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國家體育場(chǎng)鋼結構施工關(guān)鍵技術(shù)

作者：建筑鋼結構網(wǎng)    
時(shí)間：2009-12-22 20:26:03 [收藏]

    李久林 高樹(shù)棟 邱德隆 李文標 萬(wàn)里程 魏義進(jìn) 陳橋生

    提 要：本文主要從方案選擇、施工部署、主次結構吊裝、鋼結構合攏和支撐卸載以及厚板焊接等方面對國家體育場(chǎng)鋼結構工程安裝過(guò)程中的關(guān)鍵施工技術(shù)進(jìn)行了介紹，期望對類(lèi)似工程施工提供參考。
    關(guān)鍵詞：鋼結構、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(chǎng)鋼結構工程由24榀門(mén)式剛架?chē)@著(zhù)體育場(chǎng)內部混凝土碗狀看臺區旋轉而成，其中22榀拉通或基本拉通。大跨度鋼結構大量采用由鋼板焊接而成的箱形構件，交叉布置的主結構與屋面、立面的次結構一起編織成“鳥(niǎo)巢”的造型。所有鋼結構構件形成結構及建筑外形。

    鋼結構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(cháng)軸為332.3m、短軸為297.3；屋蓋中部的開(kāi)口內環(huán)呈橢圓型，長(cháng)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。
    屋頂主結構均為箱型截面，上弦桿截面基本為1000mm×1000mm，下弦桿截面基本為800mm×800mm，腹桿截面基本為600mm×600mm，腹桿與上下弦桿相貫，屋頂桁架矢高12.0m。豎向由24根組合鋼結構柱支撐，每根組合鋼結構柱由兩根1200mm×1200mm箱型外柱和一根菱形內柱組成，每個(gè)桁架柱下設有一個(gè)T型鋼柱腳，荷載通過(guò)它傳遞至基礎。立面次結構截面基本為1200mm×1000mm，頂面次結構截面基本為1000mm×1000mm。
    設計總用鋼量約42000噸。鋼板的最大厚度110mm。當鋼板厚度≤34mm時(shí)，采用Q345鋼材；當鋼板厚度≥36mm時(shí)，采用Q345GJ鋼材；當鋼板厚度為100mm時(shí)，采用Q345GJ和Q460鋼材；當板厚為110mm時(shí)，采用Q460鋼材。具體板厚分布情況如圖1-2所示。另外，桁架柱內柱由菱形截面向矩形截面轉換處采用GS-20Mn5V級鑄鋼件（C19桁架柱除外），鑄鋼件最厚達140mm。
    而且，設計對鋼材的抗撕裂性能和沖擊韌性作了明確要求。具體情況如表1-1、表1-2所示。

    另外，設計規定鋼結構的合攏溫度為14±4℃，支撐塔架卸載按照“分階段整體分級同步”原則進(jìn)行。
    2工程特點(diǎn)及難點(diǎn)
    2.1大量采用空間彎扭構件、節點(diǎn)復雜，加工制作及安裝難度大
    為了體現“鳥(niǎo)巢”獨特的建筑造型，本工程大量采用空間彎扭構件，無(wú)固定的線(xiàn)型。同時(shí)，本工程中無(wú)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(diǎn)構造相當復雜，節點(diǎn)類(lèi)型多樣，制作、安裝精度要求高。如圖2-1。

    2.2構件體型大、單體重量重，構件翻身、吊裝難度大
    作為屋蓋結構的主要承重構件的桁架柱最大外形尺寸達25m×20m×68.5m，分兩段吊裝，吊裝單元最重達360多噸，吊裝高度最高達68.5m。而主桁架高度12m，雙榀貫通最大跨度約260m，吊裝單元最重262噸，構件最長(cháng)約43m。由于構件體型較大，重量重，各類(lèi)構件重心位置互不相同，翻身時(shí)吊點(diǎn)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(shí)的受力有所變化，需考慮三向受力。翻身過(guò)程中的穩定性控制難度大。起吊時(shí)，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。如圖2-2。

    2.3焊接量大、焊接難度大
    本工程為全焊接鋼結構，焊縫總長(cháng)度約30萬(wàn)m，焊縫折算總長(cháng)度約280萬(wàn)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。既有高強鋼（Q460E-Z35）的焊接，又有鑄鋼件（GS-20Mn5V）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(dòng)強度要求高。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(guò)程中結構本身因自重和溫度變化均會(huì )產(chǎn)生變形，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(chǎng)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)行調整和消除，如何進(jìn)行測量和監控，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(wú)論是外觀(guān)質(zhì)量，還是內在質(zhì)量（如焊縫質(zhì)量等級等），都要求相當高。其中，鋼板拼接、彎扭段構件組裝焊縫及現場(chǎng)拼裝、安裝焊縫均為全熔透一級焊縫；鋼結構立面在距視線(xiàn)10m內可見(jiàn)焊縫的余高要求為0~1mm，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，實(shí)施難度大
    根據設計要求，本工程中的主桁架和立面結構各設置了四條合攏線(xiàn)。其中，主桁架合攏口100個(gè)（含上、下弦和腹桿），立面結構的合攏口28個(gè)，合攏口數量眾多。雖立面結構和主桁架可采取分次合攏方案，但一次合攏的對接口數量仍高達50個(gè)，為確保合攏線(xiàn)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(xiàn)，選擇何種合攏方式來(lái)消納這種誤差難度特別大。同時(shí)，對于如此復雜的結構和復雜的溫度場(chǎng)分布情況，要保證分次合攏時(shí)的溫度條件基本一致，難度巨大。
    2.6卸載點(diǎn)多、噸位重、設計要求高，同步控制難度大
    本工程卸載點(diǎn)多、卸載噸位大，屋蓋總面積約60000平方米、卸載噸位約14000噸，78個(gè)卸載點(diǎn)，設計要求“結構整體分級同步卸載、嚴格進(jìn)行比例控制”，單點(diǎn)卸載噸位大、最大點(diǎn)支撐力約300噸，卸載實(shí)施難度大。
    2.7頂面及肩部次結構安裝難度大
    頂面及肩部次結構在主結構卸載之后進(jìn)行安裝，卸載之后主結構發(fā)生變形，而現有的加工制作依據是卸載前位形，所以卸載前后的變形量將會(huì )嚴重影響次結構的安裝精度。同時(shí)，施工過(guò)程中結構本身因自重和溫度變化均會(huì )產(chǎn)生變形，加之，結構形體復雜，箱型斷面構件的位置和方向性強，安裝精度很難控制。
    3施工方案選擇
    國家體育場(chǎng)鋼結構為特大型大跨度空間結構，構件自重產(chǎn)生的內力所占比例較大。鋼結構施工順序對結構構件在重力荷載作用下的內力將產(chǎn)生明顯影響。為了滿(mǎn)足國家體育場(chǎng)工程總工期的要求，按照施工組織總設計的部署，看臺混凝土結構先行施工，鋼結構隨后進(jìn)行施工。因此協(xié)調鋼結構安裝與混凝土結構施工的關(guān)系，對保證混凝土看臺連續施工、鋼結構的順利安裝、室內裝修工程及機電設備工程及時(shí)插入以及外圍基座盡早施工具有重大的意義。
    大跨度鋼結構常用的安裝方案有整體提升、滑移、分段吊裝高空組拼方法(簡(jiǎn)稱(chēng)散裝法)和局部整體提升等方式。針對國家體育場(chǎng)鋼結構工程及其與其它分部工程之間的時(shí)間和空間關(guān)系，在鋼結構安裝方案的選擇過(guò)程中對比考慮了上述四種方式。由于采用整體提升方案時(shí)看臺混凝土部分不能先期施工，因而室內裝修工程、機電設備工程無(wú)法提前插入，導致在總體工期上受到限制；采用滑移方案時(shí)，受到施工場(chǎng)地的限制以及面臨的巨大技術(shù)挑戰等因素，因此主要進(jìn)行了散裝法和局部整體提升法的比選。
    根據調整后初步設計的具體技術(shù)條件，鑒于以下主要原因：
     屋蓋鋼結構調整設計后已經(jīng)沒(méi)有真正意義上的“內環(huán)桁架”；
     由各榀貫通的主桁架形成的“內環(huán)桁架”平面尺度很大，而且截面板厚比調整設計前有了較大幅度的減小，同時(shí)存在較大的高差，整體剛度較差；
     由于鋼屋蓋內邊界在東西側已經(jīng)擴大到一層看臺的邊線(xiàn)、南北側到跑道的外側，采取在地面進(jìn)行“內環(huán)桁架”的整體拼裝、提升的方案將對混凝土看臺施工產(chǎn)生較大影響。
    主結構設計修改前后變化，詳見(jiàn)圖3-1。

    鑒于上述原因，最終確定鋼結構總體安裝方案采用高空散裝方案。
    4施工部署
    主結構的安裝順序遵循對稱(chēng)同步、盡早形成安裝區域局部穩定的原則?？傮w上分為三個(gè)階段八個(gè)區域，第一階段安裝1、2區域；第二階段安裝3、4區域，第三階段安裝5、6、7、8區域。

    次結構的安裝順序對整體鋼結構的安裝具有重要的影響，為了加強在每個(gè)安裝階段及支撐塔架卸載過(guò)程中的整體側向穩定性，確定在支撐塔架卸載前隨每個(gè)階段鋼組合柱的安裝進(jìn)行立面次結構的安裝。
    根據設計要求，頂面及肩部次結構在主結構卸載完成后進(jìn)行安裝。
    5主結構吊裝
    根據本工程的結構特點(diǎn)和結構體系的形成過(guò)程，主體鋼結構安裝劃分為三個(gè)階段八個(gè)區域，分階段分區域對稱(chēng)進(jìn)行安裝。由于主體鋼結構由鋼柱和主桁架兩大部分組成，施工時(shí)，先安裝鋼柱，然后安裝主桁架，保證結構體系的逐步形成。
    5.1吊機選擇
    根據總體分段安裝思路、支撐胎架的布置情況、分段重量、作業(yè)半徑及起吊高度，鋼柱與外圈主桁架分段由2臺800t履帶吊場(chǎng)外進(jìn)行吊裝、內圈與中圈主桁架分段由2臺600t履帶吊場(chǎng)內進(jìn)行吊裝。
    5.2安裝流程
    根據現場(chǎng)場(chǎng)地條件、吊機的搭配及施工任務(wù)的分工情況，整個(gè)鋼結構系統的施工分成兩大施工區域，兩大施工區域“分區進(jìn)行、對稱(chēng)安裝”。如圖5-1所示。

    5.3吊裝工況
    主結構吊裝分場(chǎng)內吊裝和場(chǎng)外吊裝兩部分。場(chǎng)內和場(chǎng)外吊裝工況如圖5-2所示。

    6次結構吊裝
    次結構吊裝分立面次結構和頂面及肩部次結構兩部分。
    立面次結構安裝，隨桁架柱安裝分柱間逐步進(jìn)行。安裝時(shí)，按照“柱腳先裝、聯(lián)系鋼柱的次結構整體吊裝，其它次結構分段安裝”的原則進(jìn)行分段，按“從下向上，與鋼柱先建立聯(lián)系，由柱邊向中間安裝的”原則順勢向上進(jìn)行安裝，鋼柱本身的次結構，在鋼柱拼裝時(shí)，與鋼柱一起拼裝然后分段吊裝。典型立面次結構吊裝分段及安裝順序如圖6-1。

    頂面及肩部次結構的安裝在支撐塔架卸載以后進(jìn)行，安裝時(shí)總體上遵循分區同步對稱(chēng)安裝原則，即I、II兩區域同步對稱(chēng)進(jìn)行安裝。根據頂面及肩部次結構的分布情況及結構受力情況，頂面及肩部次結構的安裝共分為二個(gè)階段：第一階段安裝肩部次結構和內圈頂面次結構，第二階段安裝中圈頂面次結構。肩部和中圈的安裝均從南北方向向東西兩側推進(jìn)，內圈頂面次結構的安裝從安裝分界線(xiàn)與肩部順序相向推進(jìn)。具體的安裝順序如圖6-2。

    7鋼結構合攏
    7.1合攏斷面選擇
    本工程結構復雜，跨度較大，屋頂主桁架相互交錯，合攏線(xiàn)的選擇比較困難。在確定合攏線(xiàn)時(shí)，不但要考慮結構本身的受力和變形情況，同時(shí)還應考慮鋼結構的整體安裝順序和主桁架的安裝分段情況，盡量減少合攏點(diǎn)的數量，并確保施工過(guò)程的安全。同時(shí)頂面主結構是由24榀拉通或基本拉通的門(mén)式桁架編織而成，合攏斷面的選擇應盡量將24榀門(mén)式剛架斷開(kāi)。經(jīng)過(guò)反復擇優(yōu)比選并通過(guò)設計復核，主桁架、立面結構及頂面次結構的合攏線(xiàn)確定如下:
     主桁架沿屋蓋環(huán)向設置四條合攏線(xiàn)，主桁架的合攏線(xiàn)充分利用鋼結構的兩條分區施工線(xiàn)，另增設兩條合攏線(xiàn)；
     為保證整個(gè)結構的合攏，立面結構與頂面次結構沿屋蓋環(huán)向在與主體鋼結構合攏斷面相應的位置設置四條合攏線(xiàn)；
     安裝時(shí)，合攏線(xiàn)處所有鋼結構桿件均斷開(kāi)，采用卡馬臨時(shí)搭接，并保證合攏口的伸縮自由。
    根據以上情況，主桁架共有96個(gè)合攏口，立面次結構共有28個(gè)合攏口，主桁架下弦連系梁共有4個(gè)合攏口，總計128個(gè)合攏口。合攏口位置具體見(jiàn)圖7-1和圖7-2。

    7.2合攏順序
    根據現場(chǎng)實(shí)際情況，結合設計提出“先行合攏構件需納入后續合攏線(xiàn)合攏溫度要求范圍”的原則，本工程的合攏順序為：
    先進(jìn)行主桁架的合攏，再進(jìn)行立面結構的合攏；主桁架合攏時(shí)，先進(jìn)行兩大施工區域內部合攏線(xiàn)的合攏，再進(jìn)行兩大施工分區間合攏線(xiàn)的合攏；立面次結構一次同步合攏；同一合攏線(xiàn)的各合攏口同時(shí)、同步合攏。
    7.3合攏溫度
    關(guān)于合攏溫度，設計要求本工程的合攏溫度為14±4℃。然而，根據鋼結構工程總體進(jìn)度安排，合攏時(shí)間安排在8月中下旬。經(jīng)查閱工程所在地近三十年氣象資料，無(wú)法滿(mǎn)足該合攏溫度。為此，經(jīng)有關(guān)部門(mén)協(xié)調和經(jīng)過(guò)氣象、規劃等部門(mén)的大量研討論證，根據北京市朝陽(yáng)氣象站1959年至2005年共47年氣象資料，并結合全球氣溫變化趨勢，設計對合攏溫度作如下調整：
     主結構合攏溫度：19±4℃，相當于15℃~23℃；
     次結構合攏溫度：19℃-8℃~19℃+4℃，相當于11℃~23℃。
    實(shí)際合攏施工時(shí)，為了對合攏時(shí)鋼結構的溫度進(jìn)行監測以確保設計合攏溫度要求，在整個(gè)鋼結構布設了60個(gè)溫度測點(diǎn)，對鋼結構本體溫度進(jìn)行全程實(shí)時(shí)監測；同時(shí)，邀請北京市專(zhuān)業(yè)氣象臺在現場(chǎng)設立臨時(shí)天氣預測站點(diǎn)，提前對天氣氣溫條件作出預測，以指導合攏時(shí)機的選擇。
    合攏施工時(shí)溫度監測結果表明，在選定的操作時(shí)間段內所有合攏施工均滿(mǎn)足設計合攏溫度要求，具體溫度監測結果圖7-3、7-4、7-5所示。




    7.4合攏口安裝工藝
    由于本工程合攏口數量眾多，且合攏段的安裝隨著(zhù)工程的總體安裝進(jìn)程在不同時(shí)間里進(jìn)行，合攏段的安裝質(zhì)量不僅影響結構安裝過(guò)程中的安全，而且影響最終的合攏和結構的總體施工質(zhì)量及結構使用過(guò)程中的安全，因此，必須采取合理的安裝工藝措施，確保合攏段與相關(guān)構件的安裝及結構的順利合攏。具體工藝措施如下：
    （1）為控制合攏時(shí)合攏口的間隙大小，減少合攏口的焊接量和焊接殘余應力，確保合攏口的焊接質(zhì)量，在進(jìn)行合攏段的安裝時(shí)，要盡量控制合攏段安裝時(shí)合攏口的間隙大小，該間隙大小要考慮溫度變形計算結果和焊接收縮變形。
    （2）為確保合攏段施工過(guò)程中的安全，合攏段安裝就位后，除設計要求的合攏口不進(jìn)行焊接連接外，其它接口部位均需及時(shí)焊接完畢，以增強結構的整體穩定性。
    （3）為確保合攏口在施工過(guò)程中因溫度變化而自由伸縮，合攏口采用卡馬搭接連接，卡馬的大小和數量需根據該接口部位的受力計算確定。
    卡馬設置要求如下：
    合攏口上翼緣設置三塊卡馬，其它邊各設置兩塊卡馬，為增加卡馬側向穩定性，上翼緣兩邊卡馬增設規格為100×100×10mm的三角形勁板。除下翼緣的卡馬焊接固定在已裝主桁架牛腿上外，其它卡馬均焊接固定在合攏段端口上，如圖7-6所示。

    （4）為確保安全，合攏段安裝就位后，非合攏口要及時(shí)進(jìn)行焊接，待焊接完成2/3以上后吊機方可松鉤，同時(shí)，合攏口卡馬需按要求設置好。松鉤時(shí)，速度要緩慢平穩，并注意觀(guān)測合攏口的變化情況，如無(wú)異常，可繼續松鉤。當合攏段跨中安裝連接側向構件時(shí)，也應進(jìn)行合攏口的觀(guān)測。
    （5）在整個(gè)安裝過(guò)程中，要定時(shí)進(jìn)行合攏口的跟蹤檢查工作，一是檢查卡馬的連接焊縫和變形情況，確?？R的安全；二是檢查合攏口的間隙情況。
    7.5合攏施工
    參照橋梁等其他大跨度結構的合攏施工經(jīng)驗，以及本工程結構對接焊縫焊接歷時(shí)較長(cháng)的特點(diǎn)，合攏實(shí)施采取了卡馬合攏的方法。也即是結構的合攏先通過(guò)卡馬同步焊接完成形成整體，在卡馬合攏焊接的過(guò)程中嚴格控制鋼結構本體溫度滿(mǎn)足設計要求；合攏卡馬焊接完成后，隨即進(jìn)行合攏口結構對接焊縫的連續焊接，直至對接焊縫焊接完成；對接焊縫焊接完成后對焊縫進(jìn)行100%的自檢探傷和第三方探傷。
    8支撐塔架卸載
    8.1卸載點(diǎn)布置
    主桁架安裝采用地面分段拼裝、高空對接的施工方法，為此在施工區域內分內、中、外三圈布置78個(gè)支撐塔架，每個(gè)支撐塔架頂部設置兩臺千斤頂和兩個(gè)墊塊支撐點(diǎn)，作為主桁架分段高空安裝的主要受力支點(diǎn)。同時(shí)，這78個(gè)受力支點(diǎn)在卸載時(shí)作為卸載點(diǎn)，實(shí)現支撐塔架受力向結構受力的轉移。支撐點(diǎn)布置如圖8-1所示，每個(gè)卸載點(diǎn)布置如圖8-2所示。

    8.2卸載方案
    參照相關(guān)工程實(shí)踐經(jīng)驗，通過(guò)大量的計算分析比對，考慮了不同的卸載方式和卸載量控制，在“分階段整體分級同步”的卸載原則下，按照位移等比同步控制為主、卸載反力控制為輔，卸載方案最終確定為由外向內的卸載總順序，并且在外、中、內三圈支撐塔架各圈卸載過(guò)程中保持同步，三圈支撐每次卸載的位移同各點(diǎn)的最終總位移保持等比關(guān)系，逐步實(shí)現支撐塔架受力向結構受力的轉移。
    整個(gè)卸載過(guò)程共分七大步、三十五小步。卸載時(shí)，第一、二、三大步卸載步驟為：先外圈卸載10%、中圈5%、內圈5%，再中圈5%，內圈5%；前三大步完成后外、中、內三圈各卸載總位移量的30%。第四、五、六、七大步卸載步驟為：每大步先外圈卸載剩余位移量的1/4、中圈1/8、內圈1/8，再中圈1/8，內圈1/8；后四大步完成后外、中、內三圈各卸載總位移量70%。最終支撐脫離順序為外、中、內。
    由于卸載支撐點(diǎn)的卸載位移不僅有垂直方向，同時(shí)存在水平方向的位移，卸載時(shí)采用千斤頂和墊塊支撐交替作用來(lái)減小千斤頂承受的水平力。
    8.3卸載液壓控制系統
    為了保證卸載方案的有效實(shí)施，經(jīng)分析比較最終選用ENERPAC計算機控制同步頂升和下降控制系統進(jìn)行本工程的卸載工作。該系統是基于閉環(huán)控制系統理論，通過(guò)發(fā)出和采集這些頂升力和位移信號，通過(guò)比較運算這些同類(lèi)信號并將其時(shí)刻輸出至顯示器上來(lái)實(shí)現監測系統當前運行狀態(tài)，并及時(shí)提示用戶(hù)做出修正。卸載液壓系統包括中央控制器、區域控制器、控制閥、油泵、千斤頂等組成，位移同步精度可達到3mm。
    卸載時(shí)，首先由中央控制器向區域控制器發(fā)出升（降或停）的指令，泵站操作員依照指令將換向閥轉到對應位置后，由中央控制器啟動(dòng)泵站；在系統工作過(guò)程中不斷采集壓力信號和位移信號，當系統發(fā)現壓力值超過(guò)預先設定的壓力值，說(shuō)明在卸載過(guò)程中該點(diǎn)載荷過(guò)高，系統自動(dòng)關(guān)閉所有的泵等待檢查。液壓控制系統如圖8-3所示。

    9測量測控
    9.1測量控制網(wǎng)
    由于國家體育場(chǎng)鋼結構工程造型奇特、傳統的施工測量控制網(wǎng)無(wú)法滿(mǎn)足國家體育場(chǎng)鋼結構工程施工測量的需要，為此采用衛星定位系統、激光雷達、全站儀及數字水準儀等快速建立高精度三維工程控制網(wǎng)，建立了一個(gè)高精度的施工導線(xiàn)控制網(wǎng)，保證現場(chǎng)拼裝、高空安裝施工定位精度，控制網(wǎng)的精度達到0.3mm。
    共布設4個(gè)GPS點(diǎn)和12個(gè)高精度導線(xiàn)點(diǎn)，其中12個(gè)導線(xiàn)點(diǎn)采用強制對中的形式。為避免施工對控制點(diǎn)點(diǎn)位的影響，保持控制點(diǎn)成果的可靠性，每三個(gè)月對控制網(wǎng)進(jìn)行一次復測，并在每次測量工作開(kāi)始前都要對相鄰控制點(diǎn)進(jìn)行檢查。在計算中用測量專(zhuān)用平差軟件對觀(guān)測數據進(jìn)行嚴密平差，平差后的控制點(diǎn)點(diǎn)位誤差在2mm~3mm。
    9.2施工測量
    鑒于地面拼裝時(shí)多點(diǎn)定位多點(diǎn)檢查、高空安裝時(shí)多接口對接等特點(diǎn)，國家體育場(chǎng)鋼結構工程施工測量時(shí)一改測角、量距的傳統方法，而是充分發(fā)揮全站儀高效、精確、方便的優(yōu)勢，從導線(xiàn)控制網(wǎng)的觀(guān)測到基礎定位、放線(xiàn)，從鋼結構構件的地面組裝到高空三維定位安裝，全部采用全站儀。測量過(guò)程中，先后使用了12臺全站儀和1套（3臺）GPS定位儀。其中用于導線(xiàn)控制網(wǎng)觀(guān)測的Leica TCA2003全站儀是目前最先進(jìn)、精度最高的測量?jì)x器，該儀器測角中誤差0.5秒，測距中誤差 1 +1ppm，其他的全站儀也大部份是高精度的Leica型號的儀器。這些儀器在國家體育場(chǎng)的鋼結構施工測量中發(fā)揮了不可替代的作用，可以說(shuō)“沒(méi)有全站儀就沒(méi)有鳥(niǎo)巢”。
    施工測量時(shí)，在測量控制網(wǎng)的基礎上，建立加密網(wǎng)滿(mǎn)足施工測量的需要。所有的地面拼裝和高空安裝，均采用三維坐標來(lái)確定和復核拼裝、安裝精度。同時(shí)在安裝的過(guò)程中，地面拼裝的測量控制測取已經(jīng)安裝就位的構件的形態(tài)進(jìn)行及時(shí)的調整，確保安裝和拼裝的協(xié)調統一。
    9.3激光雷達掃描技術(shù)
    按照設計要求肩部和頂面次結構在鋼結構卸載完成后進(jìn)行安裝，而肩部和頂面次結構施工圖是以卸載前位形為基準。因此，按照卸載前位形施工圖加工的肩部和頂面次結構接口會(huì )存在較大的偏差；另外，膜結構設計也是基于卸載前的三維模型進(jìn)行設計的，設計位形和實(shí)際安裝位形存在偏差。
    為及時(shí)掌握安裝過(guò)程的實(shí)際情況和卸載前后鋼結構位形的變化情況，國家體育場(chǎng)工程應用了激光雷達掃描技術(shù)對安裝過(guò)過(guò)程以及卸載前后鋼結構進(jìn)行精確檢測和完整記錄，為構件的安裝以及頂面及肩部次結構拼裝和膜結構施工提供參考。
    10厚板焊接
    本工程由于結構跨度大、受力復雜等因素，設計時(shí)24個(gè)桁架柱大量采用了高強、特厚板。其中，局部采用了100/110mm厚Q460E-Z35厚板（正火狀態(tài)），此強度級別的厚板應用于建筑鋼結構工程國內外均無(wú)先例。因此，采取合理的焊接技術(shù)和工藝參數以防止熱影響區脆化、焊接變形及母材撕裂是關(guān)系到工程成敗的關(guān)鍵。
    10.1焊接技術(shù)
    （1）在保證焊透的前提下采用小角度、窄間隙焊接坡口，采用小熱輸入量、小焊道、多道多層焊接方法，以減少收縮量，從而有效控制焊接收縮變形；
    （2）焊接時(shí)嚴格控制焊接工藝參數，從而有效控制熱影響區的脆化，避免焊接裂紋的產(chǎn)生；
    （3）嚴格控制母材質(zhì)量，確保母材Z向性能滿(mǎn)足設計要求；
    （4）選用低氫高韌性焊接材料，焊接時(shí)嚴格控制焊槍的擺動(dòng)幅度，保證焊縫和熱影響區的冷彎及沖擊性能。
    10.2質(zhì)量控制
    在進(jìn)行焊接質(zhì)量控制時(shí)，堅持TQC的基本思想，進(jìn)行全員、全面、全過(guò)程質(zhì)量控制，從“人、機、料、法、環(huán)”五方面切實(shí)保證焊接工藝的成功實(shí)施，確保焊接工作的有序進(jìn)行。
    有針對性的組建焊接質(zhì)量保證體系，從組織上確保焊接質(zhì)量。形成專(zhuān)家顧問(wèn)、焊接工程師、焊接技師及相關(guān)專(zhuān)業(yè)人員相結合的技術(shù)管理組織，以焊工培訓、焊材、焊機的優(yōu)化選擇為基礎，以控制焊接裂紋為主導的焊接技術(shù)路線(xiàn)，從方案編制、無(wú)損檢測、預熱后熱等質(zhì)量控制環(huán)節上形成了一套科學(xué)、嚴密的質(zhì)量保證體系。
    重點(diǎn)控制以下幾點(diǎn)：
    （1）將焊機、焊材廠(chǎng)家作為質(zhì)量保證體系中的重要閉合控制環(huán)節，選擇滿(mǎn)足工程需要的優(yōu)質(zhì)焊機及焊接材料，確保工程的焊接質(zhì)量；
    （2）嚴把焊工水平關(guān)，制定嚴格的培訓、考試和準入制度；
    （3）采用遠紅外電加熱技術(shù)，對δ≥36mm的焊縫和重要焊接節點(diǎn)全部采用電加熱，保證焊縫的預熱（后熱）溫度的均勻和準確性，嚴格控制焊接應力、防止焊接裂紋的產(chǎn)生；
    （4）根據《建筑鋼結構焊接技術(shù)規程》（JGJ81-2002）相關(guān)規定，結合本工程特點(diǎn)，編寫(xiě)焊接工藝評定方案、進(jìn)行焊接工藝評定。
    （5）自檢無(wú)損檢測單位的確定主要考慮人員素質(zhì)、設備條件、技術(shù)支持等因素，無(wú)損檢測單位參與焊接的全過(guò)程管理，對坡口處理、焊接方法、焊接參數等進(jìn)行見(jiàn)證，為最終檢測結果提供正確判斷。
    11結束語(yǔ)
    國家體育場(chǎng)鋼結構工程自2005年10月28日正式開(kāi)始吊裝，歷時(shí)約9個(gè)月于2006年7月16日完成主結構及立面次結構的吊裝與焊接工作，完成鋼結構總重量約4萬(wàn)噸。2006年8月31日完成鋼結構合攏工作。2006年9月17日完成鋼結構卸載工作。
    自檢及第三方監測數據表明，國家體育場(chǎng)鋼結構工程的施工質(zhì)量完全滿(mǎn)足設計文件及《國家體育場(chǎng)鋼結構施工質(zhì)量驗收標準》的有關(guān)要求。
    圖11-1為目前鋼結構安裝全景。

    致 謝

    本文在編寫(xiě)過(guò)程中，劉樹(shù)屯、周文瑛、關(guān)憶盧和劉子祥等國內知名鋼結構專(zhuān)家給予了大力的支持和幫助，在此表示誠摯的感謝。






    參考文獻

    （1）楊俊峰、邱德隆、高樹(shù)棟等，國家體育場(chǎng)鋼結構施工組織設計，2004.12
    （2）中華人民共和國國家標準，鋼結構工程施工質(zhì)量驗收規范（GB20205-2001）
    （3）李久林、高樹(shù)棟、邱德隆等，國家體育場(chǎng)鋼結構施工質(zhì)量驗收標準，2005.7
    （4）中華人民共和國行業(yè)標準，建筑鋼結構焊接技術(shù)規程（JGJ81-2002）
    （5）劉樹(shù)屯、李久林、高樹(shù)棟、邱德隆，“鳥(niǎo)巢”鋼結構關(guān)鍵施工技術(shù)介紹，第六屆全國現代工程學(xué)術(shù)研討會(huì )，2006.7
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