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1、国家体育场 鸟巢 工程焊接技术的国家体育场 鸟巢 工程焊接技术的 专题汇报专题汇报 1 1 一 工程概况一 工程概况 二 工程特点二 工程特点 三 施工方案简介三 施工方案简介 四 难点分析四 难点分析 五 钢结构焊接变形及残余应力的分析与对策五 钢结构焊接变形及残余应力的分析与对策 六 焊接技术及焊接工艺评定六 焊接技术及焊接工艺评定 七 焊接顺序七 焊接顺序 八 焊接坡口形式与尺寸八 焊接坡口形式与尺寸 九 超高强钢特厚板焊接技术九 超高强钢特厚板焊接技术 十 层状撕裂问题分析十 层状撕裂问题分析 十一 铸钢件焊接技术十一 铸钢件焊接技术 十二 科技创新及攻关十二 科技创新及攻关 目 录目
2、 录 2 2 一 工程概况一 工程概况 n n 国家体育场位于奥林匹克公园中心区的南部 主体国家体育场位于奥林匹克公园中心区的南部 主体 建筑紧邻北京城市中轴线 并与国家体育馆和国家游泳建筑紧邻北京城市中轴线 并与国家体育馆和国家游泳 中心相对于中轴线均衡布置 中心相对于中轴线均衡布置 n n 国家体育场工程是北京奥林匹克公园内的标志性建国家体育场工程是北京奥林匹克公园内的标志性建 筑 也是北京最大的具有国际先进水平的多功能体育场筑 也是北京最大的具有国际先进水平的多功能体育场 国家体育场成为奥林匹克运动留给城市的宝贵遗产 国家体育场成为奥林匹克运动留给城市的宝贵遗产 n n 国家体育场主体钢
3、结构工程屋面外形呈双曲马鞍状国家体育场主体钢结构工程屋面外形呈双曲马鞍状 整体结构形状内互相纺织成一个完整曲面 主体钢结 整体结构形状内互相纺织成一个完整曲面 主体钢结 构由主屋盖结构 屋顶次结构 竖向立面结构组成 钢构由主屋盖结构 屋顶次结构 竖向立面结构组成 钢 结构总量约为结构总量约为4000040000吨 具有建设规模宏大 结构形式复吨 具有建设规模宏大 结构形式复 杂 建设工期短 建设标准高 制造安装难度极大 焊杂 建设工期短 建设标准高 制造安装难度极大 焊 接量大 安全隐患多 施工风险大等特点 接量大 安全隐患多 施工风险大等特点 3 3 国家体育场看台的放射状混凝土框架结构与环
4、绕国家体育场看台的放射状混凝土框架结构与环绕 它们并形成主屋盖的空间钢结构完全分离 空间钢结它们并形成主屋盖的空间钢结构完全分离 空间钢结 构由构由2424榀门式桁架围绕着体育场内部碗状看台区旋转榀门式桁架围绕着体育场内部碗状看台区旋转 而成 其中而成 其中2222榀贯通或基本贯通 结构组件相互支撑榀贯通或基本贯通 结构组件相互支撑 形成网格状构架 组成体育场整体的 形成网格状构架 组成体育场整体的 鸟巢鸟巢 造型 所造型 所 有钢结构构件形成结构及建筑外形 有钢结构构件形成结构及建筑外形 4 4 n n 工程 工程 0 000 0 000标高相对于绝对标高为标高相对于绝对标高为43 50m4
5、3 50m 钢结构屋盖 钢结构屋盖 呈双曲面马鞍型 南北向结构高度为呈双曲面马鞍型 南北向结构高度为40 746m40 746m 东西向结构高 东西向结构高 度为度为67 122m67 122m 屋顶主结构均为箱型截面 上弦杆截面基本为 屋顶主结构均为箱型截面 上弦杆截面基本为 1000mm 1000mm1000mm 1000mm 下弦杆截面基本为 下弦杆截面基本为800mm 800mm800mm 800mm 腹杆截面 腹杆截面 基本基本600mm 600mm600mm 600mm 腹杆与上下弦杆相贯 屋顶矢高 腹杆与上下弦杆相贯 屋顶矢高12 00m12 00m 竖向由竖向由2424根组合钢
6、结构柱支撑 每根组合钢结构柱由两根根组合钢结构柱支撑 每根组合钢结构柱由两根 1200mm 1200mm1200mm 1200mm箱型钢柱和一根菱形钢柱组成 荷载通过它传箱型钢柱和一根菱形钢柱组成 荷载通过它传 递至基础 立面次结构截面基本为递至基础 立面次结构截面基本为1200mm 1000mm1200mm 1000mm 顶面次结 顶面次结 构截面基本为构截面基本为1000mm 1000mm1000mm 1000mm 5 5 1 1 钢结构设计重量 钢结构设计重量 n n 主桁架 主桁架 1272012720吨吨 n n 组合柱 组合柱 1254812548吨吨 n n 次结构 次结构 11
7、67011670吨吨 n n 楼楼 梯 梯 41374137吨吨 n n 马马 道 道 800800吨吨 n n 合合 计 计 4187541875吨吨 6 6 2 2 钢材型号厚度钢材型号厚度 钢板的最大厚度钢板的最大厚度100mm100mm 当钢板厚度 当钢板厚度 34mm34mm时 采用时 采用Q345Q345钢材 当钢钢材 当钢 板厚度板厚度 36mm36mm时 采用时 采用Q345GJQ345GJ钢材 少量厚钢板采用钢材 少量厚钢板采用Q460Q460 S460MLS460ML钢钢 材 局部采用铸钢件 材 局部采用铸钢件 厚度分布 厚度分布 组合钢柱除少量棱形柱底部和顶部为组合钢柱除
8、少量棱形柱底部和顶部为90 100mm90 100mm 其余为 其余为50 80mm50 80mm 另 另 外两根方形斜柱板厚绝大多数为外两根方形斜柱板厚绝大多数为3030 2525 20mm20mm 桁架上弦杆个别段为桁架上弦杆个别段为50mm50mm外 其余均在外 其余均在40mm40mm以下 大多数为以下 大多数为3030 2525 20mm20mm 桁架下弦杆个别段为桁架下弦杆个别段为5050 42mm42mm外 其余绝大多数为外 其余绝大多数为20mm20mm 腹杆为腹杆为2020 1414 10mm10mm 多数为 多数为10mm10mm 次结构板厚最大次结构板厚最大36mm36m
9、m 绝大部分为 绝大部分为20mm20mm以下 以下 7 7 3 3 钢材性能 钢材性能 冲击性能要求 钢材牌号主结构次结构 Q345 Q345GJ D级 200C时AK 34JC级 00C时AK 34J Q460 S460MLE级 400C时AK 34J Z向性能要求 钢板厚度 mm T 4040 t 6060 t 80t 80 Z向要求 Z15Z25Z35 8 8 二 工程特点二 工程特点 1 1 工程规模大 构件吨位重 工程规模大 构件吨位重 n n 马鞍形钢屋盖长轴约马鞍形钢屋盖长轴约333m333m 短轴约 短轴约280m280m 内环长 内环长 轴约轴约182m182m 短轴约 短
10、轴约124m124m 矢高 矢高12m12m n n 组合钢柱最大重量约重组合钢柱最大重量约重520t520t 每延米最重约 每延米最重约10t10t 主桁架每延米最重约 主桁架每延米最重约3t3t 9 9 2 2 节点复杂 节点复杂 n n 主结构均为大截面箱型构件 节点在空间汇交主结构均为大截面箱型构件 节点在空间汇交 多根杆件 次结构节点复杂多变 规律性少 多根杆件 次结构节点复杂多变 规律性少 组合钢柱组合钢柱 菱形柱转换节点菱形柱转换节点 菱形柱顶节点菱形柱顶节点 1010 n n 主桁架典型主桁架典型K K型节点型节点 1111 3 3 施工难度大 施工难度大 钢结构与混凝土结构施
11、工交叉作业 必须从安全 质量 功能 工期钢结构与混凝土结构施工交叉作业 必须从安全 质量 功能 工期 造价等方面综合考虑 选择最优施工方案 造价等方面综合考虑 选择最优施工方案 钢结构制作方面 参与制作的单位多 加工制作的精度要求高 加工钢结构制作方面 参与制作的单位多 加工制作的精度要求高 加工 周期短 施工图非常规表达 节点设计复杂 且非一致 无法流水线生周期短 施工图非常规表达 节点设计复杂 且非一致 无法流水线生 产 产 钢结构工厂加工 多杆件汇交节点设计 现场以及高空组拼制作 钢钢结构工厂加工 多杆件汇交节点设计 现场以及高空组拼制作 钢 屋架安装临时支撑的设计布置 吊装 焊接 安装
12、测量 工况计算与实屋架安装临时支撑的设计布置 吊装 焊接 安装测量 工况计算与实 现难度大 现难度大 钢构件呈不规则形状 局部扭曲 截面不断变化 加工难度大 钢构件呈不规则形状 局部扭曲 截面不断变化 加工难度大 钢结构现场组拼 安装精度要求高 精度控制实现难度大 钢结构现场组拼 安装精度要求高 精度控制实现难度大 由于杆件组拼的桁架均为曲面 且设计要求曲线变化平滑自然 对焊由于杆件组拼的桁架均为曲面 且设计要求曲线变化平滑自然 对焊 工水平 焊接设备 组拼胎架要求很高 工水平 焊接设备 组拼胎架要求很高 1212 空间交汇的节点 杆件多而复杂 部分交汇角度小 局部超厚空间交汇的节点 杆件多而
13、复杂 部分交汇角度小 局部超厚 钢板焊接 高强钢钢板焊接 高强钢Q460Q460钢焊接 铸钢件焊接等纳入专门的研究课钢焊接 铸钢件焊接等纳入专门的研究课 题 采取有效的预控措施 确保焊接质量 现场焊接难度大 现题 采取有效的预控措施 确保焊接质量 现场焊接难度大 现 场焊接工作量大 焊材总消耗量约两百吨 场焊接工作量大 焊材总消耗量约两百吨 部分钢构件组拼而成的刚架为不规则曲面 对此巨型钢结构组部分钢构件组拼而成的刚架为不规则曲面 对此巨型钢结构组 拼和安装实施三维测量控制 确保组拼 安装的精度难 拼和安装实施三维测量控制 确保组拼 安装的精度难 针对钢结构复杂多变的曲线 曲面造型 必须通过计
14、算机模拟针对钢结构复杂多变的曲线 曲面造型 必须通过计算机模拟 制作 安装工况 由于曲线 曲面很难用方程式表达 因此工况制作 安装工况 由于曲线 曲面很难用方程式表达 因此工况 计算 建模工作量大 计算 建模工作量大 大跨度巨型钢结构屋盖 支撑数量多 分布面积大 卸载实施大跨度巨型钢结构屋盖 支撑数量多 分布面积大 卸载实施 控制难度大 控制难度大 钢结构钢结构100100年使用年限 需要对构件进行长效防腐处理 而且由年使用年限 需要对构件进行长效防腐处理 而且由 于防腐面积巨大 如需进行再次涂装工程量非常大且实施难度高于防腐面积巨大 如需进行再次涂装工程量非常大且实施难度高 1313 三 施
15、工方案简介三 施工方案简介 n n 根据调整后的初步设计图纸等技术条件 根据调整后的初步设计图纸等技术条件 确定的最终安装方确定的最终安装方 案为地面拼装高空散装的施工方法案为地面拼装高空散装的施工方法 即在场内布置 即在场内布置7878根支撑体系根支撑体系 主体结构分片或分块地面拼装成型后 通过 主体结构分片或分块地面拼装成型后 通过800T800T及及600T600T吊车吊吊车吊 装到临时支撑顶部 分四大区八个阶段对称完装及焊接 主结构装到临时支撑顶部 分四大区八个阶段对称完装及焊接 主结构 结构及立面次结构完成后对结构及立面次结构完成后对7878根支撑体系进行整体 同步卸载 根支撑体系进
16、行整体 同步卸载 最后安装平面次结构 最后安装平面次结构 1414 78个支撑体系图 1515 n n 钢柱安装采用地面组拼 分段吊装的施工方法 钢柱安装采用地面组拼 分段吊装的施工方法 1616 n n 主桁架安装采用地面分段拼装 高空散装的施工方法主桁架安装采用地面分段拼装 高空散装的施工方法 1717 n n 次结构的安装采用分段散装的施工方法 次结构的安装采用分段散装的施工方法 立面典型次结构安装 平面典型次结构安装 1818 四 难点分析四 难点分析 设计新颖 节点复杂 主体结构呈双曲弯扭形态 制设计新颖 节点复杂 主体结构呈双曲弯扭形态 制 作难度极大 安装精度难以控制 验收标准函待制作难度极大 安装精度难以控制 验收标准函待制 定 定 单体构件大 无法直接运输和安装 需分段运输和安单体构件大 无法直接运输和安装 需分段运输和安 装 装 材质为低合金钢材质为低合金钢Q345Q345 Q345GJQ345GJ及少量及少量Q460Q460 Q460MLQ460ML和和 铸钢 钢板最厚达铸钢 钢板最厚达100mm100mm 构件截面均为箱型断面 焊 构件截面均为箱型断面 焊 接产
