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“鸟巢”结构特点显著 全面解读设计与施工方面诸多难点
 

2007-12-25 15:29:48
华夏经纬网

  官方网站12月25日讯 12月24日,“鸟巢”官方网站正式上线(www.n-s.cn),在“鸟巢”官方网站上了解到,国家体育场工程作为北京2008年奥运会主体育场,其结构特点十分显著,在设计与施工方面存在很多特点及难点。

  国家体育场位于北京奥林匹克公园中心区南部,为2008年第29届奥林匹克运动会的主体育场。工程总占地面积21公顷,建筑面积258,000m2。场内观众坐席约为91000个,其中临时坐席约11000个。将举行奥运会、残奥会开闭幕式、田径比赛及足球比赛决赛。奥运会后将成为北京市民广泛参与体育活动及享受体育娱乐的大型专业场所,并成为具有地标性的体育建筑和奥运遗产。

  国家体育场工程为特级体育建筑,主体结构设计使用年限100年,耐火等级为一级,抗震设防烈度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、东西宽294米的,高69米。主体钢结构形成整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。

  国家体育场工程作为北京2008年奥运会主体育场,其结构特点十分显著,在设计与施工方面存在很多特点及难点。

  国家体育场在设计与施工方面存在很多特点及难点:

  1、构件体型大,单体重量重

  作为屋盖结构的主要承重构件,桁架柱最大断面达25m×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

  由于本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、工期紧

  本工程量大,但安装工期相当短,工程于2003年12月24日开工,预计于2007年底前完工,2008年3月底竣工。工期紧、与土建施工交叉作业、平面场地紧张等问题均很难解决。

  4、焊接量大

  本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、铸钢件焊接等居多,造成现场焊接工作量相当大,难度高,高空焊接仰焊多。

  5、冬雨季施工

  本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。

  工程建设过程中的难点:

  1、工程组织难度大

  主结构吊装时,土建施工还未结束,现场组装正在大面积开展,故存在多方施工交叉作业现象。加之,现场场地狭小,施工场地布置、构件运输及大型吊机行走路线等受到很大限制。同时,本工程结构复杂,各吊装分段之间相互关联,必须按一定顺序进行组装、吊装,否则将出现窝工现象。各施工方需合理协调、统筹管理,工程组织难度大。

  2、构件翻身、吊装难度大

  为降低组装难度,本工程中的桁架柱将采用卧拼法,主桁架将采用平拼法(内圈主桁架立拼除外),故拼装结束后、吊装前必须进行翻身工作。由于构件体型较大,重量重,翻身时吊点的设置和吊耳的选择难度较大,特别是桁架柱的翻身,吊耳在翻身和吊装时的受力有所变化,需考虑三向受力。同时,翻身过程中的稳定性比较难控制。由于桁架柱和主桁架的分段口均为箱型断面,分段吊装时存在多个管口对接的问题,对于箱型断面,要保证多个管口的对口精度,难度巨大。起吊时,必须调整好分段构件的角度和方位,而对于体型大、重量重的构件,角度调节相当困难,吊装难度大。

  3、高空构件的稳定难度大

  由于本工程采用散装法(即分段吊装法),分段吊装时,高空构件的风载较大,在分段未连成整体或结构未形成整体之前,稳定性较差,特别是桁架柱的上段和分段主桁架的稳定性较差,必须采用合理的吊装顺序(尽量首尾相接、分块吊装)和侧向稳定措施(如拉锚、缆风绳等)。

  4、焊接难度大

  本工程中既有薄板焊接,又有厚板焊接,既有平焊、立焊,又有仰焊,既有高强钢的焊接,又有铸钢件的焊接,焊接工作量大。薄板焊接变形大,厚板焊接熔敷量大,温度控制和劳动强度要求高。而高空焊接、冬雨季焊接的防风雨防低温措施更使得焊接难度增大。

  5、安装精度控制难

  由于施工过程中结构本身因自重和温度变化均会产生变形,而且支撑胎架在荷载作用下也会产生变形,加之,结构形体复杂,均为箱型断面构件,位置和方向性均极强,安装精度受现场环境、温度变化等多方面的影响,安装精度极难控制,施工难度大。施工时必须采取必要的措施,提前考虑好如何对安装误差进行调整和消除,如何进行测量和监控,使变形在受控状态下完成,以保证整体造型和施工质量。

  6、质量要求高,施工难度大

  本工程无论是外观质量,如外形尺寸、焊缝外观,还是内在质量,如焊缝质量等级、焊接残余应力消除等,都要求相当高,而现场施工条件差。同时,对于大跨度空间结构,温度变形和温度应力较大,为此,设计确定了分块合拢和合拢温度,操作难度大。(宁利涛)

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