱翼缘焊接，一侧与钢筋机械连接。2、取消钢牛腿连接板3、钢套筒与型钢翼缘采用工厂焊接钢套筒与型钢翼缘焊接采用工厂焊接，每孔增加成本5元，共1750处；每处修补成本为10元，共1750处，则合计：1750*5=8750元现场取消焊接，较原计划节约工期12天。1、该方案施工方便，套筒焊接由工厂加工，焊接质量有保证；2、大量减少了节点部位现场焊接作业。3、套筒在定位上不允许出现偏差。4、采用套筒与型钢柱焊接，存在两个问题，一是套筒的可焊性，即套筒的材质必须满足要求，二是套筒与型钢柱的焊缝强度能否达到钢筋的抗拉强度要求。注：成本计算中，未考虑取消连接板以及钢筋与焊接板间焊接节约的成本。

六、提出方案、确定方案评分标准表表四很好好一般差很差54321针对上述三个方案，在分析论证的基础上，我们又进一步从连接可靠性、可操作性、结构削弱度及经济性四个方面进行综合评估打分。

六、提出方案、确定方案根据评分标准表对以上三种方案进行评估制表:张红审核：丁云文日期:2009.6类型方案分析方案评估综合得分方案选定连接可靠性可操作性结构削弱度经济性方案一1、Φ25钢筋弯折穿孔，精度难以保证；2、翼缘板、腹板上开孔，焊接，削弱截面强度；3、钢筋现场与连接板焊接，工作量大，质量难以保证；4、施工速度慢，工期难以保证5、工厂打孔，成本较低。41229不选六、提出方案、确定方案根据评分标准表对以上三种方案进行评估制表:张红审核：丁云文日期:2009.6类型方案分析方案评估综合得分方案选定连接可靠性可操作性结构削弱度经济性方案二1、塞焊作业，取消连接板，传力合理2、翼缘板上开孔，削弱截面强度3、翼缘板厚，塞焊作业埋入角度小，焊缝深度难以达到要求4、现场焊接，施工速度慢5、成本低廉532414不选六、提出方案、确定方案根据评分标准表对以上三种方案进行评估制表:张红审核：丁云文日期:2009.6类型方案分析方案评估综合得分方案选定连接可靠性可操作性结构削弱度经济性方案三1、采用套筒连接，取材方便2、套筒工厂焊接，减少焊接作业3、钢筋直接与套筒螺纹连接，施工速度快4、传力明确，受力合理，不影响型钢柱强度5、取消连接板，减少钢材用量355518选定六、提出方案、确定方案经过方案的综合评估打分，方案一综合评分为9分；方案二综合评分为14分；方案三综合评分为18分。我们将方案三的做法与设计院进行了沟通，得到了设计院的认可。故本QC小组确定最佳方案为方案三：采用钢套筒连接技术，利用套筒一侧与型钢柱翼缘焊接，一侧与钢筋机械连接

返工7、工厂加工，焊接制作4、试验连接件制作七、制定对策采用系统图对最佳方案进行细化（图1）：不满足要求制图：张红日期:2009.6图1：劲性柱与混凝土梁节点系统流程图

1、初步设计、确定连接方案2、设计验算3、深化设计5、连接件强度试验序6、综合评价8、钢柱安装、定位、固定9、现场钢筋连接序号可能出现的问题1节点部位优化不够，缺乏可操作性2套筒材料的选择（可焊性及强度）

3套筒与钢柱翼缘间连接焊缝强度4套筒的定位5现场施工质量管理不到位

根据以上流程图，我们组织小组成员调阅报刊、杂志、互联网，并结合型钢混凝土相关规范、图集、计算手册等，对有关型钢混凝土连接节点的资料进行收集，通过筛选，分析确认需要解决的主要问题如下：七、制定对策序号预测问题对策目标措施地点执行人完成时间1节点部位优化深度不够，缺乏可操作性深化节点部位设计1、满足设计、验收规范要求2、便于现场施工，可操作性强1、安排专人优化设计节点方案2、现场试验优化后的方案的可操作性3、加强与设计院的沟通办公室、试验室

王福森、张红2009.6.30制表人：张红审核：丁云文2009/6七、制定对策序号预测问题对策目标措施地点执行人完成时间2套筒材料的选择根据强度需要、可焊性以及材料成本确定1、材料能够满足与型钢的焊接要求2、材料能够在市场上采购，价格与普通套筒接近3、套筒接头等级为Ⅰ级

1、优化设计节点方案2、采用力学性能试验可焊性试验确定套筒3、利用公司供销部门及网络进行相关材料的比选询价办公室、试验室

倪培元、梁建林2009.7.20制表人：张红审核：丁云文2009/6七、制定对策序号预测问题对策目标措施地点执行人完成时间3套筒与钢柱翼缘间连接强度采用力学计算、优选焊接方式，保证焊缝强度套筒与钢柱翼缘间的焊缝强度满足设计要求1、力学计算确定焊缝强度2、选用合适的焊接方式3、采用机械焊接代替人工操作办公室、钢结构加工厂王福森、张红、陈强2009.8.20七、制定对策制表人：张红审核：丁云文2009/6序号预测问题对策目标措施地点执行人完成时间4套筒的定位以梁纵向钢筋定位来确定套筒的对应位置1、钢柱的加工安装准确2、套筒定位误差在钢筋连接的允许范围内1、采用CAD制图，精确定位梁钢筋，利用梁钢筋位置确定套筒的位置2、指派专人在钢结构加工厂负责联络与质量监督工作3、钢柱安装中采用红外磁力线坠、经纬仪等保证钢柱安装准办公室、钢结构加工厂张红、陈强、陈祖良2009.9.15七、制定对策制表人：张红审核：丁云文2009/6序号预测问题对策目标措施地点执行人完成时间5现场施工质量管理不到位明确责任，关键部位全过程控制，加强现场的管理工作将人为的质量安全隐患降到最低，一次性通过验收1、坚持持证上岗制度2、质量分包管理3、关键部位旁站监督施工现场丁云文、鱼雪龙2009.11.20七、制定对策制表人：张红审核：丁云文2009/6八、对策实施1、优化节点设计方案：由于采用直螺纹套筒焊接在型钢柱翼缘上，故在连接部位，若全部采用直螺纹套筒，接头百分率达到了100%，不满足抗震规范要求；同时，考虑梁截面宽于型钢翼缘，故节点优化设计阶段，梁角钢筋采用腹板开孔穿过，保证钢筋在箍筋加密区的机械连接接头不大于50%。

2、现场进行试验，采用槽钢作为翼缘，焊接套筒，分别对梁顶、梁底钢筋进行操作试验，经试验，梁底钢筋若全部采用套筒，钢筋连接存在困难，经与设计院商讨，梁底通长钢筋一端用套筒连接，一端采用连接板，方便施工。

3、节点优化阶段，加强与设计院的沟通，通过请过来的方式，减少了优化设计阶段的时间，保证了优化质量。

实施一:深化节点部位设计

八、对策实施通过优化，我们明确了节点部位的做法：1、梁钢筋采用角筋穿过钢柱腹板，其余钢筋与翼缘上套筒连接，经核对，箍筋加密区钢筋机械连接接头为40%左右，未超过50%，满足规范要求。2、梁底通长钢筋为避免中部增加接头，采用一侧套筒连接，一侧连接板连接，便于钢筋的安装。实施一效果检查：八、对策实施实施一效果检查：八、对策实施实施一效果检查：八、对策实施实施一效果检查：八、对策实施1、明确机械接头质量要求：由于采用直螺纹套筒焊接在型钢柱翼缘上，且在箍筋加密区，机械连接接头将近50%，故在连接部位，根据规范要求，须采用高质量机械连接接头，故QC小组明确提出：直螺纹套筒的接头质量必须达到I级接头的要求。2、直螺纹套筒的材质选择：由于市面上直螺纹套筒品牌多，材质也不尽相同，作为型钢柱与钢筋连接的导体，对于套筒的碳含量需要进行控制，同时，套筒与锁母材料应采用优质碳素结构钢或合金结构钢，其材质应符合GB699规定。根据以上要求，我们确定了采用的直螺纹连接套筒。3、在明确了材质及质量要求后，我们会同公司供销部门以及钢结构加工厂，对市面上使用的套筒材料进行比选，最终确定了性价比较高的套筒材料。实施二:套筒材料的选择

八、对策实施在直螺纹套筒安装前，我们首先进行了套筒的力学性能试验，并进行了试焊作业，根据试验结果，所选材料满足强度及可焊性的要求。经过抽样检测，套筒接头抗拉强度达到Ⅰ级接头要求。实施二效果检查：图1套筒连接强度检测报告八、对策实施1、QC小组结构设计师对套筒与钢柱间的连接焊缝进行强度计算，焊缝采用角焊缝。（套筒外径Φ39mm）,焊缝强度不满足计算要求。QC小组对焊缝强度计算公式进行分析，发现套筒壁厚对于焊缝宽度影响较大，由于套筒焊接在钢柱翼缘上，小组实际需要与钢筋连接的只是套筒的一侧，因此，结合实际应用中的不等径钢筋连接套筒，我们提出，采用不等径套筒，一侧套Φ25钢筋，焊接一侧为Φ22（相差一个级别），外径不变，重新计算（角焊缝焊脚尺寸10.8mm

）

：，满足要求。故采用不等径套筒作为钢柱与钢筋间的连接导体。

实施三:套筒与钢柱翼缘间连接强度八、对策实施2、为了确保套筒的焊接质量，QC小组对焊接的各种方式进行了深入讨论，结合钢结构加工厂的设备条件，在焊接中采用CO2气体保护焊进行焊接。3、由于首次采用套筒作为钢柱与钢筋间的连接工具，我们为保证焊缝强度，在套筒对应位置翼缘上用铣、削等机械加工出直径43mm，深2mm的凹槽，增大焊缝接触面积。实施三:套筒与钢柱翼缘间连接强度八、对策实施

我们对首批焊接好的构件进行了焊缝质量检查，通过对外表检查及采用超声波探伤检查，达到一级焊缝的标准（规范质量要求为不低于二级）。套筒与钢柱翼缘间的连接力经检验达到设计要求（经现场拉拔试验，焊缝处抗拉强度达到291.5KN，是设计强度176.76KN的1.65倍），得到设计院的认可。实施三效果检查：图2：套筒与钢柱翼缘连接强度检测报告

八、对策实施1、由QC小组结构设计师采用CAD制图软件将梁柱节点部位的钢筋进行模拟放样，精确定位梁柱钢筋，由此确定套筒的位置，经设计院确认后，发给钢结构加工厂作为制作依据。QC小组结构设计师王福森对钢结构节点进行了详细设计，共绘制节点图18张，共36个部位的节点详细定位图，得到了设计院的高度肯定。

实施四:套筒的定位八、对策实施2、由于套筒定位的准确与否直接影响后续的钢筋连接工作，QC小组安排质检员陈强驻厂，专门负责套筒的加工定位的控制。3、根据本工程钢柱的尺寸及安装位置，钢柱采用一节两层，分段吊装，因此钢柱的安装定位准确影响到至少两层的套筒的定位，在安装过程中，我们重点进行了两个方面的控制：1）钢柱的垂直度控制，采用经纬仪、磁力线坠进行控制；2）柱钢的柱间支撑固定，除第一根钢柱采用揽风绳固定外，其余在钢柱间用Φ100x10钢管作为柱间支撑。实施四:套筒的定位-0.10m层钢柱翼缘直螺纹套筒定位检查表表五八、对策实施在第一节钢柱安装后，组织了隐蔽验收，针对套筒的定位，在-0.10m层共检查了30个点，最大偏差4.0mm，在验收规范允许范围内。实施四效果检查：部位

套筒定位偏差(mm)部位

套筒定位偏差（mm）

轴C/6

33234轴C/7

10211轴D/6

01121轴D/7

22312轴E/624334轴E/7

11331八、对策实施实施四阶段效果检查：图3：现场检查定位图4：翼缘板套筒实样八、对策实施1、坚持操作人员持证上岗制度焊接工、吊装等技术工种必须持证上岗，确保焊接质量与安装精度；无特殊工种操作证不得进行相应工种作业。钢结构加工厂由陈强负责监督检查，现场由安全员鱼雪龙检查。2、质量分包管理针对型钢柱施工的现场情况，QC小组提出了质量分包管理的制度，从测量放线、钢结构制作、吊装、钢筋放样、连接等各工序安排专人负责。3、关键部位旁站监督为了保证关键工序的施工质量，QC小组在进行专项培训的基础上，安排技术员现场旁站指导施工。实施五:现场施工质量管理不到位八、对策实施各项工作按照工艺要求展开，未出现因管理不到位、管理混乱导致的施工质量隐患。实施五效果检查：

九、效果检查

1、目标值完成情况本QC小组成员对课题设定目标值进行了检查汇总，均达到设定目标，检查情况见表六：课题设定目标值检查表

表六序号检查项目检查方法目标值检查结果1套筒接头等级

试验验证套筒接头等级达到Ⅰ级套筒试件经抽样检测，达到Ⅰ级接头要求

2套筒与钢柱翼缘连接强度现场试验抗拔力不低于176.76KN试件抗拔试验值为291.5KN

制表：陈强审核：王福森时间：2009年10月9日

九、效果检查图6：现场钢筋安装后照片图5：节点部位钢筋安排有序，便于混凝土振捣

九、效果检查图7：结构成型照片工程获苏州市优质结构工程奖

九、效果检查

九、效果检查

九、效果检查

关于公布2009年度苏州市优质结构工程获奖项目名单的通知各市、区建设局,苏州工业园区规划建设局、苏州高新区建设局,各有关单位：根据各地建设行政主管部门推荐，经专家抽查考核，苏州市优质结构工程评审委员会审定和公示等相关程序，“新康小学幼儿园教学楼”等447个工程项目获“苏州市优质结构工程”奖。各获奖单位要以此为契机，再接再厉，倍加努力，再创精品工程。其他施工单位要以此为榜样，积极参加创建优质结构工程活动，促进我市建筑工程质量和施工管理水平的进一步提高。363市委党校二期二号楼振华建设集团有限公司曹志坤364昆山高新技术创业服