济宁三号煤矿第五届科技大会科技成果申报书(钢结构精细预控管理)

兖州煤业股份有限公司济宁三号煤矿 第五届科技大会科技成果申报书

项目名称：钢结构工程精细化预控管理及质量通病防治 技术领域：管理

成果类别：现代化管理成果

主要完成单位：基建科、综掘准备队 申报单位：基建科

完成人员：胡和平、郭念波、秦文峰、王绍昌、江汝淮、梁震、岳庆振、石浩、王霞、陆亚鹏 应用起止时间：2009年4月——2011年4月

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一、项目简介

项目所属科学技术领域、主要研究内容、技术经济指标、促进矿井科技进步作用及应用推广前景： 一般情况下，建筑的目标是安全、适用、美观、经济。钢结构具有强度高，自重轻，抗震性能好，施工速度快、经济环保等优点，钢结构建筑工程造价一般比同规模的钢筋砼建筑低三分之一，建筑时间节约三分之一，可提高面积使用率5%--8%。近年来，钢结构在房屋建筑尤其是工业厂房和大型公共建筑中得到了越来越广泛的应用，是建设部推广的“建筑业十项新技术”之一，基于钢结构的这些优点我矿近两年建设的砂棚工程、矿车维修车间工程及支护材料车间工程采用钢结构／网架结构。钢结构虽然有较多优点，但同时也有制作安装精度要求高，隔音隔热效果差，耐腐蚀性能差等缺点。为充分发挥建设项目的社会效益、经济效益和环境效益，在矿领导大力支持下针对钢结构工程精细化预控管理及质量通病防治进行研究。主要研究内容分以下几方面： 一、 精细化预控管理 （一）使用功能，工艺要求及设计意图，对钢结构的结构选型，材料使用提出专业意见，这对于优化设计，使之合理地满足使用功能要求，从而体现出预控管理的价值，具有较大的帮助。 （二）认真审查钢结构设计及施工单位的资质，加工制作人员及施工人员的技术能力，强调从源头严格把关。 （三）钢结构的质量控制: 在钢结构的设计、制作与安装等过程中，都要以“精度控制”为主线，强调“精、细”。 （四）施工安全控制 二 、质量通病防治 （一）预埋地脚螺栓偏位 （二）构件拼装偏差 （三）钢柱垂直偏差 (四)屋面及天沟漏水 (五)吊车梁摆动 通过全面推行钢结构精细化预控管理，形成一套适合钢结构工程的精细化预控管

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理理念，让精细化预控管理思想深深根植于钢结构工程管理方方面面之中；建立岗责设置科学、工作任务明确、管理责任落实、监督制约有力、运转协调高效的精细化预控管理体系；实现工程管理目标、管理对象、管理内容、管理方法、管理手段全面精细化；达到管理责任定量化，管理制度刚性化，工作考核绩效化，人的行为规范化的要求；实现管理效能和管理水平明显提高，形成适应钢结构工程的精细化预控管理模式。 利用钢结构工程的精细预控管理手段对工程全过程管理，并重点加强质量通病的防治，加快了工程进度，确保了工程质量，节约工程造价，提升了钢结构工程的精细化管理水平。砂棚的投入使用极大的改善了砂石料场周围的环境，稳定了砂的含水率，砂棚的跨度超过40M，且没有配置吊车，通过预先比较选择钢网架结构，其单方造价比轻钢结构可降低8％，总计节约40万元。矿车维修车间通过预先优化设计减少六根钢柱节约10万元且增加使用面积30m2。支护材料车间通过预先利用原建筑物外墙合理布置节约30万元且增加使用面积100m2。砂棚工程、矿车维修车间工程及支护材料车间工程采用预埋地脚螺栓高精度定位施工法合格率100%，加快了工程进度，确保了工程质量。 钢结构的技术难度会越来越大，加工、安装精度要求也越来越高，质量问题也会愈来愈受关注。推广应用钢结构厂房的精细预控管理及质量通病的防治研究成果及时掌握新技术、新工艺、新方法，树立良好的质量意识，从大处着眼，小处入手，切实有效地实施工程预控管理和精细化管理。

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二、项目详细内容

立项背景 钢结构技术是建设部2005年推广的“建筑业十项新技术”之一，钢结构具有强度高，自重轻，抗震性能好，施工速度快等优点，在房屋建筑尤其是工业厂房和大型公共建筑中得到了越来越广泛的应用。随着科学技术的发展，社会生产力的提高，市场竞争的日益激烈，建筑市场必将成为钢材应用的主要领域之一，钢结构势必日益成为工程建设的主要结构体系。基于钢结构的优点我矿近两年建设的砂棚工程、矿车维修车间工程及支护材料车间工程采用钢结构／网架结构。与钢结构的广泛应用形成鲜明对比的是钢结构工程施工的质量较难保证，有制作安装精度要求高，隔音隔热效果差，耐腐蚀性能差等缺点。为推进现代管理型矿井建设，树立先进的管理理念，创新管理模式，提升管理效能和整体管理水平。针对钢结构工程如何管理才能优质高效的完成，经过大量调研发现某些类似钢结构工程设计阶段对使用功能，工艺要求及设计意图研究不深入、不精细，造成不能更好优化设计；施工阶段对钢结构的质量、安全控制不超前、不精细；工程或多或少纯在一些质量通病，特别是预埋螺栓偏差较大。为尽快实现锅炉房周围环境规划治理，砂石料场标准化管理，综掘准备队迁至支护材料车间；为确保工程质量，降低工程造价，尽量避免质量通病。总之为充分发挥我矿建设项目的社会效益、经济效益和环境效益。在矿领导大力支持下针对钢结构工程精细化预控管理及质量通病防治进行研究。 4

详细科学技术内容 一 精细化预控管理 钢结构工程精细化预控管理技术的核心是预控和精细两者缺一不可，互为依托，相互补充，两者合一自然产生巨大的管理效益。精细化预控管理技术从大方向着眼，从细微处入手，更加强调两者的完美结合。深入精细分析钢结构工程在各阶段的控制点由牵头管理部门组织专业技术人员致力实现在钢结构工程项目管理中创新各项技术，在钢结构工程项目实施中寻求更有效的管理手段，以期更好更快地完成钢结构工程项目。 （一）充分了解工程的使用功能及设计意图，有针对性地组织工程师提出专业意见，做好“专业”把关。钢结构具有强度高，自重轻，抗震性能好，施工速度快等优点，但同时也有制作精度要求高，隔音隔热效果差，耐腐蚀性能差等缺点。了解工程的使用功能，工艺要求及设计意图，对钢结构的结构选型，材料使用提出专业意见，这对于优化设计，使之合理地满足使用功能要求，从而体现出精细化预控管理的价值，具有较大的帮助。 1. 功能要求 主要了解厂房的采光、通风、隔音隔热要求及防火要求。有的厂房要求恒温恒湿，设有中央空调，采用普通的隔墙板则显然不能满足要求；有的厂房内工人较多，或者高温作业需要提高换气次数，则确保满足通风要求显得尤为重要；还有的厂房内可能存在着水蒸气或酸碱腐蚀气体，则对屋面板的选用及梁、柱的防腐处理需作认真对待。 2.使用要求 厂房内是否设有吊车，车间内生产设备的摆设等问题均与钢结构的跨度大小、结构选型，柱、梁主钢材的选择及建筑物的单方经济指标有较大关系。一般情况下，当厂房的跨度超过30M，且没有配置吊车时，宜选择钢网架结构，其单方造价比轻钢结构可降低5～10％。 3. 工艺要求 主要了解生产工艺流程对厂房设计有无特殊要求，是否会对钢结构产生影响，如震动荷载、层高与防火方面的要求等； （二）认真审查钢结构设计及施工单位的资质，强调从源头严格把关。 1. 了解钢结构设计及施工单位的现状：轻钢结构建筑市场当前正处于高速成长阶

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段， 但仍未成熟，所以大型企业少，小型企业多。很多钢结构制作企业虽然有一些设计人员，但水平参差不齐，有的还没有设计资质；相反的是有的设计院有设计资质，但设计人员接触钢结构极少，专业水平较差。 2. 注意区分不同等级钢结构与钢网架结构对资质的需求：钢结构与钢网架结构对资质要求有所不同，主要区别在二，三级施工企业。二级施工企业可以承担跨度30M以下一总重量 1000T以下、单体建筑面积20000 m2 以下的钢结构工程和边长70M以下、总重量300T以下，建筑面积5000m2 以下的钢网架结构工程；三级企业可承担跨度20M以下一总重量500T以下。单体建筑面积5000m2 以下的钢结构工程和边长20M以下、总重量100T以下、建筑面积1000m2以下的钢网架结构工程。 （三） 钢结构的质量控制 在钢结构的设计、制作与安装等过程中，都要以“精度控制”为主线，强调“精、细”。 1.测量控制 在钢结构的制作及安装过程中，其测量仪器、工具必须经过经技术监督部门检验标定，同时，必须注意这些仪器工具的精度是否与钢结构生产要求相匹配。 2.制作加工工艺控制 在钢结构的制作过程中，要采用高精度的加工方法，要预测各工艺过程中的各种变形，采取相应的防止变形措施。如焊接产生的收缩变形，就要采取释放消除余量。小变形焊接、自动对称焊接方法等等。 3.预埋控制 预埋地脚螺栓是钢结构安装施工现场的重点工作项目，方法不当极易造成质量事故。为控制预埋螺栓精度，我们组织工程师创新预埋螺栓的施工工艺（在质量通病防治一章中详细说明）。 4.拼装控制 钢结构拼装一般采用平面拼装法，精度要求较高，要求在工厂模拟施工现场的实际工作状况进行预拼装。当拼装出现偏差时，要仔细查找原因，采取相应措施进行处理。 5.防腐及防火涂装控制 （1）防腐涂装 钢结构的防腐主要分为防大气腐蚀和防土壤腐蚀两种。涂层一般分为底漆、过渡

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层、中间层及面层等四层。除了要控制涂层厚度以及涂装工艺要求外，也要掌握各种涂装材料的基本性能，对工程进行有效控制。 （2）防火涂装 钢结构的防火要求较高，其耐火极限与耐火等级密切相关，在同一耐火等级下，梁、柱、板等不同构件的耐火极限各不相同。但在施工过程中往往造成所有的构件都是刷同样厚度防火漆的现象，这样极易留下安全隐患，由专业技术负责人认真对照图纸，对主要结构构件的耐火极限及防火涂层厚度进行认真检查。 （四）施工安全控制 施工安全生产责任制的建立固然重要，但更重要的是要检查安全管理措施是否真正到位。项目负责人一是要要求施工单位对工人进行安全技术交底及安全教育，签字后交基建科备查。特别要对中途进场的施工人员进行安全技术交底及安全教育是否到位的检查；二是要要求施工单位对高空作业人员定期进行身体检查，严禁带病进行高空作业。这就在每天上班前安全管理人员要对高空作业人员进行间询；三是要重点检查高空作业人员是否正确系好安全带，拉好安全绳，作业现场下面是否挂好了安全网。 二、质量通病的防治 （一） 预埋地脚螺栓偏位 （1）产生原因 1）预埋时没有精确到位； 2）浇灌硂时挤压移位； 3）施工机械造成的碰撞错位； （2）防治预埋地脚螺栓偏位施工工艺及控制措施 1）．工艺原理 以独立的支架系统，利用定型模具定位预埋螺栓，经经纬仪和水准仪多次精确调整和校对，一次性浇注混凝土承台及柱基，达到准确预埋。 2）．.工艺流程及操作要点 工艺流程：制作样板→在样板上弹线钻地脚螺栓孔并由质检员对其成品进行检测→将螺栓穿入孔中并上下用螺母上紧→用ф12的钢筋与螺栓焊接成一个整体→在需预埋螺栓的柱或地梁四周打入钢管架以便悬吊螺栓骨架→用经纬仪、水准仪确定螺栓骨架的位置及标高并用悬吊铁丝进行微调→用ф12附加筋将螺栓骨架与柱或地

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梁的箍筋点焊固定→再次检查螺栓骨架位置及标高无误后拆除样板→摸好黄油缠麻绳外包塑料袋以保护丝扣→浇筑混凝土→在混凝土终凝前用经纬仪、水准仪检查纠正螺栓骨架的位置及标高→交付钢结构验收 操作要点：①. 由木工制作样板，先将整块木板按规定尺寸切割好，按图纸螺栓定位尺寸在木板上弹定位墨线，在有地脚栓的位置用木工钻头在木板对应的位置钻眼，钻头选用比地脚螺栓大1mm的钻头，螺杆在进场后应上油保养（图1）。 ②.样板制作完毕并验收合格后，将螺栓用双螺母固定在样板上，将水平、垂直位置调准，用直径ф12钢筋将螺栓焊成一个骨架整体，设上下两道钢筋环箍，从而牢牢控制了螺栓的相对位置（图2）。 ③．在需要预埋螺栓的柱、地梁四周打入钢管竖杆，并锁上水平横杆，用铁丝将螺栓骨架及样板悬吊于预埋螺栓处上方，用水准仪对样板操平，再用经纬仪对样板上的定位线复核，移动悬吊样板的铁丝进行细微调动，直到木盒上的定位线和经纬仪扫的线一致，再用水准仪操平后，并用ф12附加钢筋将螺栓骨架与柱或地梁钢筋箍筋焊死（图3）。 ④. 用经纬仪、水准仪同时复核螺栓标高及轴线，准确无误后，拆除样板，摸好黄油缠麻绳外包塑料袋以保护丝扣。 ⑤. 在浇筑混凝土时，要用经纬仪、水准仪同时对木盒上螺栓的定位线、标高跟踪检查，严格控制振动棒插入点，防止碰撞螺栓骨架。待混凝土终凝前再次检查校正，无误后交与钢结构验收。 3）规范 钢结构工程施工质量验收规范(GB50205-2001) 混凝土结构工程施工质量验收规范(GB50204-2002) 4）质量标准 项目 允许偏差（mm） 螺栓露出长度 +30——0 螺纹长度 +30——0 螺栓中心偏移 5 水平度 L/1000 5）质量控制措施 焊工必须持证上岗，焊接时不得焊伤主筋，焊渣要清净；所使用钢尺及仪器必

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须经过校正，并在使用期范围内；在混凝土浇筑过程中，应在基础四周均匀对称下料，避免因下料不均匀混凝土流动造成螺栓位置偏移。随时检查螺栓位置和标高，发现螺栓位置偏移及标高变化应及时调整。 （二）构件拼装偏差 （1）产生原因 1）构件在运输及堆放时产生变形； 2）起吊后产生挠曲变形； 3）安装时的累计误差； （2）防治措施 l）构件在装车运输过程中要采取有效保护措施，卸车堆放必须垫平整； 2）对大型构件的起吊位置，要经过计算确认；多台吊机同步作业时，要统一指挥，平稳起吊； 3）为尽量消除累计误差，构件在拼装时应从中间往两边分，并加强过程量测，发现偏差后，要及时找出原因并调校好；安装过程中如发现偏差过大，千万不能强行校正或随意扩孔，应交设计采取技术补救措施解决。某工地有一单层厂房，在安装钢构梁时发现偏差过大，施工方采取用绞车强拉纠偏，结果造成结构失稳倒塌，好在没有造成人员伤亡。 （三）钢柱垂直偏差 （1）产生原因 钢柱吊装完成后，柱脚垫块没有及时垫好，或者垫块不平衡； （2）防治措施 钢柱吊装完成后，要在柱脚的四个方向及时加塞钢垫块，防止钢柱加荷后失稳变形。当测量校正完成之后，要及时进行二次灌浆，并要确保灌浆质量； （四）屋面及天沟漏水 (1)产生原因 搭接收口收边不好，打胶不好； (2)防治措施 屋面漏水多发生在屋面板与采光板、通风设备之间的搭接处，故应对上述位置作重点检查。天沟漏水除多发生在搭接位置外，要特别注意屋面板伸人到无沟处的搭接收边，要防止雨水倒流进室内；同时要注意天沟内的排水管帽应使用球型管

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帽，不宜使用平蓖管帽，以免造成排水不畅。 (五) 吊车梁摆动 (1)产生原因 吊车梁弹簧垫片松动，或者固定螺栓松动； (2)防治措施 吊车梁的钢板弹簧垫片通常是按图纸要求焊接在牛腿上，焊接质量如何，专业技术负责人一定要登高检查，确保质量。对于固定螺栓，则应逐个全数检查。螺栓螺栓附加筋箍筋主筋图1 单根螺栓示意图图样板固定螺栓示意图附加筋焊接示意 关键技术及创新点 钢结构工程精细化预控管理技术的核心是预控和精细两者缺一不可，互为依托，相互补充，两者合一自然产生巨大的管理效益。打个比喻预控管理在项目设计、施工前是红花，精细管理是绿叶；预控管理在施工时是绿叶，精细管理是红花。精细化预控管理技术从大方向着眼，从细微处入手，更加强调两者的完美结合，致力实现在钢结构厂房项目管理中创新各项技术，在钢结构厂房项目实施中寻求更有效的管理手段，以期更好更快地完成钢结构工程项目。 一 精细化预控管理 （一） 使用功能，工艺要求及设计意图，对钢结构的结构选型，材料使用提出专业意见，这对于优化设计，使之即合理地满足使用功能要求，又能降低工程造价，从而体现出精细化预控管理的价值，具有较大的帮助。

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（二） 认真审查钢结构设计及施工单位的资质，强调从源头严格把关。 （三） 钢结构的质量控制: 在钢结构的设计、制作与安装等过程中，都要以“精度控制”为主线，强调“精、细”管理。 （四） 施工安全控制：强调安全预控，过程精细控制。 二 质量通病防治 利用精细预控管理的控制手段对预埋地脚螺栓偏位、构件拼装偏差、钢柱垂直偏差、屋面及天沟漏水、吊车梁摆动等质量通病进行产生原因分析采取有效措施进行预控管理。并且通过精细预控管理创新了预埋地脚螺栓施工工艺。 应用情况 通过钢结构工程精细预控管理及质量通病的防治研究，加快了工程进度，确保了工程质量，节约工程造价，提升了钢结构工程的精细化预控管理水平。 1.充分运用了精细预控管理手段，根据钢结构厂房的使用功能、工艺要求、现场情况组织专业人员进行优化、细化、深化设计，使之即合理地满足使用功能要求，又降低了工程造价。砂棚的跨度超过40M，且没有配置吊车，通过精细预控管理手段比较钢网架结构与轻钢结构，其单方造价比轻钢结构低。矿车维修车间与锅炉房交接处基础设计方案运用精细预控管理手段提出了三种设计方案组织专业技术人员进行技术经济比较，最终选择了原混凝土框架柱化学锚栓固定钢牛腿的设计方案。采用此方案节约了工程造价，加快了工程进度，增加了使用面积。支护材料车间与锅炉房及水泥库紧密相连，其基础形式的选择至关重要，我们组织专业技术人员运用精细预控的方法周密考虑，提出了多种方案进行经济技术比较，最终选择了锚杆静压桩的基础方案。采用此方案充分利用了原建筑外墙节约了工程造价，加快了工程进度，增加了使用面积。 2. 充分运用了精细预控管理手段组织专业技术人员对钢结构的质量进行了控制: 在钢结构的设计、制作与安装等过程中，以“精度控制”为主线，强调了“精、细”管理。在钢结构工厂制作阶段：审查工厂的工程项目组织管理系统；审查工厂的质量控制方案；审查材料质保书；确定材料复查内容；参与材料复查试验；参加焊接工艺评定试验；审查无损检测（NDT）人员资质及有关设备的鉴定有效期。检查除锈、涂装设备情况，是否符合有关技术要求，其产品质量是否能符合技术条件的要求。在钢结构安装阶段：安排专业技术负责人在吊装前与制作厂一起对所有柱梁标高，柱梁间距等有关数据进行复测，对焊按施工与变形控制方案进行检查，对

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吊装过程中起重、吊运方案乃至交通按排进行协调。吊装后对梁间装配状况与支座密贴情况进行检查。吊装完工后对现场主要受力焊缝进行表面质量、无损控伤、涂装进行检查。由于钢结构尺度往往以毫米计算，土建尺度往往以厘米计算，分头施工易造成总体吊装产生不吻合或局部返工。为此在制作接近完工时，事前进行了协调，以避免差错。总之，运用精细化预控管理手段很有效的保证了钢结构的质量。 3. 施工安全控制：强调了安全预控，过程精细控制。 4.质量通病防治：充分运用了精细化预控管理的控制手段对预埋地脚螺栓偏位、构件拼装偏差、钢柱垂直偏差、屋面及天沟漏水、吊车梁摆动等质量通病进行产生原因分析采取了有效措施进行预控管理。并且通过精细化预控管理创新了预埋地脚螺栓施工工艺。 经济社会效益 经济效益： 精细预控前精细预控后精细预控后加节约投资（万元） 投资（万元） 投资（万元） 大使用面积 砂棚 矿车维 修车间 支护材 料车间 精细预控后总节约投资（万元） 220 43 180 33 30 m2 220-180=40 (43-33)+（30×33/506）＝12 175 145 100 m2 （175-145）+（100×145/890）＝46 40+12+46=98 计算依据： １．节约投资=精细预控前投资—精细预控后投资+加大使用面积×单方实际造价。 ２．单方实际造价=精细预控后投资÷建筑面积。 ３．建筑面积：矿车维修车间建筑面积506m2；支护材料车间建筑面积890m2。 社会效益：通过钢结构工程的精细预控管理及质量通病的防治进行研究，确保了钢结构工程质量，加快了工程进度，提升了钢结构工程的精细化管理水平。充分运用了精细预控管理的控制手段对预埋地脚螺栓偏位、构件制作拼装偏差、钢柱垂直偏差、屋面及天沟漏水、吊车梁摆动等质量通病进行了预防，效果显著。并且预

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埋地脚螺栓新工艺很值得推广应用。 钢结构的技术难度会越来越大，加工、安装精度要求也越来越高，质量问题也会愈来愈受关注。推广应用钢结构工程的精细预控管理及质量通病的防治研究成果能切实有效地保证钢结构工程质量减少工程质量通病、节约资金避免浪费，加快工程进度，产生较大的社会效益。汲取钢结构工程的精细预控管理及质量通病的防治研究成果精髓在今后的工程管理中大力推广应用精细预控管理，对提升管理效能和整体工程管理水平极具价值。

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