国家体育场鸟巢主结构安装方案Word文件下载.docx
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2004年12月审查通过的《国家体育场工程施工组织设计》
1.3其它
建筑结构长城杯工程质量评审标准
DBJ/T01-69-2003
建筑长城杯工程质量评审标准
DBJ/T01-70-2003
北京城建集团国家体育场工程总承包管理体系文件
2003版
国家体育场钢结构工程焊接工艺评定方案
2005.5
关于施工方案编制规定的通知
2工程概况
2.1工程简介
国家体育场位于北京市城府路南侧，奥林匹克公园中心区内，是北京2008年奥运会的主体育场。
建筑顶面呈马鞍型，长轴为332.3m，短轴为297.3m，最高点高度为68.5m，最低高度为40.1m。
屋盖中间开洞长度为185.3m，宽度为127.5m。
主桁架围绕屋盖中间的开口放射型布置，与屋面及立面的次结构一起形成了“鸟巢”的特殊建筑造型。
大跨度屋盖支撑在周边的24根桁架柱之上，主桁架尽可能直通或接近直通，并在中部形成由分段直线构成的内环洞口。
为了避免出现过于复杂的节点，4榀主桁架在内环附近截断。
用分段直线代替主桁架空间弯扭曲线弦杆，减少构件的加工难度。
将腹杆倾斜角度控制在60°
左右，网格大小尽量均匀，上下弦节点对齐，具有较好的对称性。
桁架柱、弦杆与腹杆形成完整的桁架，腹杆主要连接于外柱与立面次结构的交点。
腹杆轴线与内外柱轴线在同一平面内，腹杆宽度为1200mm，与菱形内柱同宽。
在屋盖上弦采用膜结构作为屋面围护结构，屋盖下弦采用声学吊顶。
主场看台部分采用钢筋混凝土框架－剪力墙结构体系，与大跨度钢结构完全脱开。
屋盖主结构的杆件均为箱型构件，其中，主桁架断面高度为12m，上弦杆截面为1200mm×
1200mm～1000mmX1000mm，下弦杆截面为1000mm×
1200mm～800mmX800mm，腹杆截面基本为600mmX600mm，主桁架沿洞口斜角交叉布置。
桁架柱为三角形格构柱，，每根格构柱由两根1200mmX1200mm箱型外柱和一根1200mm×
1200mm菱形内柱组成，腹杆截面为1000mm×
1200mm。
桁架柱上端大、下端小，上端与主桁架相连，下端埋入钢筋混凝土承台内，并将屋盖荷载传至基础。
除菱形内柱下端（标高＋1.500m）上部采用了Gs20Mn5V铸钢件外，屋盖主结构主要采用Q345D、Q345GJD及Q460E钢材，其中Q460E低合金高强度钢材在国内民用建筑中首次使用。
本工程主结构约为21700吨，其中桁架柱约为10500吨，主桁架约为11200吨,次结构约11700吨,楼梯与马道约5000吨,本工程合计钢材总计约41800吨。
2.2工程特点、难点
2.2.1工程特点
本工程作为国家标志性建筑，2008年奥运会主场馆，其主结构特点十分显著，具体如下：
（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，工期紧,与土建施工交叉作业,平面场地紧张.
（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。
2.2.2工程难点
（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。
3施工部署
3.1施工区域划分
根据施工总承包合同以及土建施工分区情况，结合钢结构总体安装方案确定的分阶段分区域对称安装原则，将钢结构安装划分I、II两大施工区域，I区范围为C21立柱—C8立柱区域，II区范围为C9立柱—C20立柱区域，如下图所示。
图3.1-1钢结构施工分区图
根据总体安装思路，每个施工区域选用1台800t履带吊和1台600t履带吊进行主结构的吊装。
其中，800t履带吊布置在外环，负责桁架柱、外圈主桁架及部分中圈主桁架的安装，600t履带吊布置在内环，负责内圈及部分中圈主桁架的安装。
所以，根据800t履带吊和600t履带吊承担的任务，又将每个施工区域分成内外两个小吊装分区，具体见下图：
图3.1-2钢结构吊装任务分工图
3.2施工组织
国家体育场钢屋盖结构复杂，造型新颖，举世瞩目，施工难度极大，作为体育场工程的核心，钢结构工程是整个体育场工程的重中之重，体育场工程的总体安排必须以钢结构的安装为统筹主线，钢结构详图设计、加工制作、现场拼装等必须围绕现场安装工作来进行。
另外，由于工期紧，钢结构工程需与混凝土看台交叉作业，而且制约着基座工程的开始乃至整个工程的竣工，因此，需要建立一个以总包为核心、完善有效的钢结构组织管理体系，对钢结构工程进行全面系统的管理，以保证总体施工的顺利实施。
由于本工程钢结构分成两大施工区域来进行加工和安装，所以，在施工组织上，不但要建立总包钢结构组织管理体系，进行统筹管理、统一协调。
同时要建立分区专业钢结构项目部组织管理机构，实施对钢结构施工班组和作业人员的具体管理及钢结构施工过程中的各项管理工作，以确保各项技术要求、质量要求及安全要求等能够贯彻落实到实际施工当中，确保各项工作按预期的目标进行。
3.2.1总包钢结构组织管理体系
作为国家体育场的总承包方，总包应建立总包钢结构组织管理体系，以实施对钢结构各分工单位的管理和钢结构施工过程的宏观管理。
根据本工程钢结构特点，总包钢结构组织管理体系具体如下：
3.2.2专业项目部管理组织机构
专业钢结构项目部是该工程钢结构的具体实施单位，钢结构各项工作目标的实现都建立在专业钢结构项目部的具体施工和管理工作之上。
由于钢结构在整个国家体育场的特殊地位，专业钢结构项目部的各项工作会对整个工程产生重大的影响，为此，需建立专业钢结构项目部管理机构，具体如下：
图3.2专业项目部管理组织机构
为保证国家体育场钢结构工程的统一管理和指挥，专业项目部管理组织机构要服从总包钢结构的统一管理，统一协调，并各自承担各施工分区的施工任务和各项管理工作。
3.3施工总体程序
根据本工程钢结构的结构特点及2004年12月审批通过的《钢结构安装施工组织设计》等，本工程主结构安装采用散装法。
即桁架柱和主桁架散件出厂，运至施工现场，在施工现场进行地面拼装，然后分段进行吊装。
由于本工程主结构主要由桁架柱和主桁架组成，且Ⅰ、Ⅱ区钢结构180°
旋转对称，马鞍型屋面东西高、南北低，桁架柱和主桁架分段重量重，安装高度高，主桁架纵横交错，所以在施工总体程序的选择上，必须遵循以下原则：
（1）Ⅰ、Ⅱ区主结构安装要对称同步（180°
旋转对称），并尽早形成安装区域局部稳定单元；
（2）要先低后高，先柱后桁架；
（3）要保证构件拼装顺序以及前、后吊装分段的搭接关系，以保持吊装工作的整体连贯性，避免吊机闲置和窝工现象的出现；
（4）要尽量减少前、后吊装分段的对口数量，降低安装难度；
（5）尽量减少吊车工况的变化及吊车的行走路程，以保证安全和整个工程的进度。
（6）要保证主导施工路线的作业时间，确保工程按期完工。
（7）要考虑现场实际情况，包括场地条件、土建施工进度、地面拼装进度及加工制作进度。
根据以上原则，在施工总体程序上，将主结构安装分为三个阶段六个步骤，先安装南北方向桁架柱，后安装东西方向桁架柱，内外主桁架的安装穿插进行，具体如下：
第一阶段
步骤一：
进行Ⅰ区P2、P1、P24（Ⅱ区P14、P13、P12）桁架柱的安装；
步骤二：
外环进行Ⅰ区P23、P22、P21桁架柱及P24、P1、P2对应的外圈主桁架（Ⅱ区P11、P10、P9桁架柱及P14、P13、P12对应外圈主桁架）的安装，内环进行南北方向内圈主桁架的安装；
步骤三：
外环进行Ⅰ区P3、P4、P5桁架柱（Ⅱ区P15、P16、P17桁架柱）的安装，内环进行南北方向中圈主桁架的安装和合拢；
第二阶段
外环进行Ⅰ区P6、P7、P8桁架柱及对应外圈主桁架（Ⅱ区P18、P19、P20桁架柱及对应外圈主桁架）的安装，内环进行东西方向内圈及部分中圈主桁架的安装；
外环进行东西方向中圈主桁架的安装和合拢；
第三阶段
外环进行四个角部区域外圈和中圈主桁架的安装及屋面的整体合拢。
因现场安装受多方施工条件的制约，所以在总体施工程序上必须充分考虑前后各工序间的搭接关系，具体施工程序如下：
图3.3主结构总体施工程序
3.4施工方法
本工程钢结构跨度大、构件体型庞大、重量重，无法整榀桁架进行吊装，而其它施工方法在某种程度上均存在不足，依据2004年12月审批通过的《钢结构安装施工组织设计》等，本工程主结构安装仍沿用散装法。
即桁架柱和主桁架散件出厂，运至施工现场，在施工现场进行地面拼装，搭设施工用支撑塔架分段进行吊装，待屋面主结构形成整体后，支撑塔架再整体同步卸载。
根据吊装分段情况和吊机作业半径，每个施工分区选用1台800t履带吊和1台600t履带吊进行主结构的吊装。
3.5施工进度计划
钢结构总工期包括详图设计、材料采购、构件制作、现场安装、支撑塔架卸载等在内的作业时间。
本工程由于前期准备期时间不足,起吊期仓促，因此，必须合理地安排每道工序的作业时间及每根构件的吊装时间。
为确保国家体育场总体施工进度，钢结构工程主结构的安装进度计划表严格以总包提供的进度大纲为基准。
同时，在钢结构安装实施过程中需要上道工序包括土建施工单位、钢结构加工单位密切配合，为保证现场安装进度，特作如下相关要求：
（1）钢结构详图设计、构件加工和现场拼装的顺序必须严格按现场钢结构安装顺序进行。
（2）钢结构详图设计、构件加工和现场拼装进度必须满足现场连续吊装的要求。
（3）施工现场应尽可能多、尽可能早提供钢结构施工场地和工作面，避免钢结构安装受场地条件的制约而影响吊装进度。
（4）要严格控制构件加工制作质量和现场拼装质量。
（5）要实行倒班作业，特别是现场焊接工作，保证厚板一次焊接完毕。
（6）要提供足够的施工用电，特别是施工高峰期的用电和夜间照明用电。
（7）要保证劳动力资源的数量和质量。
（8）要求合理利用资源，避免资源浪费。
（9）由于前道工序（非安装阶段）的延误,安装进度表将作调整并上报总承包审定。
钢结构工程总体进度计划表见附表一（共四页）。
3.6主要资源计划
3.6.1设备资源配置计划
（1）主要施工设备表
序
号
设备名称
及型号规格
数
量
配置
用途
施工时间
800吨履带吊CC4800
1台
主臂/副臂：
54m/42m、60m/54m
超起：
22*260tmax
桁架柱、外围主桁架吊装
2005.9～2006.5
800吨履带吊LR1800
56m/35m、56m/63m
22*350tmax
600吨履带吊CC2800
2台
60m/36m超起：
11~17*300tmax
内圈主桁架吊装
2005.10～2006.4
300吨履带吊
桁架柱翻身、散装杆件吊装
50吨履带吊
卸车、配合吊装
50吨汽车
水平运输
交直流焊机
60台
焊接
CO2气体保护焊
碳弧气刨
10台
清根
焊条烘箱
8台
焊条烘烤
温控箱
预热，热处理
12
螺旋千斤顶
320台
50吨级
整体卸载
2006.3～2006.7
13
手拉葫芦
10只
20吨级
构件姿态调整
2005.7~2006.10
14
电加热器
8组
构件预热
2005.7~2006.6
（2）测量和监测设备
机械设备名称
型号
数量
来源
全站仪
TCRA1201
4台
自备
经纬仪
T2
电子水准仪
DNA03
水准仪
NA2
测温仪
6套
超声波探伤仪
JTS-7
LISN52
CTS-2000
涂层测厚仪
EPK60BF
2套
调频通话机
5km通话能力
40
（3）主要施工设施表
支撑塔架
80组
租赁及自制
锚件
购买及自制
吊具
稳定支撑及拉撑
自制
施工用爬梯
施工操作平台
3.6.2劳动力计划
（1）总体劳动力配置
根据钢结构安装工作量，主结构安装时，总体劳动力需求如下：
作业面
吊车司机
起重工
测量工
铆工
焊工
架子工
油漆工
电工
后勤人员
安装一线
20
30
70
安装二线
15
安装三线
安装四线
50
项目部管理人员
小计
120
240
总计
562
（2）劳动力使用动态计划表
合计
2005年8月1日
86
2005年9月1日
314
2005年10月1日
527
2005年11月1日
547
2005年12月1日
2006年1月1日
2006年2月1日
2006年3月1日
2006年4月1日
2006年5月1日
2006年6月1日
559
2006年7月1日
2006年8月1日
60
549
2006年9月1日
323
2006年10月1日
221
2006年11月1日
138
2006年12月1日
27
合计工月（人.月）
141
870
174
1500
2990
590
250
112
565
7192
劳动力动态曲线图：
4施工准备
4.1技术准备
（1）工程技术及施工管理人员熟悉、审查工程图纸和有关资料，勘察施工现场。
（2）要调查研究，收集必要的资料，包括自然条件和当地的技术经济资料，如气象资料、地方材料、建筑构配件的供应等。
（3）要编制详细施工预算。
（4）编制详细的专项施工方案和施工作业设计，并做好技术交底等各项工作。
（5）根据焊接接头形式、母材材质、所用焊材及焊接方法等具体情况做好焊接工艺评定工作和现场焊接方案。
（6）设计大量的使用用临时设施及工、卡具。
4.2现场准备
由于本工程施工现场比较狭窄，工期紧，钢结构安装受到一定的影响。
同时，本工程钢结构吨位量大，构件多且体型大，不但需要大量的构件堆放场地和组装场地，而且要求现场畅通，确保大型吊车的进退场、行走路线和大型构件的进场。
因此，工程现场必须进行场地平整，清除施工障碍，修筑道路，接通施工用水管道、用电线路，保证构件运输、转弯的畅通。
外环道路能够满足800t履带吊吊装、行走，内环道路能满足600t履带吊吊装、行走。
为了便于工程文明施工管理，同时结合本工程现场条件，将生产区、办公区与生活区严格分开，设办公用房1500m2，各类仓库1000m2，构件堆放场地7000m2，且各区根据自身特点制定不同的管理制度。
4.2.1施工总平面布置
为保证现场施工顺利进行，现场施工总平面布置需要遵循以下原则：
（1）在满足施工的条件下，尽量节约施工用地；
（2）在满足施工需要和文明施工的前提下，尽可能减少临时建设的投资；
（3）在保证场内交通运输畅通和满足安装对构件需求的前提下，最大限度的减少场内运输，特别是减少场内二次搬运；
（4）符合施工现场卫生及安全技术要求和防火规范。
根据现场场地、钢结构的施工顺序及其它实际情况，拼装场地和吊机行走道路要按时间分阶段提供。
本工程施工总平面布置见施工总平面布置图。
4.2.2场区交通组织
针对构件体型大、现场车辆多及现场情况复杂等特点，合理安排构件运输线路和场区交通组织十分重要，以避免出现道路堵塞现象。
为保证正常施工和道路畅通，要求在场地西北侧预留不小于11m宽、6m高的通道（可利用混凝土看台结构通道）。
体育场内、外设置吊机行走环道，道宽：
外环30m，内环28m。
根据目前体育场外围出入口情况，在东西两侧设计三条构件运输用通道。
具体见施工总平面布置图附图ZJG-004。
4.2.3安装施工临时用电计划
现场用电包括现场施工用电和生活用电两大部分，其中现场施工用电又包括现场设备用电和现场照明用电，现场设备用电根据现场施工设备数量和额定功率来计算，并根据使用情况（使用频率和使用时间）考虑一定的折减系数，现场照明用电则应考虑整个施工现场的照明和加班作业这一实际情况。
由于该工程工期短，焊接工作量大，施工时需要大量的焊机。
工程开工后，现场用电量相当大。
故工程开工前，必须事先布置一定数量和容量供电点（变压器），以满足现场施工用电的要求和一定的用电安全储备。
施工用电量计算具体如下：
（注：
下表未含拼装作业用电）
项目或设备名称
额定功率
合计功率
焊机
30kW
120台
3600kW
空压机
24kW
192kW
5kW
20k
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