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國家體育場（鳥巢）特大型空間異型鋼結構工程施工技術

作者：建筑鋼結構網    
時間：2009-12-22 20:46:58 [收藏]
隨著國民經濟的發展及全民健身運動的推廣，大型體育場館的建設越來越多，規模也越來越大。在這些高、大、新、特工程的建設中，我國的鋼結構施工和制造企業創造出了一個又一個世界之最。舉世矚目的國家體育場作為20

    隨著國民經濟的發展及全民健身運動的推廣，大型體育場館的建設越來越多，規模也越來越大。在這些高、大、新、特工程的建設中，我國的鋼結構施工和制造企業創造出了一個又一個世界之最。舉世矚目的國家體育場作為2008年北京奧運會的主會場，作為北京最大的、具有國際先進水平的多功能體育場，就是其中最具特色的代表。國家體育場鋼結構工程規模巨大、造型奇特，結構形式和節點構造極其復雜，施工質量要求高，現場情況復雜，施工過程中，不但要考慮總體施工組織、支撐塔架設置、特大型構件吊裝、空間異型構件安裝、安裝精度控制、鑄鋼件與高強鋼焊接、厚板與低溫焊接、冬季施工、結構合攏等技術方案，而且還要考慮主結構安裝完成后的支撐塔架卸載與拆除方案、防腐涂裝方案及安全措施設置方案，施工技術難度相當大。該結構國內獨一無二，國際上也尚屬首創。為實現建設“國內最好、世界一流”的體育場，全面貫徹落實“綠色奧運、科技奧運、人文奧運”的理念，確保圓滿完成鋼結構工程安全、質量、功能、工期和造價等方面的建設目標，必須根據工程的特點和難點，進行國家體育場（鳥巢）特大型空間異型鋼結構工程施工技術研發。此研究屬于建筑工程施工技術領域，成果主要內容如下：
    　　1.完成了支撐體系設計與制作、安裝技術
    　　（1）根據鋼結構特點、吊裝分段形式和下部混凝土看臺結構的布置情況，在主桁架下弦交叉節點的位置設置80個3×3m格構式支撐塔架。
    　　（2）支撐塔架設計成標準節形式，塔架頂部設置十字形箱型梁和H型鋼支頂裝置。
    　　（3）為便于運輸和重復利用，部分支撐體系采用可拆卸式多功能支撐塔架，支撐塔架主肢采用十字形柱。
    　　2.完成了巨型鋼桁架吊裝技術研究
    　　（1）選定“散裝”方案，并根據國內外吊車資源情況，將主體結構劃分為230個安裝單元，采用2臺800t和2臺600t履帶吊分三個階段六個步驟按分段單元吊裝順序進行安裝。
    　　（2）桁架柱采用就近整體拼裝、分段吊裝的方法。主桁架外圈和中圈的平面主桁架采用兩點吊裝，局部牛腿較長的桁架增設一個穩定吊點；內圈立體主桁架采用三點吊裝，一個主吊點和兩個輔助吊點。
    　　（3）桁架柱下柱采用三點吊裝，上柱采用四點吊裝。下柱吊裝時，內柱設置主吊點和圓管吊耳，以便于起吊直立過程中鋼絲繩的轉動；兩外柱設置副吊點和板式吊耳，以便于桁架柱吊裝時的平衡調節。上柱吊裝時的吊點均設置在外柱彎扭段頂面，且主吊繩采用走通方式，以確保主吊繩的受力。
    　　（4）桁架柱安裝時，下柱上端設置剛性拉撐，上柱頂端設置穩定風繩。
    　　3.完成了鋼屋蓋合攏技術研究
    　　（1）盡量選擇在與合攏時相近的溫度條件下或低于該溫度的條件下進行合攏段的安裝，以方便構件的進襠，控制合攏時的坡口間隙，該間隙大小考慮溫度變形計算結果和焊接收縮變形。
    　　（2）盡量采用小間隙安裝法，避免合攏時合攏口間隙過大。
    　　（3）合攏口采用卡馬搭接連接，卡馬的大小和數量根據該接口部位的受力計算確定。
    　　（4）按合攏線依次進行合攏，先進行主桁架的合攏，再進行立面結構的合攏，主桁架合攏時，先進行兩大施工區域內部合攏線的合攏，再進行兩大施工分區間合攏線的合攏，同一合攏線的各合攏口同時、同步合攏。
    　　（5）建立以熱電偶作為測溫元件的自動測溫系統。溫度測試點共布設60個。
    　　（6）合攏安排夜間進行。
    　　4.完成了支撐塔架卸載與拆除技術研究
    　　（1）采用液壓同步控制系統進行卸載。
    　　（2）卸載的總體順序按七大步和35小步進行，并且在外、中、內三圈支撐塔架各圈卸載過程中保持同步，三圈支撐每次卸載的位移同各點的最終總位移保持等比關系。
    　　（3）對于每個卸載支撐點，在卸載過程中采用保護支撐點和卸載千斤頂輪流作用的卸載方式，并在每一小步卸載完成后，及時調整千斤頂的垂直度，消除水平位移的累積和水平位移對卸載千斤頂的影響。
    　　（4）在主桁架下弦下表面設置斜坡墊，千斤頂上端設置鞍座（可轉向）和支托，支托與斜坡墊之間放置兩塊鏡面不銹鋼鋼板，以減少水平位移對液壓千斤頂的影響。
    　　（5）對于采用兩只千斤頂卸載的點，考慮到兩只千斤頂同步工作的需要和在卸載同步操作過程種可能存在的差異，在同一點的兩只千斤頂選擇為同型號產品，并且在油路上作串通處理，確保兩只千斤頂可以提供同樣的頂升力。
    　　（6）支撐塔架的拆除采用吊車、卷揚機進行拆除，以加快支撐塔架的拆除進度。
    　　通過國家體育場（鳥巢）特大型空間異型鋼結構工程施工技術研發，在總體施工技術路線的基礎上，通過吸收以往工程經驗，形成了一整套國家體育場（鳥巢）特大型空間異型鋼結構工程施工技術：（1）特大型、空間異型鋼結構安裝綜合技術；（2）多功能可拆卸式支承塔架的研發和使用；（3）計算機動態吊裝模擬，包括吊裝現場平面模擬、巨型鋼桁架吊裝分段的重心和吊點位置確定及巨型鋼桁架吊裝全過程工況模擬分析；（4）熱電偶自動溫度監測系統在合攏溫度監測中的應用；（5）分區分級等比例液壓同步卸載技術。該系列方案內容全面深入，可操作性強，特別是支撐體系設計方案、巨型鋼桁架吊裝方案、合攏方案及支撐塔架卸載和拆除方案考慮細致，既具有一定的針對性、創新性，又帶有通用點和借鑒點。國家體育場（鳥巢）特大型空間異型鋼結構施工技術的應用，既確保了國家體育場鋼結構工程現場施工的安全、質量、進度，又大大降低了工程成本。國家體育場（鳥巢）特大型空間異型鋼結構施工技術在國內處于領先并達到國際先進水平。
    　　國家體育場（鳥巢）特大型、空間異型鋼結構工程施工技術于2005年10月至2006年11月應用于國家體育場鋼結構工程的安裝施工中，該技術的實施，既降低了國家體育場鋼結構工程施工成本，直接經濟效益達219.5萬元，又確保了工程安全、順利完成，取得了業主和監理的一致好評。國家體育場鋼結構工程為我國大跨度空間鋼結構的新形式作了大膽的嘗試，并取得了很好的效果。該工程的成功為我國大跨度體育場館的建設提供了寶貴的經驗，也使我國的大跨度鋼結構的施工技術邁上了一個嶄新的臺階。該技術具有廣闊的推廣應用前景，對類似的場館建設具有指導和借鑒作用。
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