搜索
鸟巢的施工工艺工程介绍支撑布置主桁架分段主桁架吊装工艺施工难点和特点目录12345一、工程介绍国家体育场位于北京市城府路南侧，奥林匹克公园中心区内，是北京2008年奥运会的主体育场。主体结构设计使用年限100年，耐火等级为一级，抗震设防裂度8度，地下工程防水等级1级。工程主体建筑呈空间马鞍椭圆形，南北长333米、体的巨型空间马鞍形钢桁架编织式“鸟巢”结构，钢结构总用钢量为4.2万吨，混凝土看台分为上、中、下三层，看台混凝土结构为地下1层，地上7层的钢筋混凝土框架-剪力墙结构体系。钢结构与混凝土看台上部完全脱开，互不相连，形式上呈相互围合，基础则坐在一个相连的基础底板上。国家体育场屋顶钢结构上覆盖了双层膜结构，即固定于钢结构上弦之间的透明的上层ETFE膜和固定于钢结构下弦之下及内环侧壁的半透明的下层PTFE声学吊顶。二、主桁架分段及设备选择•大跨度空间巨型桁架的吊装分段很重要，不仅要考虑各分段重量、安装作业半径和国内、现有吊机资源的匹配，同时各分段在支撑塔架上的临时固定及相互搭接各分段间吊装顺序的确定同样是施工的关键。根据支撑塔架的设置及主桁架的空间交叉情况，将屋盖主桁架共分成182吊。其中，内环吊装单元共96吊，空间桁架16吊，平面桁架80吊；外环吊装单元共86吊，均为平面桁架。综合考虑体育场主桁架大型构件的吊装，主桁架最终选用一台CC4800型800T履带吊和CC2800型600T履带吊吊装。800T履带吊在场外吊装外环主桁架，600T履带吊在场内吊装内环主桁架。内外环800T、600T履带吊的工况选用如下表所示：三、支撑布置及设计技术条件国家体育场屋盖钢结构属大跨度空间巨型桁架结构，构架自重产生的内力所占比例较大。根据钢结构安装施工组织设计，钢结构总体安装采用分段吊装高空对接的方法（也简称散装法）施工，在结构施工过程中设置了78个支撑点，支撑点设置在主桁架下弦交叉节点的位置，如下图所示。设计技术条件•支撑塔架设计的技术条件来源于支撑卸载分析的结果，它给出了整体、分级同步的卸载过程中，各个支撑点在各个卸载子步的反力情况。统计其中每个点在所有步骤中的最大反力就是施加在支撑塔架上的使用荷载。•同时，在桁架的安装过程中，虽然支撑塔架所受的竖向力没有在卸载过程中相应支撑点最大反力大，但先内环、后外环的安装顺序使得施工过程主桁架独立承受的风荷载很大，并作为一个水平集中荷载施加在塔架的柱顶。因此，主桁架在安装过程中所受的风荷载也是支撑塔架受力分析的一个控制工况。国家体育场的建筑顶面呈双曲马鞍形，最高点高度为69.1m，最低点高度为40.7m。这样的屋盖外形也决定其安装过程中的支撑塔架的顶面整体外形也呈马鞍形、塔架高，这是支撑设计的又一技术条件。四、主桁架吊装工艺•根据主桁架的分段及现场场地使用情况，空间主桁架采用立拼、平面桁架采用卧拼的拼装方式。（一）空间桁架吊装工艺空间桁架虽然吊装吨位较平面桁架大，但其采用立拼方式拼装，脱胎后不用起扳、回直直接调平就位，吊装工艺相对平面桁架简单，空间桁架主要是脱胎和调平及其过程中的主要控制措施：（1）空间桁架吨位大，分担到滑轮组上的受力也大，如图3.4所示，采用多门滑轮组在调平过程跑绳行程长。传统构件姿态调节工具采用葫芦调整，速度慢、要换行程次数多。本工程采用小型汽车吊来抽滑轮组跑绳，由于汽车吊高，整体调整过程更换行程的次数少，抽绳快，效率高。•（二）平面桁架吊装工艺平面桁架虽然吊装吨位较空间桁架小，但其采用卧拼方式在龙门吊下拼装，脱胎同时起扳、回直，而后在龙门吊拼装时吊点场地外调平再提升就位，吊装工艺相对复杂，平面桁架吊装主要是脱胎、起扳和调平等施工工序及其过程中的主要控制措施：•（1）脱胎时800T履带吊提升主桁架的上弦，两台龙门吊提下弦三机抬吊。三机抬吊三吊点平面投影范围包含重心，保证三点同时受力，如图3.5所示；同时，过重心垂直构件上下弦的辅助线到两龙门吊点的距离相等，确保两龙门吊均载，且便于在起扳过程中监测、控制。（2）脱胎后起扳，起扳时为监控桁架下弦两头均衡提升，在下弦吊挂两盘卷尺监测下弦离地距离。当两头离地距离不等时，调整两龙门吊吊钩使构件两端平衡。由于龙门吊钩下没有测量构件重量的仪器，这里通过控制两吊点至重心线的垂直距离及起扳过程中两点平衡，确保两龙门吊均匀受力。（3）构件起扳调平后，吊车开行至就位点就位，为合理使用大型吊机，采用卡马板就位的方式就位。根据吊装构件的长度、重量、重心位置，计算上下弦断口卡马板临时固定受力需要的马板规格、长度、焊缝长度。先焊接上下弦上表面卡马板，构架到达安装就位位置，校正合格将其他三面卡马板焊接完毕，吊机即可松钩。目录五、在设计与施工方面存在很多特点及难点：①体型大，重量重•作为屋盖结构的主要承重构件，桁架柱最大断面达2国家体育场夜景•5m×20m，高度达67m，单榀最重达500吨。而主桁架高度12m，双榀贯通最大跨度145.577+112.788m，不贯通桁架最大跨度102.391m，桁架柱与主桁架体型大、单体重量重。②节点复杂•由于该工程中的构件均为箱型断面杆件，所以，无论是主结构之间，还是主次结构之间，都存在多根杆件空间汇交现象。加之次结构复杂多变、规律性少，造成主结构的节点构造相当复杂，节点类型多样，制作、安装精度要求高。③焊接量大•该工程工地连接为焊接吊装分段多，现场焊缝长度长，加之厚板焊接、高强钢焊接、铸钢件焊接等鸟巢内部居多，造成现场焊接工作量相当大，难度高，高空焊接仰焊多。④冬雨季施工•该工程主结构吊装时间需跨越冬季和春节，所以存在冬雨季施工，施工难度较大。国家体育场主桁架的安装难度主要表现在：1、屋顶主桁架整体支撑点的布置选择，吊装单元分段；2、空间主桁架的吊点、吊耳布置，索具选择；3、平面主桁架采用龙门吊辅助翻身的操作工艺；4、主桁架安装对口的处理。通过对以上各个难点的逐个研究分析，找出相应的对策，并以科学的试验为依据，国家体育场的主结构安装已经取得了工期、质量、安全上的全面成功，这也给同类工程提供了宝贵的借鉴经验。可以预言，我国的建筑钢结构焊接工程的焊接技术，将会遵循客观规律、实事求是稳步地向前发展，不久的将来将会进入世界领先行列。THANKS!