“鳥巢”結構特點顯著 全面解讀設計與施工方面諸多難點

　　官方網站12月25日訊 12月24日，“鳥巢”官方網站正式上線（www.n-s.cn），在“鳥巢”官方網站上了解到，國家體育場工程作為北京2008年奧運會主體育場，其結構特點十分顯著，在設計與施工方面存在很多特點及難點。


　　國家體育場位于北京奧林匹克公園中心區南部，為2008年第29屆奧林匹克運動會的主體育場。工程總占地面積21公頃，建筑面積258,000m2。場內觀眾坐席約為91000個，其中臨時坐席約11000個。將舉行奧運會、殘奧會開閉幕式、田徑比賽及足球比賽決賽。奧運會后將成為北京市民廣泛參與體育活動及享受體育娛樂的大型專業場所，并成為具有地標性的體育建筑和奧運遺產。


　　國家體育場工程為特級體育建筑，主體結構設計使用年限100年，耐火等級為一級,抗震設防烈度8度,地下工程防水等級1級。工程主體建筑呈空間馬鞍橢圓形，南北長333米、東西寬294米的，高69米。主體鋼結構形成整體的巨型空間馬鞍形鋼桁架編織式“鳥巢”結構,鋼結構總用鋼量為4.2萬噸，混凝土看臺分為上、中、下三層，看臺混凝土結構為地下1層，地上7層的鋼筋混凝土框架-剪力墻結構體系。鋼結構與混凝土看臺上部完全脫開，互不相連，形式上呈相互圍合，基礎則坐在一個相連的基礎底板上。國家體育場屋頂鋼結構上覆蓋了雙層膜結構，即固定于鋼結構上弦之間的透明的上層ETFE膜和固定于鋼結構下弦之下及內環側壁的半透明的下層PTFE聲學吊頂。


　　國家體育場工程作為北京2008年奧運會主體育場，其結構特點十分顯著，在設計與施工方面存在很多特點及難點。


　　國家體育場在設計與施工方面存在很多特點及難點：

　　1、構件體型大，單體重量重
　　作為屋蓋結構的主要承重構件，桁架柱最大斷面達25m×20m，高度達67m，單榀最重達500噸。而主桁架高度12m，雙榀貫通最大跨度145.577+112.788m，不貫通桁架最大跨度102.391m，桁架柱與主桁架體型大、單體重量重。


　　2、節點復雜
　　由于本工程中的構件均為箱型斷面桿件，所以，無論是主結構之間，還是主次結構之間，都存在多根桿件空間匯交現象。加之次結構復雜多變、規律性少，造成主結構的節點構造相當復雜，節點類型多樣，制作、安裝精度要求高。


　　3、工期緊
　　本工程量大，但安裝工期相當短，工程于2003年12月24日開工，預計于2007年底前完工，2008年3月底竣工。工期緊、與土建施工交叉作業、平面場地緊張等問題均很難解決。


　　4、焊接量大
　　本工程工地連接為焊接吊裝分段多，現場焊縫長度長，加之厚板焊接、高強鋼焊接、鑄鋼件焊接等居多，造成現場焊接工作量相當大，難度高，高空焊接仰焊多。


　　5、冬雨季施工
　　本工程主結構吊裝時間需跨越冬季和春節，所以存在冬雨季施工，施工難度較大。


　　工程建設過程中的難點：

　　1、工程組織難度大
　　主結構吊裝時，土建施工還未結束，現場組裝正在大面積開展，故存在多方施工交叉作業現象。加之，現場場地狹小，施工場地布置、構件運輸及大型吊機行走路線等受到很大限制。同時，本工程結構復雜，各吊裝分段之間相互關聯，必須按一定順序進行組裝、吊裝，否則將出現窩工現象。各施工方需合理協調、統籌管理，工程組織難度大。


　　2、構件翻身、吊裝難度大
　　為降低組裝難度，本工程中的桁架柱將采用臥拼法，主桁架將采用平拼法（內圈主桁架立拼除外），故拼裝結束后、吊裝前必須進行翻身工作。由于構件體型較大，重量重，翻身時吊點的設置和吊耳的選擇難度較大，特別是桁架柱的翻身，吊耳在翻身和吊裝時的受力有所變化，需考慮三向受力。同時，翻身過程中的穩定性比較難控制。由于桁架柱和主桁架的分段口均為箱型斷面，分段吊裝時存在多個管口對接的問題，對于箱型斷面，要保證多個管口的對口精度，難度巨大。起吊時，必須調整好分段構件的角度和方位，而對于體型大、重量重的構件，角度調節相當困難，吊裝難度大。


　　3、高空構件的穩定難度大
　　由于本工程采用散裝法（即分段吊裝法），分段吊裝時，高空構件的風載較大，在分段未連成整體或結構未形成整體之前，穩定性較差，特別是桁架柱的上段和分段主桁架的穩定性較差，必須采用合理的吊裝順序（盡量首尾相接、分塊吊裝）和側向穩定措施（如拉錨、纜風繩等）。


　　4、焊接難度大
　　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，既有高強鋼的焊接，又有鑄鋼件的焊接，焊接工作量大。薄板焊接變形大，厚板焊接熔敷量大，溫度控制和勞動強度要求高。而高空焊接、冬雨季焊接的防風雨防低溫措施更使得焊接難度增大。


　　5、安裝精度控制難
　　由于施工過程中結構本身因自重和溫度變化均會產生變形，而且支撐胎架在荷載作用下也會產生變形，加之，結構形體復雜，均為箱型斷面構件，位置和方向性均極強，安裝精度受現場環境、溫度變化等多方面的影響，安裝精度極難控制，施工難度大。施工時必須采取必要的措施，提前考慮好如何對安裝誤差進行調整和消除，如何進行測量和監控，使變形在受控狀態下完成，以保證整體造型和施工質量。


　　6、質量要求高，施工難度大
　　本工程無論是外觀質量，如外形尺寸、焊縫外觀，還是內在質量，如焊縫質量等級、焊接殘余應力消除等，都要求相當高，而現場施工條件差。同時，對于大跨度空間結構，溫度變形和溫度應力較大，為此，設計確定了分塊合攏和合攏溫度，操作難度大。

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