香港新机场航天广场屋面钢结构加工制作质量控制方法.pdf

2 0 0 6 年 9月 第 3卷 第 3期 深圳土木与建筑 香港新机场航天广场屋面钢结构加工制作质量控制方法 刘国平 - 金五一z 1中建二局深圳阳光金属构件公司 2中建二局深圳分公司 【 提要 】本文通过介绍香港新机场航 天广场屋 面钢结构在结构构造比较 复杂的情况下，通过建胎装 配、复胎、工厂预拼装等方法，针对性地制定加工质量控制措施和检验方案，解决了质量控制的难 题 。 【 关键词 】钢结构 柱头 桁 架 胎具 香港新机场航天广场是由香港机场管理局投资兴 建的香港政府重点工程项 目，它 占地面积 4 0 0 0 0 m z ， 主要用来作为香港新机场的空中停机坪。 工程屋面钢 结构部份由中国建筑第二工程局属深圳阳光金属构件 公司在厂内加工制作，然后分批运抵香港现场安装。 1 ． 工程概 况 香港新机场航天广场屋面钢结构主要 由4 6个钢 柱头和 4 9 9榀钢桁架 ，以及支撑柱头的钢柱和 固定 钢桁架 的蜂窝形钢梁连接组成，钢结构总量为 5 5 0 0 吨 。 该工程的钢柱头 图 1 和钢桁架 图 2 均设 计有 2 0 ～3 2个牛腿，每个钢柱头和每榀钢桁架都有 图 1柱头图例 2 0 3 2 个不同方向的牛腿要在高空中与其他钢构件用 高强度螺栓进行连接 。工程设计的复杂性带来 的制 作难度在建筑钢结构制作行业里实属罕见。 刘 国平 ， 男，中建 二局 深圳阳光金属 构件公 司 地址 深圳市龙 岗区平湖街道平龙西路 7 3号 邮编 51 8 1 1 1 传真 2 8 4 9 2 3 6 0 电子邮箱 l g p 7 8 9 0 1 2 6 ． C O m 3 8 2 ． 工程 的技术及质量控制难点 2 ． 1因采用优化设计，桁架的弦杆由两段不同 直径 的无缝钢管对接而成，有的是 由同一直径但壁 厚相差 几毫米 的无缝钢 管焊接而成 ，一旦用 错材 料，构件各部位 的受力就会产生设计差异，导致装 配 、焊 接和检 验 的难 度加大 。 2 ． 2 各桁架的腹杆首尾相连 ，因此两腹杆与弦 杆都分别相贯，相贯线切割稍有偏差，牛腿端部的十 字连接板槽口就会偏离方向， 特别是每个钢柱头上的 八个三维空间牛腿 ，任意一个牛腿方 向不对、错位或 扭 曲，其他牛腿就会偏离方向，对受力产生影 响， 给安装带来困难。整个工程 5 4 5个柱头和桁架圆管 共有 2 0 0 0 0多条相贯线，准确切割每条相贯线对加 工企业 是一大考验 。 2 ． 3所有钢构件用高强度螺栓连接 ，因此每个 柱头和桁架都有 4 ～8个类型的节点，每种节点的连 接板上都设计有 4 ～1 2 个安装孔，特别是桁架和柱头 的蜂窝梁支座 即与蜂窝梁连接的部位因位置特殊 还须加工成螺纹孔，这对孔位 的加工精度和零件的 安装准确度都提 出了更高 的尺寸要求。 2 ． 4柱头和桁架结构复杂 ，零部件较多，须多 维普资讯 2 0 0 6 年 9 月 第 3卷 第 3 期 深圳土木与建筑 V O L ． 3 N o ． 3 S E P 2 0 0 6 次组装才能完成，因此隐蔽焊缝在构件的加工过程 中会经常出现，而半数以上桁架和柱头的焊缝又多 达 5 0 0余条，更对焊接技术和焊接质量检验提 出了 新 的挑战。焊缝外观质量要求高，这就要求对每一 构件多次报检、多次探伤。如何保证焊接质量 、确 保 每一条焊缝不漏报 、漏 检是一大难题 。 2 ． 5 部分桁架需要起拱，其中 T R P 4 8和 T R P 4 1 0 这两榀桁架因位于建筑物外侧，设计起拱后两 端中心轴线高差达 2 ， 0 8 6 m m ，其起拱角度若有偏差， 将无法与另一端的柱头或桁架连接 ，而且这些桁架 超 长超高 ，整体运输 是不现 实的。 2 ． 6 设计院对结构方面频繁的设计变更也增加 了加工制作过程中质量控制的困难 。 3 ． 加工制作质量控制方案 根据该工程实际情况 ，编制 了严格 的钢结构制 作质量控制措施方案 ，规定 了加工制作全过程中的 检验和 试验要求 ，确 保符合规定要求 。 3 ． 1 材料检验 所有原材料必须经过进厂初验 、 复验和监理见证取样送检，并形成完整的检验记录， 检验合格后方可投料生产； 3 ． 2 模件检验对所有样板 ／杆、钻模、胎具 ／ 样设置停工待检点进行控制。根据工程特 点制作模 件，由制作人员及班组长 自检 、互检合格后报质量检 验员按 1 0 0 ％专检，合格后方可使用，并形成检验记 录 。合格的模件统一管理，统一堆放，并定期进行复 检。 3 ． 3 加工制作全过程严格执行 “ 三检制 ” ， 且下道 工序对上道工序的质量进行检测 。 3 ． 4 焊后检验焊接完成后设置停工待检点，包 括焊缝报第三方按规定 比例进行N D T 检测、构件外观 和尺寸 1 0 0 ％终检、桁架的预拼装，生产车间检验完 成后交专职检验员检验 ，合格后方可转下道工序 ，并 填写检验记录和预拼装记录 。 3 ． 5 涂装检验首先按工艺进行高强度螺栓抗滑 移系数试验，以此为依据进行构件的打砂作业，并进 行 1 0 0 ％外观检测，合格后对高强度螺检磨擦面和安 装焊接等不需要油漆 的部位屏蔽， 在温湿度允许的条 件下进行油漆作业，完成后进行 1 0 0 ％外观检测和按 规定比例抽检漆膜厚度，合格后转仓库包装发运 。 3 ． 6 检验状态标识原材料 、模件、构件过程检 验及最终检验完成后必须在材料 ／ 零部件 ／构件醒 目 位置进行检验状态标识， 并按相关规定形成完整的记 录 。 3 ． 7 所有检验作业严格按照公司质量管理体系及 相 关标准执 行 。 公司执行 I S 0 9 0 0 1 2 0 0 0 版的质量体系。按照质 量管 理体 系文件 要求 ，本 工程的各个程序 的执行 ， 各个文件 的实施 均在可控 状态下 ，并 具有可追溯 性。这样，产品的加工制作质量持续稳定控制在标 准范围内，并对某些质量 问题及 时分析原因 ，采取 措 施 改进 。 4 ． 质量保证 4．1原材料质量复验及使用过程控制 4 ． 1 _ 1 原 材 料 质量 关 系 到 整 个 工程 的 总 体 质 量 与 安 全 ，对 进 厂 的 原材料按照 B S 英 国钢 结 构 相 应 标 准 严 格 核 对其 规格 、材 图 3切割送检试样 质 、牌 号、质量证 明文件 等 内容 ，特 别是直径 相 同而壁 厚不 同的无缝 管 ，我们用游标 卡尺认真 核 对，以防出错 。材料仓库管理员初验及质量检验员 复验通过后，再通知 甲方检验 ，而核对用于重要部 位的钢材 ，则取样送到香港权威检测机构进行力学 性能 、冲击韧性和焊接性 能的复验 ，所有试验项 目 合格 后才投料使用 。 4 ． 1 ． 2 为防止材料用错，使产品受力产生影 响，所有材料在严格检测来料尺寸的基础上，由技术 部门根据其炉批号及材料号配料， 确定每一个零件 的 图4材料标识及跟踪 来 源 。 下 料 过 程 中 ， 所 有零件用两种 不同方式进行 标 识 ， 即在 其端头打钢印 和用油性笔写 上 构 件 号 、 零件号和原材 料炉批号 ，为防止后续加工作业过程 中零件标识被 破坏以致无法识别核对 ，制作过程 中由专 门的质检 人员按照加工流程对此不断跟踪验证 ，并形成完整 的 记 录 。 4． 2相贯线 尺寸 的控制 柱头和桁架上的牛腿或腹杆均与构件上另外 1 ～ 3条钢管相贯，为了保证 2 0 ， 0 0 0多条相贯线复杂的 39 维普资讯 2 0 0 6 年9 月 第 3 卷 第 3 期 深圳土木与建筑 尺寸能够准 确 切 割 ， 在用 圆管相 贯线切割机 切割相贯线 管 件 的 同 时 ， 用 先 进的电脑软 件按照设计 图 5相贯线装配节点 图纸将所有类型的相贯线放样 ，然后用 白铁皮剪成 样板 。相贯线零部件切割完成后，质检人员用样板 与切割好的管件进行重合试验 ，再用钢卷尺检查管 件 的最长点和最短点，确认各种尺寸无误，并在零 件上做上相应 的检验标识后，方可进行构件相贯线 零件 的组装。从切割和检验方法上控制和保 证了管 口相 贯线 的精度 。 4 ． 3螺栓连接部位的控制 构件上的螺栓孔均采用钻模制孔 ， 首先由技术 部 门依据加 工 图 中连接 孔 的类 型编 制 钻模 图加 工 钻模 ，模 件 加 工好 后 必 须经 质 量 检 验 员检 验 合 格方 可 投 入 使 用 。蜂 窝梁支座部位的孔采取将零件板切割好后，首先用 钻模钻成 比实际孔径小 2 m m的光孔 ，然后再用车床 攻丝，确保装配后孔位和孔径偏差控制在 0 ． 5 m m之 内 攻好丝 的孔除用胶带保护外，构件加工完成后 还 要用手攻 再次对 丝扣 内飞溅 的杂物进行清 理 。 所有零件均在钻孔完毕后方可进行部件的组装作业 。 4 ． 4 构件 的组装和焊接质量控制 4 ． 4 ． 1 防 止桁架及柱头节 点错位和扭 曲的 措施对构件节点 扭曲及变形的控 制 ， 我 们 采 用 建 胎 的 方 法 图 8 和 图 9 。首先 由技 4 0 图 7桁架在单片胎上组装 术部门按照构件类型编制胎具图，生产车间依据胎 具 图在胎具 上制作 出与构件 相连 的全 部节点 ，这 样 ，每个构件的装配过程就等于把构件构筑到了整 个钢结构中。在工程开工前 ，根据构件类型制作了 1 2个这样的装配胎具，因多次组装 ，每一个柱头的 胎具分别制作 了一次胎、二次胎和三次胎，每个桁 架胎具分别制作了单片胎及总装胎 ，同时，根据不 同构件 的局 部变化 ，又对这些胎具进行局部调整， 整个工程共制作胎具 1 2 0个 ／次，使用各种钢材 3 5 0 吨。所有胎具需要经制作人员、质量检验员及业主 检验合格后方可进行构件 的组装，且在使用过程中 随时跟踪检查 ，发现 问题及 时调整 处理 。 每个构件都是在胎具 上装配和焊接 ，只有在胎 图8柱头胎具图例 图9桁架胎具图例 维普资讯 2 0 0 6年 9月 第 3卷 第 3期 深圳土木与建筑 具上不便焊接时，才 可吊出胎具施焊 ，但焊接完成 后必须把构件 吊回胎具进行 复胎 ，这样 反复多次 ， 直到构件装焊 完成。通过建胎装配及复胎 ，有效防 止 了牛腿 出现错 位 、扭 曲、弯 曲、弧度 变形 ，以 及柱头和桁架在装焊完成后的整体变形、零部件角 度 变形、起 拱偏大或偏小等情形 的发生。 图 1 0正在总装的桁架 4 ． 4 ． 2 桁架整体变形的控制 通过电脑放样 ，精确的控制每根杆件上的牛腿 角度和 装 配尺 寸，加 工过程 中，通过水 准仪 、红 外线 测量仪 、经纬仪 等仪器 随时观 察胎具是否 变 形，及时调整相关工艺，修 复相关数据和采取应变 措施 ，有效控制桁 架杆 件和牛腿变 形。 在焊接 时，采用合理的焊接工艺及施焊顺序 ， 减少焊接应力 ，使焊接变形减少到最低 限度，在实 际施工过 程 中，随时观 察有无变 形情况 ，加 以总 结 ，不断改进 焊接工艺 ，从技术上 控制桁架变 形。 4 ． 4 ． 3 构件外形尺寸控制 加工制作前 ，认真分析研究构件 的结构形式和 特点，并结合现场安装的实际情况，采取相应的措施 对构件外形尺寸加 以严格 的控制。主要采取了以下 控 制 方 法 4 ． 4 ． 3 ． 1 针对构件不同的结构和特点，分别制定 不同的加工工艺流程和详细的作业指导书， 并由质量 检验人员严格跟踪监督执行，以严密的技术措施来 保证构件 的外形尺寸 。 4 ． 4 ． 3 ． 2对构件的加工过程实施全程监控，如 发现 问题及时采取相应的技术措施，或调整工艺方 案进 行处 理 。 4 ． 4 ． 3 ． 3严格进行加工过程检验，控制每道工 序 的加工质量 ，并重点控制装配胎具、组装工序、 焊接工序 ，使每个构件 的尺寸在加 _ r 过程 中得到有 效 、全 面 的 控 制 。 4 ． 4 ． 3 ． 4 每个构件出胎后，其尺寸需经过再 次检验 首先确定测量基准端，然后用 5 0 M钢尺测 量其总长度 ，用靠 尺及钢卷尺测量其 上弦端部、下弦端 部上的孔的尺寸及 相对关系 ，测量上 弦上的孔与下弦端 部上的孔 的尺寸及 相对关系，测量上 弦与下弦上孔的相 对位置关系，测量 上弦和下弦上连接 图1 1复核柱头尺寸 板的位置及其上孔 的位置精度。最后测量各连接牛 腿的对 角线 是否 正确 ，并在下弦两端拉一条钢 丝， 在中心位置的垂直弦处测量其起拱是否符合要求。 4 ． 4 ． 3 ． 5 所有制作完成的构件在厂内进行总体 预拼装 。预拼装后进行测量，对超出设计尺寸的构 件及时组织返修 。利用预拼装 的测量数据，调整后 续构件的装配偏差，减 少累积偏差 。从而控制整个 钢结构工程的尺寸使其达到设计要求。这样，构件 连接 节 点扭 曲、变形 和错位等 问题得到 了综合控 制 。构件出胎后经检验 及预拼装 ，其一次交验合格 率为 9 8 ． 5 3 ％，出厂合格率为 i 0 0 ％。 4 ． 4 ． 4焊接质量控制 图 1 2构件厂内预拼装 焊接是钢结构制作的重要部分，焊接质量对整 个钢 结构工程 的质量起着决定性作用 ，香港新机场 屋面钢结构工程设计复杂，构件多，焊接量大，隐 蔽焊缝多。因此 ，焊接质量是该工程质量控制的重 点部分 。为 了高质量完成 该钢结 构工程 的加 工制 作 ，我们作 了多方面 的努 力。 4 ． 4 ． 4 ． i 在加工前针对工程 的钢材材质做严格 的焊接工艺评定 。根据工程 的情况和公司实际焊接 41 维普资讯 2 0 0 6 年 9月 第 3卷 第 3期 深圳土木与建筑 V O L ． 3 N o ． 3 S E P 2 0 0 6 方法 ，在工程开工前分别进 行了对接、T形连接等 连接形式的埋弧 自动焊 、C 0 气体保护焊和手工电弧 焊 的焊接 工艺评定，试件的焊接完成后，进行 N D T 探伤和力学性能试验。通过焊接工艺评定，检验焊 材的选用 、焊接 的操作规程 、焊接坡 口的设置是否 符合 工程 的要求 。 4 ． 4 ． 4 ． 2加工过程进行严格的过程监控，保证 焊接操作符合焊接工艺的规 定。针对焊接过程实际 情 况 ，必要 时调整焊接 工艺 。 4 ． 4 ． 4 ． 3所有焊 接本工程构件 的焊工 必须经过香港政府认 可的香港 A E S公司考 试合 格后方 可施 焊 ， 且只能在考证合格 的 范 围 内施焊 。 4 ． 4 ． 4 ． 4技术部 门 编 制 焊 缝 序 号 表 ，标 明构件 上每 图1 3焊缝无损检测 N D T 一 条焊缝编号，生产车间严格按顺序施焊，焊接完 成后 ，由专 人依据 焊缝 序号表 中的焊缝编 号 向质量检验部 门报检 ，质检部门初检合格后，再填 写 焊缝报 检 申请 表 和 焊缝 报检 清 单 ， 向 业主委托的验焊公司报检，验焊公司根据 焊缝报 检清单对每一条焊缝进行一一复验 ；对于构件牛 腿上的十字连接板及连接不同直径的弦杆的十字插板 等隐蔽部位，生产车间必须在焊缝被隐蔽前四个小 时向质检部门报检，检验合格 后再报验焊公司进行 超声波和磁粉或射线检测，合格后才能进行二次装 配，屏蔽焊缝 。从检验方法上保证每条焊缝的焊接 质量达到设 计标准 。 4 ． 4 ． 5 特殊桁架的处理措施 4 2 图 1 4涂装作业后的桁 架 对于起拱大 、超长超宽的桁架，在胎具上整体 制作完成后，再将其从距假柱头 7 0 0 m m的位置切断， 装上连接板，分别涂装后运到现场再连为一体，这 样 即保证 了整个桁架连接 的精度 ，又预防了大桁架 在 运输 中的变 形 。 图 1 5构件的运输 4 ． 4 ． 6对设计变更的处理 公司设专职技术人员负责图纸设计变更的处理， 在 收到变 更通知后 ，及时 找相关人员研 究处理方 案 ，及 时通 知加工车 间进 行处理 。 图1 6现场安装上的柱头 5． 结束语 在 加工制 作和质量控 制过程 中，我们不 断摸 索，力求使用先进 的制作工艺和科学的检验 技术。 我们运用A u t o C A D 软件放样得到更有测量价值的三维 尺寸，依据这些更有检测力的数据检验构件 ，打破 了仅凭详图上标注的平面尺寸检验构件的局 限，提 高了检验的效率和准确度，确保 了构件安装后与设 计高度吻合，并节约了现场的安装成本。利用钢结 构质量控制等方面的知识，对结构难点部分进行重 点质量攻关，通过一系列的质量保证措施，在现场 总拼装和焊接后 ，完全达到 BS标准 的要求 ，营造 了一个钢结构精 品，并得到香港相关各方 的高度赞 赏 。 一 维普资讯