沈阳市的冬天气温低并且严寒是众所周知的,这种寒冷往往令人不战而栗。当然,今年也不例外。2016年12月,沈阳市气温骤降,连续一周气温持续走低,温度已至零下20℃。沈阳南北快速通道项目的多个标段大部分钢立柱已经破裂且损伤严重,存在严重的安全隐患,情况十分危急,沈阳市质监局及时组织全面检查活动。后,经检查结果显示,宏信设备242支钢立柱在零下20℃的气温下依然丝毫无损,相关质量监控及成功经验受到重视。而其它公司的钢立柱早已有爆裂,裂缝甚至延伸至母材,问题较其严重,必须立即采取紧急措施进行处理。此次钢立柱质量及施工安全问题不但引起了沈阳市的重视也引起了沈阳市民的普遍关注。
钢立柱与其它的钢立柱有什么特殊差异吗?材料选择标准相同,总而言之,主要以宏信设备钢立柱焊接工艺为支撑,同时得益于我司质量控制体系及对此产品焊缝质量的专项控制流程。本次我司钢立柱能经受严寒的考验,除了项目部日常的严格要求之外,投标初始组织焊接工程师编制适应工厂施工和项目现场施工的“焊接工艺评定指导书”,同时依据“焊接工艺评定指导书”模拟施工环境进行“焊接工艺”可行性评定。焊接工艺评定过程中严格依照评定指导书要求进行材料选择及材料的坡口开设、严格控制组装精度、严格控制工厂内SAW焊接参数和现场环境下的GMAW焊接参数的选择并适时修正、严格控制UT检测环节、并针对北方冬季低温的特点,对不同质量的焊缝进行了“低温冲击韧性试验”得出焊接质量稍差的焊缝变脆倾向较明显,这提高了质量控制的警惕性。终获取了**质量的工艺参数后,依据PQR针对性修正编制了工厂施工和现场施工的WPS。为了**生产工艺得到有效的执行,生产过程中指派专业质量控制人员全程监控产品加工及UT等质量检测,甚至专程从杭州调派的焊接技师前往沈阳以**施工现场对接焊缝质量。也正是基于项目之初专业性、规范化的操作和整个过程严格认真的执行,终在各方努力下赢得了成功,同时为后期打造精品工程积累了更多丰富经验。
进入二十一世纪,钢结构在幕墙工程中大量应用,这是2000年以前根本没估计到的。随之而来就产生了幕墙工程中钢横梁和钢立柱可否采用焊接的现实问题。因为现行《金属及石材幕墙工程技术规范》 JGJ 133-2001 *5.6.6条规定“横梁应通过角码、螺钉或螺栓与立柱连接”,由此而来在许多工程中引发争议,停工的事件也时有发生。
如何理解JGJ 133-2001 规范中*5.6.6条规定的实际含义,如何在幕墙钢结构中合理应用焊接连接,已经成为不可回避的问题。
《金属及石材幕墙工程技术规范》 JGJ 133-2001 颁布于 2001 年,编制于1996~1997年,是上一个世纪九十年代的产物,距离今天已经有十四五年的历史了。理解和应用 JGJ 133 规范,不能离开当时的历史背景和技术水平。
我国从上个世纪八十年始出现幕墙,九十年代初形成幕墙行业。但是初进入这一行业的并不是建筑公司,而是飞机制造公司。当时幕墙公司几乎全是民的飞机制造厂,它们熟悉铝合金材料,但对钢结构比较陌生。当时幕墙主要应用于办公楼和酒店,层高一般3m~4m,采用铝合金型材完全可以满足受力要求。因此幕墙行业的共识是幕墙只用铝合金结构,不采用钢结构。当时幕墙的普遍称呼是“铝合金建筑幕墙”、“铝合金玻璃幕墙”。
1993~1995年编制《玻璃幕墙工程技术规范》 102-96 期间,经过努力,终于去掉了“铝合金”三个字,但是在幕墙中采用钢结构并没有被行业的大多数人接受。因此 JGJ 102-96 和 JGJ 133-2001 两本规范就是针对铝合金结构编制的,仅仅因为连接件不能不涉及钢材,所以才列入一些有关钢材的内容。正因为如此,规范许多条文的规定不适用于钢结构。
十五年前的技术条件下,铝合金结构现场焊接还很难实现;而螺栓和螺钉连接对飞机制造厂来说轻车熟路,非常习惯。所以 JGJ 102-96、JGJ 133-2001 两本规范很自然规定“横梁应通过角码、螺钉或螺栓与立柱连接”。这对当时的铝合金结构是万无一失的可靠作法,自然得到幕墙厂家的肯定。
十五年前编制 JGJ 133规范时,并没有幕墙设计审查制度,对黑体字条文的理解是“强调、提醒、着重”,提醒幕墙厂家“无特殊理由不要违反”。那时候谁也没有预料到后来会出现审查单位,会演变成今天的按条审查,“一条否决”。所以黑体字的强制性条文列得比较多,为了引起重视,甚至连一些并非的具体做法也写成黑体字,产生了后来强制性条文管得过宽的结果。
十五年过去了,客观现实已经发生了巨大变化,完全不同于上一个世纪的情况。但是规范一直没有修订,已经远远滞后于当前的技术水平,也不适应当前的技术管理制度。这就是问题和矛盾产生的历史原因。
既然JGJ 102 、JGJ 133 规范是针对铝合金结构编制的,不完全适用于钢结构,那么在规范的新修订版本颁布之前,幕墙钢结构设计的基本依据就应该是现行国家标准《钢结构设计规范》 GB 50017-2003。
《钢结构设计规范》GB 50017 适用于主体钢结构和围护钢结构。幕墙钢结构是钢结构的一部分,是处于《钢结构设计规范》的适用范围。
GB 50017规范对普遍适用的钢结构焊接作出了详细明确的规定,幕墙钢结构是钢结构的一部分,当然可以采用焊接。
时代在发展,技术在进步。十五年前铝合金结构现场难以焊接的问题现在已经不再是不可解决的困难。新颁布的《铝合金结构设计规范》 GB 50429 对铝合金结构的焊接作出了明确的规定。现在,即使是铝合金型材也不是非要螺栓连接不可,也可以采用焊接了。
幕墙钢结构采用焊接已经有十多年历史
规范 JGJ 133 是在1996 年开始编制的,由于它是针对铝合金型材编制,所以没有涉及钢结构如何设计的问题。于是九十年代有一些工程不接受规范JGJ 133的约束,直接按照《钢结构设计规范》 JGJ 17-87的规定,设计和建造了钢结构支承的幕墙,而且是采用焊接。
1996~1998年间,笔者参与了广州的广东省公安厅、广东省交通大厦、广东省建设银行大厦幕墙工程,其石材幕墙部分均采用了焊接钢结构(图1)。至今已经十多年过去,中间还经历了多次强台风的考验,使用情况一直良好。