高层钢结构建筑工程监理的特点分析

随着我国经济突飞猛进的快速发展,我国的钢产量和钢材产量都突破了1亿吨,成为世界第一产钢国,在这种情况下,我国政府及时调整政策,建设部在修订我国《建筑业推广应用10项新技术》中,首次列入了钢结构新技术,完成了在建筑业从“限制使用钢结构”到“大力发展钢结构”的政策转变。由于相对美、日等发达国家,我国高层钢结构工程起步较晚,工程实例与钢筋砼结构相比也较少,因此如何开展对此类工程的监理工作,成为我国监理行业面临的新问题。根据近20年来高层钢结构建筑在我国的发展情况,在对高层钢结构的工程监理中,主要应对三个方面的问题引起重视:设计方面、驻厂监造方面和施工现场安装方面,现分述如下:

1、对设计方面问题的管理措施

从全国范围来看,制约我国钢结构发展和推广应用的最大问题是设计力量薄弱。一方面由于绝大多数结构设计工程师习惯和擅长进行钢筋砼或砖混结构的设计,对钢结构设计不熟悉;另一方面,我国“入世”时间不长,在建筑领域与国际接轨还有一个适应过程,在工程项目的设计管理机制方面,还有不完善的地方,因此在设计方面主要存在以下的问题:

1)随着我国改革开放的逐步深入,“入世”后建筑业也逐渐向国际惯例接轨,我国的一些大型公建项目面向世界招标,一些建筑方案是由国外的设计事务所中标,其中部分中标的建筑方案虽有标新立异之处,但也争议颇多,特别是有些中标的方案结构不尽合理,甚至是十分不合理。由于有些项目在招标方式上,没有实行建筑方案买断的模式,因此,反映在钢结构设计中,在选材方面,就往往是被国外的建筑师牵着鼻子走,有些材料指标十分苛刻,只能选用进口产品,加大了进口材料的数量,增加了工程建设成本。

2)在设计说明中,对焊接钢结构的材质一项,只注明钢材型号,如Q345、Q235等,没有提出质量等级要求,对于焊缝质量,有的不明确质量等级,有的提出的质量等级不恰当等。

3)在摩擦型高强螺栓连接的设计中,一个连接节点上高强螺栓的规格与数量是通过节点内力计算得出的,但有的设计所选高强螺栓的直径、数量与节点板的截面尺寸不相匹配,在设计极限荷载作用下,将会出现螺栓还未达到设计强度而连接扳已变形,丧失承载能力的现象。

4)在设计构件长度时,未考察施工现场情况,有的构件过长,交通运输条件无法解决,有的构件过重,现场吊装能力不能满足等等。

5)对钢结构的防水、隔热与防腐蚀设计重视不够,没有在设计文件中明确钢材除锈等级和涂料及涂层厚度,没有根据不同部位构件的不同耐火极限采取相应的隔热防护措施等。

6)在设置抗侧力支撑构件与梁柱连接时,当节点板采用螺栓连接时,未考虑螺栓扳手工具的操作空间,给施工带来困难。

针对上述存在的问题,在工程项目建设管理过程中,建议采取以下措施:

(1)在对监理工程师(特别是总监理工程师)进行继续教育培训中,应适当增加钢结构设计方面的基本知识与概念,以满足钢结构不断发展对监理人员的要求。

(2)在条件许可的情况下,监理单位应尽早介入项目管理工作,在设计方案的讨论中,在满足性能要求的前提下,应首先考虑选用国产材料,例如在厚板方面,我国目前已经能够生产厚度方向性能钢,监理人员在设计阶段就应对工程造价进行有效控制。

(3)认真学习领会国家《工程建设标准强制性条文》钢结构设计部分的有关内容,在进行熟悉施工图纸的工作中,重点检查这一部分的内容。如:对焊接结构不能选用Q235A,因为这种钢的含碳量不作为交货条件,对处于低温工作条件下需验算疲劳的结构不能选用Q235B,因为这种牌号的钢材不做低温冲击韧性试验等。

(4)在检查钢构件的施工图纸时,应考虑施工现场吊装机械的吊装能力与交通条件,对不适合的构件尺寸适当调整,以满足安装要求,并为工厂加工构件确定准确下料拼装尺寸。

(5)根据国际惯例,钢结构构件的加工详图一般多由加工单位负责进行。因为工程设计单位提供的施工图纸,设计深度一般只给出构件的轴线尺寸,要达到加工制造的程度,还有大量的深化设计工作要做,有的复杂构件的加工图纸达上百张之多,因此加工厂家的深化设计能力是至关重要的。

监理单位应注意在对钢结构加工制造厂家进行招标考察时,要将深化设计能力作为一条重要标准,加工单位在深化设计详图完成后,要经本工程的设计单位确认后,方可加工制作进行生产。为了加快工程进度,监理单位应建议加工厂家,在详图设计的同时就定购钢材,以便详图审批完成时,钢材即可到厂,立即开工生产。

有些构件的尺寸是非“定尺”规格,还需提早向钢材生产厂家订购,以免影响生产进度。监理单位还应加大对设计单位与生产厂家设计部门之间的协调力度,使加工厂家深刻领会设计单位的意图,使设计单位尽快确认加工厂家的图纸。

2、对构件生产加工的驻厂监造

钢结构工程的工期比钢筋砼结构工程的工期普遍要短,钢结构工程有一半以上时间是在工厂车间内部进行。近年来,我国从事钢结构加工制作的厂家如雨后春笋,大量涌现,但真正具有技术实力,能够承接大型、复杂钢结构工程的厂家很少,这些厂家目前主要集中在我国南方部分省市。

由于钢结构构件在工厂内加工制造的质量好坏,对钢结构工程的现场安装及整体结构的安全稳定至关重要,因此派驻合格的监理工程师驻厂监造钢结构构件的生产加工全过程,是监理工作必不可少的一个重要内容,开展监造工作,主要有以下三项内容:

2.1、选择优秀的生产厂家

在对钢构件生产厂家的选择考察中,主要应考核以下几项内容:

①企业资质等级;②企业管理模式;③企业加工生产能力,包括以下内容:

a、制作加工设备的先进程度;b、企业技术管理人员及技术工人的情况;c、企业完成同类型工程加工任务的业绩情况;d、企业的深化设计能力;e、企业年加工制作能力(吨),拟承担项目加工量与年加工制作能力的比例;

④如生产厂家与工程施工现场距离较远,不在同一地区,还应考虑运输问题,临时堆放材料问题等。

2.2、制定有效可行的监造规划

对加工监造工作而言,监造规划就相当于工程项目的监理规划,是具有指导意义的纲领性文件,在监造规划中,主要应有以下几方面内容:

①监造依据:招投标文件、加工合同、设计文件、有关技术标准、规范等。②监造范围和内容:应包括构件的加工制作、工厂预拼装、包装和运输等全过程。③监造目标:对质量、进度及造价控制目标进行分解、落实。④监造程序方法及措施:应包括监造程序框图,监造过程中的事前、事中和事后控制。

2.3、确定监造工作的重点

监造工作重点主要应有以下几项:

①对原材料进厂的检验。②对有关人员的资格审核。③对主要加工设备的检查。④对加工工艺保证措施的检查。⑤对焊接工艺评定进行旁站监督。⑥对全熔透一、二级焊接的超声波无损探伤检测。⑦对栓钉焊接的检测。⑧对高强螺栓的检测。⑨对部分构件在工厂预拼装的监控。

3、对施工现场安装的监控

钢结构安装施工与钢筋砼结构施工在某些方面差异较大,它的湿作业较少,吊装、焊接量较大,对安全稳定性的要求高,对安装误差要求极高,监理人员应了解这类特点,并特别注意以下几项监控重点:

3.1、认真审核钢结构施工方案

1)监理单位在审核钢结构施工方案时,首先应检查方案是否包括了以下主要内容:

a、计算钢结构构件和连接件的数量;b、制定有针对性的测量方案c、选择合适的吊装机械;d、确定平面与立面流水程序;e、制定进度计划;f、确定劳动组织;g、确定质量目标;h、制定安全生产措施

2)审查吊装方案是否合理

监理人员必须清楚,合理的安装顺序原则应是保证钢结构在安装过程中的整体与局部的稳定性,要有足够的强度和刚度,必要时进行验算,不足的部位采取加固措施,最大限度的减少结构安装中的变形值,保证钢结构的安装精度。平面安装顺序应从结构约束较大的中间区向四周扩展,把累积误差分散;立面安装程序应分单元进行,一般每个单元一节钢柱(各节所含层数可不同),由钢柱主梁安装成框架形成几何不变体为原则。

3)分清测量标高选用的种类

由于高层钢结构安装测量工作是钢结构安装的中心环节,因此,在审查施工方案中,还应重点审查测量方案是否合理。与钢筋砼结构不同,钢结构安装前,首先要确定是采用相对标高,还是采用设计标高。采用相对标高安装时,不考虑焊缝收缩变形和荷载对柱的压缩变形;采用设计标高控制安装时,每节柱的调整都要以地面第一节柱的柱底标高基准点进行柱标高的调整,要预留焊缝收缩量、荷载对柱的压缩量,这一点应引起监理人员的重视。

3.2、对钢结构连接节点施工的监控

高层钢结构节点按连接方式分为焊接连接、高强螺栓连接和混合连接(焊接连接+高强螺栓连接)三种。一般柱与柱连接采用焊接方式,柱与梁连接采用混合连接方式,主梁与次梁连接采用高强螺栓连接。因此,焊接施工的好坏是影响钢结构节点质量的关键问题。以下几点是监控的重点:

1)焊接工艺评定

由于钢结构工程中的焊接节点和焊接接头不可能进行现场取样检验,为了保证工程焊接质量,必须在结构安装施工焊接前进行焊接工艺评定。因此,开展焊接工艺评定工作,就是针对具体工程的焊接工艺设计,对焊接中的可焊性、工艺性和力学性能等方面进行试验和鉴定,确认实施的可行性,监理单位在进行焊接工艺评定中,应注意钢结构安装的以下特点:

a、高层钢结构构件多采用高强合金钢材,母材焊接工艺性能差,工艺要求高,焊接材料选择严格。b、结点型式复杂,坡口形式多样,焊缝强度等级,质量等级高,一般均采用半熔透及全熔透焊缝。c、高空野外作业,施工条件差,受天气(温度、风力)影响大。d、焊接量大,收缩量大,焊接收缩变形对安装精度影响较大。

2)对焊工的考核与培训

在钢结构工程施工中,结点的焊接质量是至关重要的,在影响质量的“人、机、料、法、环”五项因素中,人(焊工)是最重要的。作为派驻施工现场的监理人员,应重视对焊工生产操作技能的考试,首先应要求考试人员取得焊工资格证书,由于有些焊工取得资格证书后,相当长的一段时间没有在工程项目中进行上岗实践操作,技术操作水平不稳定,因此岗前考试是十分必要的,在现场考试中,应对工程施工环境进行同条件模拟,以保证考试的可信度。在对焊工实行上岗前考试的同时,还应重视平时对其培训,如:施焊接头焊接的顺序:柱与柱连接的施焊顺序应是由两名焊工在相对两面对角位置等温、等速对称施焊;梁和柱接头的焊缝,一般应是先焊工字钢的下翼缘板,再焊工字钢的上翼缘板,一个梁的两个端头先焊一个端头,等其冷确至常温后,再焊另一端头等。

随着我国经济突飞猛进地发展,我国的经济实力和技术水平都得到了迅速地提高。钢结构以其独特的优越忧,在建筑业被越来越广泛的重视和应用,在“大力发展钢结构”政策的指导下,我国钢结构发展的历史机遇已经到来。作为监理行业的从业人员,面对钢结构建筑的大量涌现,应与时俱进,加强学习有关钢结构工程的专业知识与管理内容,特别是对钢结构工程设计方面、驻厂监造方面以及施工安装监控方面的问题引起足够重视,圆满地完成国家赋予监理工程师的社会责任。