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1、仿古钢结构与斗拱木构件组合施工质量控制,一、工程概况：,XX寺博物馆舍利塔工程为XX省XX县XX寺景区内的一座四角仿唐攒尖式佛塔，由基座和塔身两部分组成。整体建筑呈正方形,基座长29m,宽29 m,塔身外观七层七檐，内为地下三层,地上十四层(七明七暗）,总建筑面积5489.34m2,建筑总高度95m。其中塔刹高18.86m。本工程主体结构为钢结构框架，结合传统的木斗拱施工工艺，关键的柱头斗拱、枋部位为钢木组合结构。,二、小组概况 2.1小组组成,小组概况 表1,小组成员简介 表2,小组共11人组成，组长韩书清，平均接受TQM培训8课时，由管理层及操作层组成。,2.2小组活动日程安排：,三、PD
2、CA循环,3.1 P阶段：计划阶段（）,课题选择（）,（1）课题：仿古钢结构与斗拱木构件 组合施工质量控制,（2）选题理由有三：,本工程质量目标合同为合格，我公司自定为创XX省“飞天奖”和 国家“鲁班奖”。,舍利塔工程体量大，构造复杂，设计新颖，从查新检索报告结论可知此技术在国内无可供借鉴的施工经验。,通过新技术、新材料的应用，使传统建筑的艺术价值和美学得到继承和发扬。,舍利塔工程主体结构构架的施工采用了钢、木两种材料的特性和优点，主体钢结构由245直径的钢管斜撑、300300的方钢管檐檩、150300的矩形钢管椽与600直径的钢管柱组成三角支撑承托上部屋顶。斗拱、枋等构件采用木材制成或“包装
3、”形式，与主体结构进行组合施工。其结构形式请见右图。,木遮檐板,钢檐檩,木檐檩装饰,钢椽,连接螺杆,连接螺杆,连接螺杆,连接螺杆,钢斜撑,钢柱,图2：钢结构与木构件组合连接施工节点图,现状调查：（）,经过现状调查，传统古建筑木造结构的第一个特征是采用“构架制”，即由柱、枋、檩、椽等木构件支撑着屋面；第二个显著特征是“斗拱”的应用，成为柱与屋顶间的过渡部分(见古建木构架构造图如右图所示)。,耍头,昂,昂,拱,额枋,柱础,栌斗,檐柱,檐檩,椽飞,檩,梁,斗,图3：古建木构架构造图,该工程技术难点：,1、一般古建斗拱用材厚度均在80120mm厚之间，斗拱、枋木构件通过“榫卯”连接组合成木构架；而本工
4、程木斗拱采用唐代形制，用材275mm厚，一攒柱头斗拱的重量达2吨多重，用材体量在国内仿古建筑中罕见。2、钢结构与斗拱木构件组合施工在国内同类工程中是一项创新技术，它采用螺杆连接件的方式将木构件与钢结构进行组装连接，并将钢结构隐蔽在木构件内，整体构造表现出古代建筑形式与风格。3、构件所处安装位置高，施工难度大，质量要求严，施工速度快。,针对以上难点，小组查阅了大量的国内古建筑资料，又请古建专家进行讲解，结合施工图纸，分析节点构造和构件组成。经过仔细研究和分析后，针对“仿古钢结构与斗拱木构件组合施工质量控制”为课题，分析可能出现的问题进行调查。选取舍利塔工程中一层柱头斗拱为研究对象，首先画出斗拱节
5、点1:1实样，并在现场模拟制作1:1斗拱实体模型。请看下图：,图4：1:1实样操作图,图5：1:1斗拱钢骨架实体模型,质量缺陷调查表 表4,通过对实体模型进行现状调查，在“保证项目”全部合格的情况下，对“基本项目”和“允许偏差项目”进行统计分析如下：,质量缺陷统计表 表5,累计频率（%）,图7：质量缺陷排列图,1,1,2,8,12,8,0,4,12,18,24,908070605040302010 0,2,1,4,3,50%,83.3%,91.6%,100,A区,B区,C区,95.8%,5,频数（N=24个）,根据统计表画出排列图如下:,总结分析:由排列图可以看出,“钢木构件连接不严密”和“外
6、露的钢节点细部处理不完善”两个问题累计频率达83.3%，是影响仿古钢结构与斗拱木构件组合施工质量控制的主要问题，是需要解决的主要对象。但是根据拟设现状调查就是为目标设定提供依据的前提,经过对拟定两个主要问题进行数据分析：现状调查共检查了119个点,不合格24个点,合格率为（119-24）119100%=79.8%。假设以上两个问题全部解决，合格率达到（119-24+20）119100%=96.6%。考虑到上两个问题如果只解决90%，那么合格率为（119-24+2090%）119100%=95%。再结合本工程创优标准的要求，合格率不宜小于95%来看，可证实“钢木构件连接不严密”和“外露的钢节点细
7、部处理不完善”是需要解决的主要问题。,设定目标（12.15）,依据现状调查，设定目标为：目标一：斗拱安装分项工程施工验收合格率达到95%。目标二：艺术效果：斗拱等仿古构造符合唐代形制，整体建筑效果和谐统一，完整地体现古建筑的风貌。,原因分析（12.31）,针对两个主要问题小组采取头脑风暴法，进行了多次的讨论，广泛收集现场工人、班组长、质量检查员、各级工程技术专家的意见，集思广益，相互启发、相互补充得出以下因果关联图。,图8：因果关联图,要因确定（1.15）,我们小组采取调查分析、现场测量等方法，对以上9个末端因素进行要因确认，确认过程如下：,要因确认计划表 表6,末端因素1：古建工人技术操作不
8、熟练,现场验证情况：小组成员于08年1月1日对现场古建木工班组15人进行问卷测试结果显示，10人有木构件施工经验，5人木构件施工经验不足。小组成员于08年1月4日在现场召集古建木工班组15人分三组在一层柱头斗拱中选择三攒斗拱进行了现场技术交底和讲解，随后进行了制作测试，三组人员均能在规定的时间内完成斗拱的制作，经质量检查全部合格。,末端因素2：工艺流程不完善,末端因素3：监测仪器不到位,现场验证情况：小组成员于08年1月6日对现场的检测仪器进行摸底检查，检查结果表明，现场只有普通的水平仪和经纬仪，满足不了本工程的安装需要。小组成员于08年1月7日召开会议，经讨论分析，在安装过程中，配备精度高的
9、水平仪和激光经纬仪等工程测量仪器即可满足监测要求。,末端因素4：未制作样板模具,末端因素5：无钢木组合措施,现场验证情况：小组成员于08年1月8日对制作的斗拱实体模型进行检查，检查结果表明，钢木构件连接不牢固。小组成员现场讨论后认为钢结构与木构件的连接措施必须合理、可靠，才能保证整体结构构件受力的安全耐久。,末端因素6：过程监测不到位,末端因素7：钢结构节点“包装”细化不能协调统一,现场验证情况：小组成员于08年1月9日对现场实体模型进行了模拟试验分析，外露的钢结构部位或节点须采用“包装”装饰的方法，经过修饰处理后才能够完整地体现古建筑特征，整体效果才能和谐统一。,末端因素8：螺杆焊接质量不合
10、格,现场验证情况：小组成员于08年1月10日对现场的斗拱实体模型的螺杆焊接节点进行外观检查，并做了螺杆拉拔力试验，检测结果“合格”，符合设计要求。,末端因素9：古建的质量验收标准不能满足要求,现场验证情况：小组成员于08年1月12日根据古建筑修建工程质量检验评定标准对现场的实体模型进行了检查验收。检查结果表明，由于本工程的实际情况与古建筑传统的榫卯连接不一样，验收标准不适合。经过小组讨论分析，结合本工程特点和实际情况，依据古建筑修建工程质量检验评定标准（北方地区），制订了适合本工程的钢木构件施工质量验收标准进行质量验收，即能满足设计要求。,确定要因,1、工艺流程不完善2、无钢木组合措施3、过程
11、监测不到位4、钢结构节点“包装”细化不能协调统一,制定对策（1.31）,针对“仿古钢结构与斗拱木构件组合施工质量控制”的主要因素，制定如下对策表：,对 策 表 表7,3.2 D阶段：对策实施（3.15）,小组成员根据对策表，组织实施安装第一层柱头斗拱，实施如下：,实施一：工艺流程不完善,措施：为了能完整准确地把握钢木构件的连接，解决模型中存在的问题，根据1:1的柱头斗拱实体模型，制作、安装第一层柱头斗拱，总结编制了“仿古钢结构与斗拱木构件组合施工操作工艺流程”，具体如下：斗拱等仿古构件的大样确定1:1柱头科斗拱节点模型斗、拱、枋等木构件的制作主体钢结构柱、梁、枋等钢构件的制作安装固定木构件的钢
12、支撑焊接安装螺杆、木构件连接件焊接木斗拱分件组装、连接檩、梁、枋等钢构件的木板“包装”遮檐板吊顶封闭。,小目标验证：通过对一层斗拱安装结果进行检查表明，操作者均能熟练掌握此工艺流程，使工程质量得到有效控制，相应编制完善的工艺流程。,图15：舍利塔施工过程及效果图,实施二：无钢木组合措施,措施：1、在木构件制作中，首先考虑到钢斜撑将斗拱的前部与后尾断开影响斗拱的视觉效果，施工中将一攒斗拱按实样分前后两部分,斜撑前半部分按斗拱出踩分件制作，后尾三角部分分五层制作。,图16：一层斗拱安装图,钢斜撑将斗拱分为前后两部分,后尾三角部分,斜撑前部分,2、斗拱拼装简化了传统的榫卯连接的固定方法，在斜撑下部每
13、踩斗拱的斗口中心位置焊接螺杆固定。,图17：一层斗拱安装图,连接螺杆,连接螺杆,3、为了保证整体斗拱的稳固，在每踩斗拱的后尾用扁钢片与钢构件连接固定。,图18：扁钢片连接件加工,图19：斗拱后尾连接图,扁钢片连,接节点,钢斜撑将斗拱分,为前后两部分,小目标验证：通过分件制作、螺杆固定和扁钢片连接，既保证了钢木构件之间的可靠连接，又防止钢-木因温度变形收缩引起后期地仗油饰开裂的问题出现。说明措施有效率100%。,实施三：过程监测不到位,措施：1、施工中钢檐檩、钢斜撑按1：1实样套样组装，在与柱身安装焊接时，保证每个斜撑与柱身夹角一致成42，其次采用激光经纬仪、拉通线方法控制纵向钢斜撑的垂直度在3
14、mm内，横向钢檐檩水平位移在5mm内。2、在斜撑上套样板焊接螺杆，复核螺杆与木构件螺孔严丝合缝。扁钢片连接件按木构件分配位置画线后焊接，保证凹入木构件内，表面接缝不大于0.5mm。,3、斗拱在分件安装时，用水平仪、小线控制同层构件平直度不大于3mm，进出错位不大于3mm；用经纬仪、小线控制构件竖向垂直度不大于3mm。4、检查分件斗拱安装严实无缝，钢构件修饰部位线条过渡自然顺畅。小目标验证:通过对斗拱安装过程进行全过程、全方位跟踪检查,使钢斜撑的垂直度偏差控制为3mm,钢檐檩水平位移为5mm，平直度为3mm，进出错位为3mm，垂直度为3mm。,实施四：钢结构节点“包装”细化不能协调统一,措施：1
15、、斗拱木构件安装时，将外露的钢斜撑部位用木板与拱身贴平，在昂、拱的线条分界处，作10mm的隐刻线过渡处理,避免了因钢-木材质不同而造成的斗拱不完整缺陷。,拱身隐刻线,昂身隐刻线,图20：隐刻线节点图,2、钢檐檩所处的位置为古建筑中挑檐檩的位置，但由于钢檐檩截面超出令拱斗口位置，将钢檐檩相对向后移动后，在前立面用木板包成挑檐檩的形式。,隐刻线,图21：斗拱隐刻线效果图,图22：钢梁包枋图,木龙骨,H型钢梁,木龙骨,外包木板,外包木板,外包木板,钢梁外包枋示意图,用木板对钢斜撑进行包装,3、外露的钢梁、钢节点采用木龙骨、木板“包装”成仿古构件枋、檩、椽的效果。,4、檐口内外采用木遮檐板的做法巧妙地
16、遮盖了檐口飞椽下部钢结构节点。,小目标验证：钢构件通过采用木板“包装”与木构件组合施工的工艺，又经过一定的细部处理和巧妙地装修，使古建筑斗拱构架形式完整地再现，使不同材质的构件组合在艺术形式上和谐统一。,图23：翼角仰视图,木遮檐板,图24：檐口飞椽图,木遮檐板,目标对比表 表8,3.3 C阶段：效果检查（3.31）,主体第一层斗拱安装分项工程经监理（依据制定的钢木构件施工质量验收标准QBJ/JYJ04003-2008）验收合格率为98%，达到优良。,98%,79.8%,实施前,目标值,实施后,95%,100,90,80,70,%,图25：对策实施前后实测合格率对比柱状图,3.4 A阶段：成果
17、巩固、总结和展望（5.31）,、成果巩固 1、通过对第一层柱头斗拱的制作、安装过程的控制，总结编制了作业指导书，用于指导二七层柱头斗拱的制作、安装，下表是对二七层斗拱安装分项工程进行验收的实测结果，从表中可以看出实施措施已得到巩固。,目标对比表 表9,2、标准化：结合三合一贯标体系文件，公司科技管理中心将此钢木组合技术标准化，纳入公司作业指导书，将编制的“钢木构件施工质量验收标准”纳入公司的企业标准，其编号为QBJ/JYJ04003-2008。并应用于xx天狮集团办公接待2楼项目推广应用。此项技术经XX省建设厅鉴定委员会鉴定，达到国内领先水平，经专家评审为省级工法，正在积极申报国家级工法。,3
18、.4.2 总结和展望,1、本工程采取精确配料、合理用材、耗材利用等技术措施，节约了大量木材，累计约200m3，取得经济效益值51万元。施工中仅木斗拱构件安装一项可提前工期35天，提高了工效，取得经济效益值15万元。2、本工程荣获XX县委、县政府“2007年度支持XX经济发展贡献奖”。监理单位、检测单位、建设单位以及钢结构专家对我们的施工质量及施工进度十分满意，许多单位及个人慕名前来参观学习，取得了良好的社会效益。,自我评价表 表10,3、通过这次QC活动，小组成员依靠集体智慧实现了目标，在xx省树立了公司的良好形象。同时小组成员各个方面能力均有不同程度的提高，其自我评价表及雷达图如下所示：,4、本次活动中我们对“仿古钢结构与斗拱木构件组合施工质量”进行攻关，此成果荣获“二OO八年度优秀QC小组一等奖”、“XX建筑工程（集团）总公司二00九年度QC成果一等奖”和“二00九年度XX建筑施工企业优秀QC小组一等奖”，取得了预期的效果。目前，小组成员正在为下一个活动目标确保钢木构件表面地仗油饰质量和艺术效果而努力，大家正期待着新的小组目标的实现。,发表完毕，谢谢大家！,
