國家體育場鋼結(jié)構(gòu)施工關(guān)鍵技術(shù)

1、1國家體育場鋼結(jié)構(gòu)施工關(guān)鍵技術(shù)李久林高樹棟邱德隆李文標(biāo)萬里程魏義進(jìn)陳橋生提要：本文主要從方案選擇、施工部署、主次結(jié)構(gòu)吊裝、鋼結(jié)構(gòu)合攏和支撐卸載以及厚板焊接等方面對國家體育場鋼結(jié)構(gòu)工程安裝過程中的關(guān)鍵施工技術(shù)進(jìn)行了介紹，期望對類似工程施工提供參考。關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu)、吊裝、合攏、卸載、厚板焊接、關(guān)鍵施工技術(shù)1工程概況國家體育場鋼結(jié)構(gòu)工程由24榀門式剛架圍繞著體育場內(nèi)部混凝土碗狀看臺區(qū)旋轉(zhuǎn)而成，其中22榀拉通或基本拉通。大跨度鋼結(jié)構(gòu)大量采用由鋼

2、板焊接而成的箱形構(gòu)件，交叉布置的主結(jié)構(gòu)與屋面、立面的次結(jié)構(gòu)一起編織成“鳥巢”的造型。所有鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件形成結(jié)構(gòu)及建筑外形。鋼結(jié)構(gòu)屋面呈雙曲面馬鞍型，最高點(diǎn)高度為68.5m，最低點(diǎn)高度為40.1m；平面上呈橢圓形，長軸為332.3m、短軸為297.3；屋蓋中部的開口內(nèi)環(huán)呈橢圓型，長軸為185.3m，短軸為127.5m；大跨度屋蓋支撐在24根桁架柱之上，柱距為38.0m。屋頂主結(jié)構(gòu)均為箱型截面，上弦桿截面基本為1000mm1000mm，下弦桿截

3、面基本為800mm800mm，腹桿截面基本為600mm600mm，腹桿與上下弦桿相貫，屋頂桁架矢高12.0m。豎向由24根組合鋼結(jié)構(gòu)柱支撐，每根組合鋼結(jié)構(gòu)柱由兩根1200mm1200mm箱型外柱和一根菱形內(nèi)柱組成，每個(gè)桁架柱下設(shè)有一個(gè)T型鋼柱腳，荷載通過它傳遞至基礎(chǔ)。立面次結(jié)構(gòu)截面基本為1200mm1000mm，頂面次結(jié)構(gòu)截面基本為1000mm1000mm。設(shè)計(jì)總用鋼量約42000噸。鋼板的最大厚度110mm。當(dāng)鋼板厚度≤34mm時(shí)，采

4、用Q345鋼材；當(dāng)鋼板厚度≥36mm時(shí)，采用Q345GJ鋼材；當(dāng)鋼板厚度為100mm時(shí)，采用Q345GJ和Q460鋼材；當(dāng)板厚為110mm時(shí)，采用Q460鋼材。具體板厚分布情況如圖12所示。另外，桁架柱內(nèi)柱由菱形截面向矩形截面轉(zhuǎn)換處采用GS20Mn5V級鑄鋼件（C19桁架柱除外），鑄鋼件最厚達(dá)140mm。3分段構(gòu)件的角度和方位，而對于體型大、重量重的構(gòu)件，角度調(diào)節(jié)相當(dāng)困難，吊裝難度大。如圖22。2.3焊接量大、焊接難度大本工程為全焊接鋼

5、結(jié)構(gòu)，焊縫總長度約30萬m，焊縫折算總長度約280萬m。鋼板厚度從3mm到110mm，焊接位置涉及平焊、橫焊、立焊和仰焊，且焊接工作跨整個(gè)冬季。既有高強(qiáng)鋼（Q460EZ35）的焊接，又有鑄鋼件（GS20Mn5V）的焊接。薄板焊接變形大，厚板焊接熔敷量大，溫度控制和勞動強(qiáng)度要求高。而高空焊接、冬雨季焊接的防風(fēng)雨和防低溫措施更使得焊接難度增大。2.4安裝精度控制難、施工質(zhì)量要求高由于施工過程中結(jié)構(gòu)本身因自重和溫度變化均會產(chǎn)生變形，結(jié)構(gòu)形體復(fù)

6、雜，均為箱型斷面構(gòu)件，位置和方向性均極強(qiáng)，安裝精度受現(xiàn)場環(huán)境、溫度變化等多方面的影響，安裝精度極難控制。施工時(shí)必須采取必要的措施，提前考慮好如何對安裝誤差進(jìn)行調(diào)整和消除，如何進(jìn)行測量和監(jiān)控，使變形在受控狀態(tài)下完成，以保證整體造型和施工質(zhì)量。另外，本工程無論是外觀質(zhì)量，還是內(nèi)在質(zhì)量（如焊縫質(zhì)量等級等），都要求相當(dāng)高。其中，鋼板拼接、彎扭段構(gòu)件組裝焊縫及現(xiàn)場拼裝、安裝焊縫均為全熔透一級焊縫；鋼結(jié)構(gòu)立面在距視線10m內(nèi)可見焊縫的余高要求為0~

7、1mm，所有焊縫表面均需進(jìn)行磨光處理。2.5合攏口多、合攏溫度要求嚴(yán)，實(shí)施難度大根據(jù)設(shè)計(jì)要求，本工程中的主桁架和立面結(jié)構(gòu)各設(shè)置了四條合攏線。其中，主桁架合攏口100個(gè)（含上、下弦和腹桿），立面結(jié)構(gòu)的合攏口28個(gè)，合攏口數(shù)量眾多。雖立面結(jié)構(gòu)和主桁架可采取分次合攏方案，但一次合攏的對接口數(shù)量仍高達(dá)50個(gè)，為確保合攏線上的對接口同時(shí)合攏，需組織大量的人力和物力。而且，整個(gè)鋼屋蓋安裝及制作誤差最終均集中在這四條合攏線，選擇何種合攏方式來消納這種