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《中國建筑鋼結(jié)構(gòu)工程質(zhì)量狀況調(diào)查報告》

作者：建筑鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)    
時間：2009-12-22 20:52:35 [收藏]

    重點建筑鋼結(jié)構(gòu)工程鋼材及鋼構(gòu)件制作質(zhì)量狀況調(diào)查
    沈 榮
    （2007年11月）
    一、 關(guān)于重點建筑鋼結(jié)構(gòu)工程國產(chǎn)鋼材的質(zhì)量狀況
    高強(qiáng)度低合金建筑結(jié)構(gòu)用厚鋼板國產(chǎn)化的進(jìn)程，一直是我們關(guān)注的熱點，隨著我國鋼鐵冶金業(yè)在工藝裝備、控制技術(shù)、科研開發(fā)等方面的迅速發(fā)展，使一批重點建筑鋼結(jié)構(gòu)工程如：國家體育場（鳥巢）、中央電視臺新址主樓、廣州新電視塔、珠江新城西塔、首都機(jī)場3號航站樓、北京南站等鋼結(jié)構(gòu)用材的供應(yīng)實現(xiàn)了全部國產(chǎn)化。而Q345GJ C（D）/Z35和Q460E/Z35等高強(qiáng)度、高韌性鋼材的研發(fā)和生產(chǎn)，標(biāo)志著我國建筑用鋼的品種開發(fā)進(jìn)入到一個新的發(fā)展階段。
    本文重點對Q345GJC（D）/Z35和Q460E/Z35兩種牌號（厚度≥100mm）的鋼板實物質(zhì)量狀況進(jìn)行了調(diào)查。
    目前建筑鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計選材至今尚未有一個比較具體的準(zhǔn)則或指南，這不僅關(guān)系到結(jié)構(gòu)的安全和壽命而且與鋼材的用量及工程造價有關(guān)，準(zhǔn)確合理選材至關(guān)重要。本文對設(shè)計選材中還應(yīng)注重的幾個問題提出了建議意見，供有關(guān)部門進(jìn)一步商榷。
    鋼材通過加工制作生產(chǎn)出符合設(shè)計要求的鋼構(gòu)件，為促進(jìn)制作工藝編制的更加合理、準(zhǔn)確和完善，進(jìn)一步提高鋼構(gòu)件的制作質(zhì)量，本文提出了加強(qiáng)設(shè)計→鋼廠→制作廠三者之間應(yīng)建立的有效工作聯(lián)絡(luò)機(jī)制，以更好地促進(jìn)我國建筑鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)業(yè)健康持續(xù)發(fā)展。




    通過對Q35GJC（D）/Z35（t=100）21爐鋼板的出廠報告所列的數(shù)據(jù)分析意見如下：
    ① 鋼的化學(xué)成分符合GB/T19879-2005（以下簡稱標(biāo)準(zhǔn)），且每爐鋼水的定碳命中率較高，波動幅度窄僅為±0.01％，碳含量控制在0.14-0.15％之間，低于標(biāo)準(zhǔn)值。
    ② S含量控制在0.002％～0.003之間，P含量控制在0.007-0.013之間均低于“標(biāo)準(zhǔn)值”鋼水的潔凈度高。
    ③ 碳當(dāng)量控制在0.39％-0.42％之間，低于標(biāo)準(zhǔn)值，有利于改善鋼材的焊接性。
    ④ 屈強(qiáng)比控制在0.60-0.70之間，低于標(biāo)準(zhǔn)的要求，鋼材的塑性儲備余度較大，有利于結(jié)構(gòu)抗震需要，但應(yīng)注意過低的屈強(qiáng)比，對有效發(fā)揮鋼材潛能不利，造成用鋼量增加，影響結(jié)構(gòu)設(shè)計的經(jīng)濟(jì)性。
    ⑤ 鋼材的延伸率為24％～33％，高于標(biāo)準(zhǔn)值的要求，鋼材的斷面收縮率（Z向性能）試驗平均值在61.2％～68％之間高于Z35的要求。說明鋼材的塑性性能較好。
    ⑥ 0℃沖擊功試驗平均值在167.3～206.7（J）之間大大高于標(biāo)準(zhǔn)值。鋼材的韌性較好，有利于提高結(jié)構(gòu)抗低溫脆斷的能力。
    縱上所述：Q35GJC/Z35牌號鋼材的生產(chǎn)，采取了降C、降Mn、加微合金化的成分設(shè)計路線，通過加入適量的細(xì)晶粒元素（Ni、V、Ti等）及采取控冷控軋工藝制度，滿足了高強(qiáng)度、塑韌性好、低碳當(dāng)量、焊接性好及減輕板厚效應(yīng)的設(shè)計要求。
    2）Q460E/Z35實物質(zhì)量數(shù)據(jù)（t＝100mm）






    品質(zhì)分析：
    1、關(guān)于Q460E牌號鋼（t=100mm）的成分設(shè)計。不同鋼廠其設(shè)計思路是有差異的，這是一個值得深入研討的課題，對鋼板的性能、鋼材的生產(chǎn)成本起著決定性的作用，下表列舉了三個不同鋼廠的成分設(shè)計供研究。

    3、由于鋼廠實行了：精料、精練、精軋、精整的生產(chǎn)方針，并執(zhí)行嚴(yán)于國際標(biāo)準(zhǔn)的企業(yè)內(nèi)控質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，因此為國家體育場等重點工程供應(yīng)的Q460E/Z35鋼板（t=100mm）的質(zhì)量符合GBT1591-94的規(guī)定并滿足設(shè)計的要求。
    4、為保證足夠的軋制比采用了大單重的扁錠軋制，為消除或減輕鑄態(tài)組織易產(chǎn)生的偏析、疏松、氣孔、夾雜等缺陷，鋼廠開發(fā)了無缺陷澆鑄工藝，使鋼錠質(zhì)量大為提高，保證了鋼板的品質(zhì)。
    5、Q460E/Z35鋼板的生產(chǎn)依然采用了微合金化設(shè)計及空冷空軋工藝，通過細(xì)晶及析出強(qiáng)化，使鋼板獲得了最佳的綜合性能。
    4）有關(guān)工作的建議
    （1）有關(guān)選材中應(yīng)注意的幾個問題
    通常鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計選材主要依據(jù)以下幾個原則
    ①結(jié)構(gòu)的重要性類別
    ②結(jié)構(gòu)服役期內(nèi)的荷載特征及應(yīng)力水平
    ③結(jié)構(gòu)及構(gòu)件所處的工作溫度及環(huán)境特征
    ④構(gòu)件連接方法及節(jié)點拘束度大?。磻?yīng)力集中程度）
    ⑤鋼板厚度的影響
    迄今尚未有一套可以全面具體知道設(shè)計選材的“指南”或“準(zhǔn)則”。為更好地保證結(jié)構(gòu)安全可靠又盡可能做到經(jīng)濟(jì)耐用，最大限度地發(fā)揮鋼材地能力，下列幾個方面在選材時應(yīng)重視并認(rèn)真考慮。
     過分追求鋼材的強(qiáng)度指標(biāo)，以達(dá)到減輕結(jié)構(gòu)的質(zhì)量（重量），減少用鋼量的觀點并不充分。
    從斷裂力學(xué)觀點出發(fā)，鋼材實際上是不連續(xù)，不均質(zhì)，各相也不同性的，內(nèi)部總是存在夾雜，分層、點孔狀缺陷或微裂紋，即存在發(fā)生疲勞斷裂的隱患，強(qiáng)度越高的鋼材往往韌性越差，所以認(rèn)為首先要考慮選擇韌性好，裂紋擴(kuò)展速率低的鋼材。
     只有在接近實際使用條件下，對鋼材進(jìn)行試驗所獲得的數(shù)據(jù)才比較真實可靠，作為選材的依據(jù)。同時，一定要注意樣本的數(shù)量和取樣的代表性。
    鋼材的性能都是通過各種試驗得出的，由于實驗室條件與實際使用環(huán)境有很大的差異，鋼材的性能因環(huán)境而有差異。所以只有在接近環(huán)境下試驗所得的數(shù)據(jù)，才比較真實客觀。
     鋼材的密度，對鋼材的綜合性能十分關(guān)鍵。
    鋼材的密度決定了鋼材的綜合品質(zhì)，因此，一定要保證足夠的軋制力和一定的壓縮比（軋制比），以生產(chǎn)出質(zhì)量致密的鋼材。在同等條件下要選擇軋制力大的軋機(jī)。
     要重視鋼材的綜合性能，不要追求某個單項指標(biāo)，既要注意宏觀的力學(xué)指標(biāo)，又要關(guān)注鋼材內(nèi)部的金相組織結(jié)構(gòu)和晶粒度、夾雜物等微觀情況。
     應(yīng)力集中現(xiàn)象是產(chǎn)生鋼結(jié)構(gòu)破壞的最主要原因之一，鋼材選定后一定要采取合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計，盡量避免過大的應(yīng)力集中。
    （2）關(guān)于建筑用鋼的質(zhì)量定位是獲得鋼材最佳性價比的關(guān)鍵
    鋼的雜質(zhì)含量越少潔凈度就越高，鋼材的品質(zhì)越好，生產(chǎn)周期越強(qiáng)，但生產(chǎn)成本越高，價格也越貴。不同用途的鋼材性能要求有差別對潔凈度的要求有差別如：
    橋梁鋼要求有良好的抗低周疲勞性能及低的應(yīng)變時效傾向；
    船體鋼要求有良好的抗低溫裂紋擴(kuò)展的能力；
    管線鋼要求有抗斷裂及抗氫銹發(fā)裂紋（HIC）的性能；
    汽車大梁鋼要求有良好的沖壓性能和承受沖擊荷載的能力；
    高層建筑用鋼要求有抗層狀撕裂及低的屈強(qiáng)比；
    根據(jù)這些不同的要求，在成分設(shè)計、工藝流程、金相組織和潔凈度：即，∑（S，P，H，O，N）夾雜物的總含量應(yīng)有不同。確定建筑用鋼的潔凈度控制水平，對縮短冶煉周期、增加產(chǎn)量及成材率、降低生產(chǎn)成本十分重要。
    （3）關(guān)于“鋼廠”為設(shè)計及制作廠提供更多技術(shù)幫助和指導(dǎo)的意見。
    ①為使結(jié)構(gòu)設(shè)計工作者對鋼材品質(zhì)有更加全面、深刻的了解，應(yīng)加強(qiáng)結(jié)構(gòu)設(shè)計人員與材料研究生產(chǎn)人員兩者之間更加緊密的交流與磋商，建立必要的工作聯(lián)絡(luò)制度這是保證合理選材的重要途徑。
    ②結(jié)構(gòu)設(shè)計者在選材時，往往對成分設(shè)計、質(zhì)量等級、交貨狀態(tài)及一些由雙方協(xié)議確定的條款，往往缺乏全面認(rèn)識，需要材料工作者給予指導(dǎo)和幫助。
    ③為使制作廠更好地掌握鋼材的性能，準(zhǔn)確地編制制作工藝并減少不必要的重復(fù)性工作，鋼廠在一定批量及使用新牌號鋼材時應(yīng)盡可能地為制作廠提供下列數(shù)據(jù)或資料：
    金相組織；非金屬夾雜物的類別及含量；晶粒度；SHCCT曲線系列沖擊試驗，落錘試驗、斜Y試驗、CTOD試驗的數(shù)據(jù)。
    ④應(yīng)建立設(shè)計、鋼廠、制作廠三者之間的有效工作聯(lián)絡(luò)機(jī)制
    ⑤關(guān)于“鋼材”復(fù)驗工作的改進(jìn)意見
    根據(jù)目前許多工程都要求制作廠進(jìn)行鋼材復(fù)驗的情況，提出以下意見，請商榷。
     鋼材出廠檢驗時，只有當(dāng)檢驗項目中出現(xiàn)不合格項時才需進(jìn)行擴(kuò)大取樣比例的復(fù)驗，鋼廠所供應(yīng)得鋼材應(yīng)完全是合格產(chǎn)品，所提供的質(zhì)量證明書中的數(shù)據(jù)應(yīng)準(zhǔn)確符合所供鋼材的實際品質(zhì)狀況，保證每項指標(biāo)都是合格的。應(yīng)該強(qiáng)調(diào)：鋼廠應(yīng)對其所供應(yīng)的鋼材質(zhì)量及質(zhì)量證明書中的數(shù)據(jù)負(fù)責(zé)。制作廠只需審核質(zhì)量證明書中的數(shù)據(jù)是否準(zhǔn)確并符合要求，只在必要時才做少量的抽樣復(fù)查，不應(yīng)把復(fù)驗的工作完全推到制作廠身上。
     由于現(xiàn)代化的鋼鐵生產(chǎn)工藝裝備、控制水平及嚴(yán)格的質(zhì)量保證管理體系，鋼材的質(zhì)量應(yīng)是穩(wěn)定的，因此即使制作廠需進(jìn)行抽查，也應(yīng)對抽查的數(shù)量和批次有科學(xué)的規(guī)定，以避免不必要的資源浪費(fèi)。
     目前所進(jìn)行的復(fù)驗工作中往往由于試件加工的精度、試驗設(shè)備的性能、操作人員的水平及加載過程的差異而出現(xiàn)與鋼廠質(zhì)保書中的數(shù)據(jù)不一致時，其達(dá)成共識的過程冗長而復(fù)雜，不利于工程進(jìn)度。

    上述企業(yè)的主要特點是：
    ①資質(zhì)等級高都具有“鋼結(jié)構(gòu)工程專業(yè)承包壹級資質(zhì)”
    具有“輕鋼房屋鋼結(jié)構(gòu)專項工程設(shè)計甲級資質(zhì)”
    具有“鋼結(jié)構(gòu)制造企業(yè)特級資質(zhì)”
    具有“中國實驗室國家認(rèn)可委員會認(rèn)可證書”??CNAL證或地方政府認(rèn)可的試驗室檢測資質(zhì)。
    具有“中華人民共和國計量認(rèn)證合格證書”??CMA證書
    ②規(guī)模大、產(chǎn)量高、設(shè)備齊全、性能好
    ③都擁有完善的理化試驗室、焊接工藝試驗室及無損檢測中心。
    ④擁有一批優(yōu)秀的技術(shù)管理人員，特別是擁有一個企業(yè)設(shè)計院或設(shè)計中心，進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析和詳圖設(shè)計。
    ⑤都有焊工考試委員會，負(fù)責(zé)焊工培訓(xùn)、考試、資格管理工作。
    ⑥都擁有一套全整的質(zhì)量管理體系。
    ⑦都已經(jīng)具備了海外鋼結(jié)構(gòu)工程市場的開發(fā)能力，并承接了多個大型工程，信譽(yù)甚好。
    綜上所述，上述這些制作企業(yè)都是我國建筑鋼結(jié)構(gòu)業(yè)的大型骨干企業(yè)，是我們持續(xù)發(fā)展建筑鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)的基本力量和生力軍。



    3、制作質(zhì)量的保證措施及初步評定：
    由于一些工程正在進(jìn)行，而且工程及構(gòu)件質(zhì)量的評定需由一個專門委員會來進(jìn)行，我們僅根據(jù)已掌握的數(shù)據(jù)、資料，加上自身的經(jīng)驗加以初步評定：
    1）、上述重點工程，事前都單獨(dú)制訂了適宜本工程特點《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》，與國家的鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件方面質(zhì)量評定標(biāo)準(zhǔn)體系。
    2）、上述各項工程都在事前開展了大量的設(shè)計試驗或施工試驗，通過這些試驗（構(gòu)件驗證和節(jié)點驗證），驗證設(shè)計、完善制作工藝，以確保萬無一失。
    3）、對鋼材的質(zhì)量，除嚴(yán)格選擇鋼廠外，還強(qiáng)調(diào)了選材技術(shù)協(xié)議條款的制定與供應(yīng)廠商簽訂嚴(yán)格的質(zhì)量保證協(xié)議。并在制作前進(jìn)行了大批次的鋼材復(fù)驗工作。
    4）、對首次采用國家Q460E牌號鋼的焊接性進(jìn)行了完整、系統(tǒng)的試驗，進(jìn)行冷裂紋敏感性試驗：如：斜y焊接裂紋試驗，熱影響最高硬度試驗，拆銷試驗，自然裂紋敏感性試驗。其結(jié)果 指導(dǎo)，制作工廠的“焊接工藝規(guī)程”及“焊接制作指導(dǎo)書”的編制。
    5）、針對有些結(jié)構(gòu)部位，采用鑄鋼節(jié)點的具體情況還進(jìn)行異種鋼材的焊接性試驗。
    6）、由于上述工程中大量采用厚板或特厚板，因此專門針對厚板焊接工藝進(jìn)行研究、開發(fā)，特別是注重厚板連接節(jié)點處抗層狀撕裂性能的改善與提高。
    7）、為了比較真實地符合工地、施工環(huán)境，還特地模擬實際環(huán)境下的氣溫，同速下進(jìn)行焊接試驗。
    8）、對構(gòu)件的焊接收縮量，焊接復(fù)形進(jìn)行仿真模擬，估算其數(shù)值并通過焊接試驗加以評論，制定正確的焊接順序。設(shè)計合理的焊接層次及焊接道次布置。
    9）、開展了焊材、焊劑的質(zhì)量調(diào)研，嚴(yán)格地選用焊材、焊劑，并對焊材的成分，焊劑的堿度等提出了要求。
    10）、提高了電渣焊縫的沖擊韌性值。
    11）、對焊后消氣條殘余 ，措施得當(dāng)，成效顯著。
    12）、編制完整的“制作要領(lǐng)書”，全面指導(dǎo)鋼構(gòu)件制作。
    13）、事前對焊工進(jìn)行了培訓(xùn)，并進(jìn)行附加技能的考試。
    14）、設(shè)計了多種實工裝、器具，以保證構(gòu)件裝配精度和勞動生產(chǎn)率的提高。
    15）、建立了一套嚴(yán)格的質(zhì)量三檢制度（自檢、互檢、來檢），建立了一套嚴(yán)細(xì)的工序質(zhì)量備驗制度，對不合要求的零部件必須通達(dá)修理合格，才能進(jìn)入下道工序。
    通過以上這些措施，（材料、工藝、裝備、人員、檢測……）保證了制作質(zhì)量。

    注：本次調(diào)查工作得到了江蘇滬寧鋼機(jī)股份有限公司、上海冠達(dá)爾鋼結(jié)構(gòu)有限公司、浙江精工鋼結(jié)構(gòu)股份有限公司、上海中遠(yuǎn)川崎鋼結(jié)構(gòu)有限公司的支持和幫助，在此謹(jǐn)向他們表示感謝！

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