北京某大型體育場工程施工新技術(shù)應用概述

北京某大型體育場工程施工新技術(shù)應用概述體育場是2008年北京奧運會的主會場。其造型呈馬鞍形，外殼由鋼結(jié)構(gòu)編織成體育場狀，內(nèi)部為三層碗狀看臺混凝土結(jié)構(gòu)?？磁_結(jié)構(gòu)存在大量斜柱、斜梁、空間環(huán)梁等異形構(gòu)件。鋼結(jié)構(gòu)總用鋼量約4-2萬t。施工中通過采用高強高性能混凝土技術(shù)、鉆孔灌注樁后壓漿技術(shù)、HRB鋼筋應用技術(shù)、Q460高強鋼厚板焊接技術(shù)、成套箱形彎扭構(gòu)件加工制作技術(shù)等，取得了一系列研究成果，提高了我國建筑技術(shù)水平，社會經(jīng)濟效益和環(huán)保效益非常顯著。其中7項科技成果填補國內(nèi)空白，達到國際先進或國際領先水平，完成了國家級工法4項。本工程已獲得結(jié)構(gòu)“長城杯”金杯和中國鋼結(jié)構(gòu)金獎。體育場位于**公園中心區(qū)南部，是北京2008年第二十九屆奧運會的主會場，承擔開幕式、閉幕式和田徑比賽，賽時可容納觀眾91000人，其中臨時坐席11000個(賽后拆除)。工程占地面積20．4hm2，總建筑面積25．8萬m2。建設單位為**有限責任公司，設計單位為瑞士**設計所、中國**設計研究院、奧雅納組成的設計聯(lián)合體，總承包單位為北京**集團。工程于2003年12月24日開工建設，2008年6月27日竣工。1工程概況1．1建筑工程概況本工程分體育場、基座和熱身場地三部分，體育場建筑造型呈橢圓的馬鞍形，外殼由4．2萬t鋼結(jié)構(gòu)有序編織成體育場狀獨特的建筑造型；內(nèi)部為三層混凝土結(jié)構(gòu)碗狀看臺；鋼結(jié)構(gòu)屋頂上層為4．2萬m2ETFE單層張拉膜，下層為5．3萬m2PTFE膜聲學吊頂。建筑物南北向(長軸)長333m，東西向(短軸)長280m；觀眾看臺下地下2層，地上4~7層，建筑物高69．21m(混凝土結(jié)構(gòu)高51．1m)，±0．O0相當于43．50m。本工程為特級體育建筑，工程設計使用年限為100年，耐火等級為一級，抗震設防烈度8度，人防等級為6級，物資庫防化等級丁級。地下工程防水等級為I級，采用三道設防。其中一道為鋼筋混凝土自防水；在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)外側(cè)，基座底板、外墻采用柔性防水層為兩道4+4SBS改性瀝青卷材防水；基座頂板采用柔性防水層為兩道3+4SBS改性瀝青卷材防水。室內(nèi)防水采用1．5mln厚單組分聚氨酯涂膜。總體設計貫徹“綠色奧運、科技奧運、人文奧運”1．2結(jié)構(gòu)工程概況1．2．1混凝土結(jié)構(gòu)本工程混凝土結(jié)構(gòu)工程是由12個混凝土剪力墻形成的核心筒與周邊梁、板、柱組成的異型框架一剪力墻結(jié)構(gòu)，框架結(jié)構(gòu)上部支撐著預制看臺板，約14700塊預制看臺板與大跨度斜梁組成觀眾看臺。除預制看臺板外均為現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)?；A采用樁承臺式基礎，基礎樁采用后壓漿鉆孔灌注樁，樁頂承臺通過混凝土筏板連接為整體?？磁_結(jié)構(gòu)存在大量斜柱、斜梁、空間環(huán)梁及弧形墻等大量異形構(gòu)件。其中斜柱斷面尺寸為1000mm×1000mm，共分兩種形式：一種為單向傾斜，另一種為在單向傾斜基礎上沿縱向旋轉(zhuǎn)一個角度(簡稱斜扭)，傾斜角度從59?！?9。不等，共70種，旋轉(zhuǎn)角度從1°°～89°不等，共36種，跨層(二、三、四)與樓板相連的斜柱最大垂直高度達18．65m。斜梁為超長魚腹式T形結(jié)構(gòu)，中層看臺斜梁斷面尺寸1000minx(333～2278)mm不等，上層看臺斜梁截面尺寸1000minx(442～1200)mm不等；上層看臺斜粱端部為橢圓形馬鞍狀空間環(huán)梁，斷面尺寸最大1200mmxl各層結(jié)構(gòu)外邊梁為折線形，邊線里出外進極不規(guī)則，6條變形縫間板長約172m，為超長結(jié)構(gòu)?；A底標高變化大，其中鋼結(jié)構(gòu)組合柱P承臺3．9m、9．5m、11．0m，最大14m×26m×9．5m1．2．2鋼結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)主結(jié)構(gòu)由24榀門式桁架組成，其中22榀是直線貫通或近似直線貫通。屋蓋開口長軸方向(南北向)長度約為185m，開口邊緣接近跑道的外側(cè)；短軸方向(東西向)約為125m，邊緣接近一層看臺內(nèi)側(cè)。組合柱間共設置12對瀑布狀大樓梯。屋頂桁架矢高12m，其中上弦桿(組合柱外柱相連)截面基本為1000mm×1000mm，下弦桿(組合柱內(nèi)柱相連)為800mm×800mm，腹桿截面基本為600mm×600mm。組合柱(菱形內(nèi)柱+2方形外柱)的截面保持1200mm×l200mm不變，次結(jié)構(gòu)截面為1000mm×鋼板的最大厚度不大于110mm。板厚不大于34mm時采用Q345鋼材：板厚不小于36mm時，采用Q345GJ鋼材：板厚不小于100mm時采用Q460E鋼材，此種鋼材在國內(nèi)建筑用鋼中首次使用，共約700t，應用在4個柱腳和6根桁架柱中。桁架柱的菱形內(nèi)柱下端(標高+1．5m)的上部采用了Gs20Mn5V鑄鋼件。鑄鋼件單件重量最大近30t，共計約600t。鋼材Z向性能要求：40mm≤t≤60mm，Z15；60mm<t≤90mm，Z25：t>90mm，Z35。設計用鋼量總計約42000t。1．3裝飾裝修工程概況本工程裝飾裝修設計將中國元素、人文關(guān)懷、國際潮流相融合，通過不同材料、不同色彩、不同元素的運用，將不同功能分區(qū)有機結(jié)合在一起。體育場的外立面與結(jié)構(gòu)是統(tǒng)一的，各個結(jié)構(gòu)元素之間相互支撐，匯聚成網(wǎng)格狀，就如同一個由樹枝編織成的體育場。其中3層餐廳層外側(cè)、4層包廂層內(nèi)外兩側(cè)設置隱框全玻幕墻，采用60×120鋼框、中空玻璃，其中玻璃內(nèi)側(cè)彩釉圖案處理。集散廳墻面采用紅色涂料、亞麻地面、頂棚平板部位噴涂黑色涂料，看臺板下表面噴涂紅色涂料?；炷林鶉娡颗c鋼結(jié)構(gòu)一致的金屬銀灰色面漆。其中1層集散廳地面采用機切碎拼石材拼砌。內(nèi)隔墻除鋼筋混凝土墻外，主要墻體均為300、250、150mm厚陶粒混凝土空心砌塊及輕鋼龍骨輕質(zhì)隔墻。外墻保溫材料為100mm厚巖棉保溫層，二層以上集散廳樓板保溫材料為30mm厚擠塑板保溫層，部分看臺板下面有用房的，在底板做50mm厚擠塑板保溫層，一層集散廳及基座平臺保溫材料為50mm厚擠塑板保溫層。1．4機電工程概況機電設備安裝工程包括給排水、通風空調(diào)、電氣、智能建筑及電梯五大系統(tǒng)38個專業(yè)系統(tǒng)。給排水工程中給水系統(tǒng)采用紫銅管，最大口徑達250mm通風空調(diào)工程中空調(diào)主導冷源采用雙工況冷水機組，賽時為空調(diào)工況，賽后采用冰蓄冷模式；體育場部分區(qū)域采用地源熱泵系統(tǒng)，比賽場地下設置地源換熱器。電氣工程中變配電系統(tǒng)采用10kVA四路進線、兩路供電模式，設兩臺1680kW柴油發(fā)電機組作為應急電源，另設UPS作為計算機類負荷應急電源，EPS作為應急照明的電源：照明工程包括一般、應急、場地、景觀及立面照明。智能建筑工程中除常規(guī)的建筑設備監(jiān)控等系統(tǒng)外，還包括安全防范系統(tǒng)、場地擴聲系統(tǒng)及體育賽事系統(tǒng)。1．5節(jié)能環(huán)保技術(shù)1．5．1雨洪利用體育場雨洪利用系統(tǒng)設施，年回收利用的雨水量可能達到年平均總降水量的66％，年回收總量近6．7萬m3。既可有效地減少北京市的供水負擔，降低徑流量，減少對市政水管網(wǎng)的壓力，又能為體育場運營中年回用水提供約23％的補水量；與使用自來水相比，還能為業(yè)主節(jié)約大量水資源費、自來水費和排污費，同時每年節(jié)約400多萬元的城市防洪費，具有顯著的效益。其技術(shù)水平達到國際先進水平：(1)體育場內(nèi)70％的供水由回用水代替，其中23％來自雨水；(2)世界范圍內(nèi)建筑雨洪利用系統(tǒng)處理標準最高的處理設施；(3)世界范圍內(nèi)建筑雨洪利用系統(tǒng)處理規(guī)模最大的設施之一；(4)世界范圍內(nèi)建筑再生水處理設施供水最潔凈、最衛(wèi)生的系統(tǒng)；(5)供水水質(zhì)標準和先進的收集、處理、自控技術(shù)填補國內(nèi)再生水處理領域空白．相關(guān)技術(shù)處于國際先進水平。1.5．2地源熱泵技術(shù)應用通過專項研究，利用體育場足球場草皮下的土壤資源，設計地源熱泵冷熱源系統(tǒng)，高效、節(jié)能、環(huán)保。本工程在足球場草坪下部設了312口深75m地源熱泵井，夏季可提供1500kW制冷量，冬季可提供1800kW制熱量。這樣既減少了部分負荷運行時的能耗，又充分利用可再生能源，積極響應了“綠色奧運”和“科技奧運”的理念。1．5．3膜結(jié)構(gòu)技術(shù)應用采用新型、綠色建材ETFE及PTFE膜結(jié)構(gòu)覆蓋屋頂．并已編制完成了由設計聯(lián)合體作為主編單位的《體育場膜結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》、由施工總包作為主編單位的《體育場ETFE膜結(jié)構(gòu)施工驗收規(guī)程》和《體育場PTFE膜結(jié)構(gòu)施工驗收規(guī)程》，作為體育場膜結(jié)構(gòu)設計的技術(shù)指導性文件。膜結(jié)構(gòu)具有燃燒性能優(yōu)越、透光率好的特點，根據(jù)采用的膜材和使用部位的不同，具有防水、透光、吸聲等作用。本工程的膜結(jié)構(gòu)由兩部分構(gòu)成：上層鑲嵌在主體鋼結(jié)構(gòu)上層鋼梁區(qū)格之間透明的ETFE膜結(jié)構(gòu)，下層懸掛在主體鋼結(jié)構(gòu)下層鋼梁下面半透明的FE膜結(jié)構(gòu)吊頂。2施工概況2．1施工特點和難點2．1．1混凝土結(jié)構(gòu)工程(1)樁基設計施工難度大。體育場為大跨度空間結(jié)構(gòu)，基礎受力復雜，同時抗浮水位較高，樁基承受的抗壓、抗水平、抗拔荷載極大，且工程基底土質(zhì)復雜，對于樁基設計參數(shù)的取得，尤其是水平荷載作用下樁頂嵌固效應以及樁土承臺共同作用效應需通過系統(tǒng)的試樁確定，國內(nèi)外民用建筑領域尚無成熟經(jīng)驗借鑒。(2)異型框架結(jié)構(gòu)復雜。為實現(xiàn)體育場獨特的建筑效果，混凝土結(jié)構(gòu)中大量采用斜梁、斜柱構(gòu)成異形框架結(jié)構(gòu)。1800根混凝土柱中斜柱、斜扭柱占80％，最大傾角60°°；其中跨三層、四層斜扭柱124根，最大高度21m；大斷面、大跨度斜梁長25m，傾角30°。結(jié)構(gòu)外邊緣不規(guī)則，支撐架體施工難度大，采用現(xiàn)澆混凝土建造異形框架結(jié)構(gòu)，國內(nèi)外尚無先例。(3)耐久性指標高。地上結(jié)構(gòu)單塊最大長度為170m，鋼結(jié)構(gòu)柱下承臺厚達10m，基礎底板不設伸縮縫，面積300m×400m。結(jié)構(gòu)裂縫控制難度大。工程為具有重大意義的標志性建筑，混凝土結(jié)構(gòu)需滿足100年耐久性要求，對此類民用建筑工程國內(nèi)外沒有相應的規(guī)范可以依據(jù)，也無同類工程可供借鑒。(4)預制看臺板數(shù)量大、要求高。體育場由約1．5萬塊預制混凝土看臺板組拼而成。預制看臺板型號多，約2400種，工程量大，構(gòu)件形式復雜；重量大，最重18t，且為非預應力薄壁長構(gòu)件，最長約11m。看臺板設計要求為清水混凝土構(gòu)件，不做任何飾面處理，加工標準極高，構(gòu)件制作以及安裝技術(shù)需研究解決。2．1．2鋼結(jié)構(gòu)工程(1)大量采用空間彎扭構(gòu)件、節(jié)點復雜，加工制作及安裝難度大。為體現(xiàn)體育場獨特的建筑造型，本工程1／3以上的構(gòu)件采用空間彎扭構(gòu)件，無固定的線型。同時，本工程中無論是主結(jié)構(gòu)之間，還是主次結(jié)構(gòu)之間，都存在多根桿件(達14根)空間匯交現(xiàn)象；加之次結(jié)構(gòu)復雜多變、規(guī)律性少，造成主結(jié)構(gòu)的節(jié)點構(gòu)造相當復雜，節(jié)點類型多樣，制作、安裝精度要求高。(2)構(gòu)件體型大、單體重量重，構(gòu)件翻身、吊裝難度大。作為屋蓋結(jié)構(gòu)的主要承重構(gòu)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t，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262t，構(gòu)件最長約43m。由構(gòu)件體型較大，重量重，各類構(gòu)件重心位置互不相同，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。翻身過程中的穩(wěn)定性控制難度大。起吊時，必須調(diào)整好分段構(gòu)件的角度和方位，而對于體型大、重量重的構(gòu)件，角度調(diào)節(jié)相當困難，吊裝難度大。(3)焊接量大、焊接難度大。本工程為全焊接鋼結(jié)構(gòu)，焊縫總長度約30萬m，焊縫折算總長度約280萬m。鋼板厚度3～110mm，焊接位置涉及平焊、橫焊、立焊和仰焊，且焊接工作跨整個冬季。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，溫度控制和勞動強度要求高。而高空焊接、冬雨季焊接的防風雨和防低溫措施更使得焊接難度增大。(4)安裝精度控制難、施工質(zhì)量要求高。由于施工過程中結(jié)構(gòu)本身因自重和溫度變化均會產(chǎn)生變形，結(jié)構(gòu)形體復雜，均為箱形斷面構(gòu)件，位置和方向性均極強，安裝精度受現(xiàn)場環(huán)境、溫度變化等多方面的影響極難控制。另外，本工程無論是外觀質(zhì)量，還是內(nèi)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(gòu)件組裝焊縫及現(xiàn)場拼裝、安裝焊縫均為全熔透一級焊縫；鋼結(jié)構(gòu)立面在距視線10m內(nèi)可見焊縫的余高要求為0～1mm，所有焊縫表面均需進行磨光處理。(5)合攏口多，合攏溫度要求嚴，實施難度大。根據(jù)設計要求，本工程中的主桁架和立面結(jié)構(gòu)各設置了四條合攏線。其中，主桁架合攏口100個(含上、下弦和腹桿)，立面結(jié)構(gòu)的合攏口28個，合攏口數(shù)量眾多。雖立面結(jié)構(gòu)和主桁架可采取分次合攏方案，但一次合攏的對接口數(shù)量仍高達50個，為確保合攏線上的對接口同時合攏，需組織大量的人力和物力。而且，整個鋼屋蓋安裝及制作誤差最終均集中在這四條合攏線，選擇何種合攏方式來消納誤差難度特別大。同時，對于如此復雜的結(jié)構(gòu)和復雜的溫度場分布情況，要保證分次合攏時的溫度條件基本一致，滿足(19±4)℃要求，難度巨大。(6)卸載點多、噸位重、設計要求高，同步控制難度大。本工程卸載點多、卸載噸位大，屋蓋總面積約60000m，卸載噸位約14000t，78個卸載點，設計要求“結(jié)構(gòu)整體分級同步卸載、嚴格進行比例控制”，單點卸載噸位大、最大點支撐力約300t，卸載實施難度大。(7)頂面及肩部次結(jié)構(gòu)安裝難度大。按設計要求，4000t頂面及肩部次結(jié)構(gòu)在主結(jié)構(gòu)卸載之后進行安裝．卸載之后主結(jié)構(gòu)發(fā)生變形，而現(xiàn)有的加工制作依據(jù)是卸載前位形，所以卸載前后的變形量將會嚴重影響次結(jié)構(gòu)的安裝精度。2．1．3裝飾裝修工程裝飾面層材料的選擇以及節(jié)點構(gòu)造追求與鋼結(jié)構(gòu)亂形相呼應的效果，具體裝飾節(jié)點作法上體現(xiàn)了粗獷與細膩相結(jié)合的方式，不追求選材的高檔次，而是選擇特異的材料，通過特珠的作法來表達設計師的意圖，具體實施起來難度很大，如異形金屬格柵吊頂、自然面石材地面拼砌。2．1．4防水工程室內(nèi)外空間連續(xù)過渡，室內(nèi)外建筑作法混合運用。由于鋼結(jié)構(gòu)和混凝土結(jié)構(gòu)相互穿插，其變形縫受溫度影響長期存在45～72mm大變形，變形縫防水難度極大；基座頂板和樓板采用擠塑板保溫形成所謂的漂浮地面；大面積輕鋼龍骨墻體內(nèi)墻外用，防裂難度大。2．1．5機電工程本工程專業(yè)設備大量采用了國內(nèi)乃至國際建筑智能化的前沿技術(shù)，科技含量高，例如雨洪利用技術(shù)、地源熱泵技術(shù)、智能照明綜合控制技術(shù)等。本工程規(guī)模宏大，各專業(yè)系統(tǒng)復雜，子系統(tǒng)項目繁多，各現(xiàn)場控制設備分散，機電管線縱橫交錯，隨異形結(jié)構(gòu)敷設，機電綜合排布預控要求高。2．1．6其他(1)體育場功能繁多，科技含量高，世界領先的建筑新技術(shù)、新材料、新工藝、新設備多，是世界上獨一無二的特大型體育場館建筑，特別是重型鋼結(jié)構(gòu)和頂面大面積ETFE和PTFE膜結(jié)構(gòu)，沒有先例，近10項專項施工沒有驗收標準或國家現(xiàn)行施工驗收標準不能覆蓋，需要在施工過程中進行研究，制定專項驗收標準用于指導施工，具有巨大的技術(shù)、質(zhì)量風險。(2)建設標準要求高。建設驗收標準要求嚴格，綜合調(diào)試、體育場地、體育設施技術(shù)標準必須與IOC、SPOC、BOCOG及國際單項體育聯(lián)合會最新技術(shù)標準相一致；工程建設及工藝質(zhì)量驗收標準除了符合規(guī)范及國家最高質(zhì)量標準——“魯班獎”要求外，還應與國際接軌，接受國際奧委會、田聯(lián)等國際相關(guān)組織的驗收，滿足體育場館建設有關(guān)國際技術(shù)標準規(guī)定。(3)施工時間短，工期緊。施工專業(yè)多，國際、國內(nèi)分包單位多，特殊、特種專業(yè)施工隊伍多，現(xiàn)場質(zhì)量協(xié)調(diào)、管理與控制難度大。2．2施工部署2．2．1部署原則(1)施工總體順序：先體育場，后基座、熱身場地。以鋼結(jié)構(gòu)安裝為主線，綜合考慮施工工期，先行施工混凝土結(jié)構(gòu)，合理安排混凝土結(jié)構(gòu)施工順序，為鋼結(jié)構(gòu)施工創(chuàng)造條件。對影響鋼結(jié)構(gòu)吊裝的混凝土結(jié)構(gòu)，根據(jù)設計圖紙要求留設施工縫，待鋼構(gòu)件吊裝后進行施工。預制混凝土看臺板待鋼結(jié)構(gòu)支撐卸載完成，隨支撐塔架的分區(qū)拆除適時插入施工，同時保證順序交接、先后有序、自然過渡?？傮w施工程序見圖5。(2)時間上的原則：計劃先行、統(tǒng)籌考慮，綜合安排施工作業(yè)，盡量避開雨季、冬季不利因素，同時兼顧北京地區(qū)季節(jié)性氣候影響；否則提前布置，為施工創(chuàng)造條件。(3)空間上的原則：平面分區(qū)段，立體分瘋水，交叉作業(yè)，合理組織，保證施工的連續(xù)性、均衡性、節(jié)奏性；做好分階段驗收安排，提前插入二次結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)、裝飾裝修、機電安裝工程。2．2．2施工區(qū)域劃分(1)體育場混凝土結(jié)構(gòu)工程依照6條變形縫劃分為六個大的施工區(qū)域：NE區(qū)、E區(qū)、SW區(qū)、SE區(qū)、NW區(qū)、W區(qū)。安排三支施工隊，每隊負責二個區(qū)，區(qū)內(nèi)流水施工。(2)鋼結(jié)構(gòu)工程劃分為南北對稱安裝區(qū)域，總體劃分為內(nèi)環(huán)、中環(huán)及外環(huán)，安排兩支安裝隊，分區(qū)對稱安裝。主結(jié)構(gòu)的安裝順序遵循對稱同步、盡早形成安裝區(qū)域局部穩(wěn)定的原則?？傮w上分為三個階段八個區(qū)域，第一階段安裝1、2區(qū)域；第二階段安裝3、4區(qū)域，第三階段安裝5、6、7、8區(qū)域(圖6)。次結(jié)構(gòu)的安裝順序?qū)φw鋼結(jié)構(gòu)的安裝具有重要的影響，為加強在每個安裝階段及支撐塔架卸載過程中的整體側(cè)向穩(wěn)定性，確定在支撐塔架卸載前隨每個階段鋼組合柱的安裝進行立面次結(jié)構(gòu)的安裝。根據(jù)設計要求，頂面及肩部次結(jié)構(gòu)在主結(jié)構(gòu)卸載完成后進行安裝。3施工中主要創(chuàng)新技術(shù)本工程除大量推廣應用建筑業(yè)十項新技術(shù)中的近50個分項技術(shù)外，還結(jié)合本工程的特點難點，在新技術(shù)的應用中有所突破創(chuàng)新。3．1混凝土結(jié)構(gòu)耐久性技術(shù)3．1．1高耐久性混凝土配制試驗研究配制本工程高耐久性混凝土，主要應符合以下要求。(1)混凝土各種原材料技術(shù)指標必須符合耐久性設計要求，且相互之間具有良好的適應性。關(guān)鍵控制指標應包括：P·042．5水泥，堿含量小于0．6％；非堿活性或低堿活性砂石，其中砂含泥量小于2．0％，石子最大粒徑5～25mm，連續(xù)級配，空隙率小于40％；緩凝型外加劑，減水率大于20％，28d收縮率比小于125％。(2)C40以上強度等級混凝土，水膠比不應大于0．41，砂率40％～42％。地下結(jié)構(gòu)可采用大摻量粉煤灰混凝土，上部結(jié)構(gòu)混凝土中水泥用量不可降低過多，以免影響混凝土的抗碳化能力。(3)在地下墻體混凝土中同時摻加適量微膨脹劑和聚丙烯纖維，可以較好地解決混凝土的開裂問題。(4)應采用緩凝和低收縮的高效減水劑，并適當結(jié)合其他緩凝措施，控制混凝土初凝時間至少在12h以上，避免混凝土早期強度發(fā)展過快。3．1．2大體積混凝土、超長結(jié)構(gòu)的裂縫控制研究3．1．2．1大體積混凝土和超長結(jié)構(gòu)溫度場和應力場的仿真分析(1)計算結(jié)果分析基礎底板內(nèi)承臺溫度與其相連的混凝土底板之間的溫度梯度較大，因此大承臺表面及其與底板相連區(qū)域的溫度應力會比較大，可能超過混凝土的抗拉強度：底板轉(zhuǎn)角處的應力基本上較同期的強度高，屬于幾何形態(tài)引起的應力集中問題，應力集中的部位基本在內(nèi)角處。鋼結(jié)構(gòu)承臺計算最高溫度為86℃，內(nèi)外最大溫差46（2）結(jié)構(gòu)構(gòu)造優(yōu)化1)基礎底板：調(diào)整底板全截面配筋率，并在大承臺上表面和承臺與底板連接區(qū)域增配溫度筋；底板有孔洞、厚度有變化或內(nèi)轉(zhuǎn)角處減少折角，采取弧線過渡，進行構(gòu)造筋加強，適當增配斜向鋼筋或網(wǎng)片。2)鋼結(jié)構(gòu)柱承臺：應力較大點位置基本在表面與內(nèi)轉(zhuǎn)角處，針對承臺施工分2～3次澆筑的情況，第一次澆筑時，在厚側(cè)壁表面與轉(zhuǎn)角處增配溫度筋，在施工停止面增配剪力鋼筋；第二次澆筑時，在新澆筑混凝土表面增配溫度筋。(3)混凝土澆筑工藝優(yōu)化控制混凝土入模坍落度，控制拌合物和易性、均質(zhì)性；控制混凝土入模溫度在25℃以下；混凝土采用合理分層分塊連續(xù)澆筑；大面積底板施工采用跳倉澆筑；混凝土澆筑后表面泌水及時排除，表面搓平，二次振搗；采用覆蓋塑料布后再加蓋保溫材料的保溫保濕的養(yǎng)護方法，緩慢降溫；鋼結(jié)構(gòu)承臺根據(jù)現(xiàn)場實際情況采取“暖棚”3．1．2．2混凝土溫度監(jiān)測鋼結(jié)構(gòu)承臺在混凝土養(yǎng)護期間內(nèi)部最高溫度為60～70℃，測溫結(jié)果與預控方案及計算數(shù)據(jù)一致性良好：混凝土養(yǎng)護期間最大溫差為25℃左右，鋼結(jié)構(gòu)承臺與入模溫度相比較，內(nèi)部最大溫升為底板、環(huán)梁、大斷面框架梁柱測溫結(jié)果與預控方案中計算值相符性較好。所有結(jié)構(gòu)沒有出現(xiàn)有害裂縫。3．1．3混凝土結(jié)構(gòu)耐久性檢測評估本工程的混凝土結(jié)構(gòu)在國內(nèi)的民用建筑領域首次全面應用《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設計與施工指南》?，F(xiàn)場檢測表明，結(jié)構(gòu)地下室外墻、鋼結(jié)構(gòu)承臺、看臺框架結(jié)構(gòu)使用的混凝土材料，其強度全部滿足設計要求，混凝土中的氯離子含量、堿含量均滿足100年耐久性混凝土的要求。混凝土結(jié)構(gòu)的表層透氣性系數(shù)在0．50以下，取芯檢測的DNEL低于3×10-8cm/s“體育場混凝土結(jié)構(gòu)耐久性(100年)關(guān)鍵技術(shù)研究”首次在國內(nèi)外民用建筑工程領域中以耐久性100年為目標，從設計、施工到檢測進行了系統(tǒng)、全面的研究，并應用于本工程中，取得了顯著的社會、經(jīng)濟效益。在北京市建設委員會組織的專家鑒定會上一致認為：該項目研究成果達到國際先進水平，在同類工程中具有重要的推廣應用價值。3．2異型混凝土結(jié)構(gòu)施工技術(shù)本工程主體結(jié)構(gòu)屬于異型框架結(jié)構(gòu)體系。由外圍混凝土基座結(jié)構(gòu)和內(nèi)部混凝土碗狀看臺兩部分組成，其中看臺結(jié)構(gòu)分成看臺結(jié)構(gòu)體系和樓蓋框架結(jié)構(gòu)體系(圖7)。樓蓋框架結(jié)構(gòu)由混凝土梁板、斜柱、核心簡及外圍剪力墻組成.3．2．1普通斜柱的模板設計普通斜柱是指單層斜柱和跨兩層的斜柱，柱長6～12m，采用現(xiàn)有模架技術(shù)，經(jīng)設計和技術(shù)改造能夠滿足施工的需要。本工程采用了木工字梁斜柱模板體系和鋼框木面板斜柱模板體系兩種模板體系。以鋼框木面板斜柱模板體系為例說明：面板采用18mm維薩板，100mm×60mm和40mm×80mm方鋼作為背楞，面板和背楞采用鋼制自攻螺釘背面背釘。各側(cè)模板的連接采用了專用柱模鎖具。在相互垂直的模板節(jié)點上為邊框的剛性連接，以加強模板的整體性。考慮到提高柱模的周轉(zhuǎn)使用率。體系由“下異型板+中標準板+上異型板”組成，為增加整體剛度，每面增加通長背楞2道100mm×60mm方鋼，配置中按照裝配式的原則配置，使標準板可以充分周轉(zhuǎn)利用。3．2．2超高混凝土斜扭拄施工技術(shù)研究與應用跨三、四層柱柱長在14m以上，其各項技術(shù)參數(shù)均超出常規(guī)混凝土柱的施工技術(shù)要求，因而采用普通模架體系無法解決。超高混凝土斜扭柱是本工程異型結(jié)構(gòu)的典型代表，也是施工階段最困難的施工技術(shù)問題。綜合分析多種方案后，提出將跨三、四層斜扭柱和頂層外排斜扭柱共124根變更為矩形鋼管永久模板混凝土斜扭柱，簡稱鋼模柱。采用10～14mm厚的鋼板組拼成矩形鋼管，作為斜扭柱的永久模板而本身并不參與結(jié)構(gòu)受力。經(jīng)過現(xiàn)場實體試驗柱的工藝檢驗，確定的最終方案如下。(1)鋼模柱的吊裝：采用分節(jié)套裝法?？缛龑拥?垂直高度13．5m)分為兩節(jié)，跨四層的(垂直高度18．65m)分為三節(jié)，鋼筋現(xiàn)場分節(jié)綁扎，矩形鋼管分節(jié)加工，現(xiàn)場分節(jié)套裝。(2)混凝土施工：對于跨三、四層鋼模柱。采用泵送頂升施工工藝。通過混凝土泵送壓力檢測推導出了在配置密集鋼筋的鋼模柱泵送壓力分布公式。北京市科學技術(shù)委員會組織同行專家對“體育場工程矩形鋼管永久模板混凝土斜扭柱施工技術(shù)與應用研究”項目進行成果鑒定，認為該項目的研究與應用，很好地解決了高斜扭柱混凝土結(jié)構(gòu)的施工難題，確保工程質(zhì)量，加快了施工進度，取得良好的經(jīng)濟和社會效益，填補了國內(nèi)外該類施工技術(shù)的空白，達到國際領先水平。3．3后壓漿鉆孔灌注樁的試樁研究基于工程的復雜性，樁基受力形式包括抗壓、抗拔、抗水平力多種類型，樁頂標高差異很大，樁長不統(tǒng)一，特別是大跨度巨型空間鋼桁架柱下基礎的設計，難度極大。為解決以上問題在充分研究、比較的基礎上，根據(jù)地勘報告提供的數(shù)據(jù)和建議，采用了后壓漿鉆孔灌注樁，主要樁徑為800、1000mm樁端持力層為⑨層卵石、圓礫層，樁長31～37m；確定了巨型空間鋼桁架柱下考慮樁、土、承臺共同作用的樁基設計方案和混凝土看臺部分的樁基設計方案。本工程共確定了24根試樁，施工工藝采用旋挖鉆孔灌注樁，樁身混凝土強度等級C40。試樁結(jié)果如下。(1)ф800mm鉆孔灌注樁采用后壓漿工藝后，單樁抗壓極限承載力提高幅度不低于44％。(2)帶承臺固接體系的水平極限承載力與自由單樁的水平靜載試驗結(jié)果相比，單樁水平極限荷載提高了59％。(3)臨界荷載時6根水平試驗樁m值取值在59～131MN／m4范圍之間，平均值為92MN／m4；樁頂水平位移為6mm時m值在40～70MN／m4，平均值為53MN／m4。按JGJ94—2006((建筑樁基技術(shù)規(guī)范》，樁身配筋率較高且水平荷載為長期作用時，m值按系數(shù)0．4折減，因此，臨界荷載時m值取37MN／m4，對應于6mm水平位移時m值取21MN／m(4)部分試驗樁單樁抗壓極限承載力受樁身強度控制，單樁抗壓承載力設計取值中應考慮水下灌注混凝土對樁身強度的要求。在試驗樁的成樁工藝條件下，樁身混凝土強度工作條件系數(shù)為0．75～0．80.(5)確定了旋挖鉆機成孔的工藝和樁徑0．8～1．2m、樁長31～37m的施工參數(shù)。3.4預制清水混凝土看臺板技術(shù)(1)清水混凝土預制技術(shù)是集混凝土構(gòu)件結(jié)構(gòu)研究、模板設計、混凝土施工和項目管理為一體的集成技術(shù)。鑒于設計師對“清水”并未提出明確要求，根據(jù)體育場構(gòu)件特點，制定了清水混凝土預制看臺板質(zhì)量標準，用于體育場看臺板的質(zhì)量驗收依據(jù)。(2)確定了看臺板的生產(chǎn)方法為臺座法。與機組流水法和流水傳送法相比，選用臺座法在澆筑混凝土后不被二次擾動，更利于保證看臺板成品的結(jié)構(gòu)質(zhì)量和外觀質(zhì)量。(3)看臺板澆筑為立打和反打相結(jié)合的或型方式。L形和～字形構(gòu)件立打成型，U形和L+U形反打成型，使看臺板只留下一個成型面，在充分保證外露面是模板成型面的同時還節(jié)省了收面時間，可以確保外觀質(zhì)量滿足清水混凝土要求。(4)地下淺池蒸汽養(yǎng)護。蒸汽養(yǎng)護能有效地加快生產(chǎn)周期，提高預制生產(chǎn)率，控制構(gòu)件外觀顏色差異。(5)采用組合式鋼模板。模板剛度、穩(wěn)定可靠性高，有利于保證結(jié)構(gòu)成型質(zhì)量，且易于細部處理。其連接組裝體系由連接螺栓、螺母和拉桿組成。3．5Q460高強特厚板焊接技術(shù)本工程鋼結(jié)構(gòu)因結(jié)構(gòu)跨度大、構(gòu)造復雜，局部構(gòu)件受力特別大，桁架柱設計時局部選用lOO～1lOmm厚的Q460E—Z35級鋼材。具體應用部位有：桁架柱為C1、C10、C12、C13、C22和C24，柱腳為C10、C12、C22和C24(圖8)，圖8中圈中為Q460E—Z35厚板應用部位。Q460E—Z35鋼構(gòu)件截面形式有箱形和菱形兩種，總用鋼量約700t。3．5．1熱加工及焊接性試驗在進行焊接性及熱加工試驗研究時，本工程主要從焊接裂紋敏感性、熱切割及熱矯正等方面進行了研究。在進行Q460E—Z35鋼的焊接冷裂紋敏感性試驗研究時，從焊接連續(xù)冷卻組織轉(zhuǎn)變圖、熱影響區(qū)最高硬度試驗、斜Y坡口焊接裂紋試驗和焊接冷裂紋插銷試驗等四方面進行了研究，共進行了71組試驗，得到如下試驗結(jié)果。(1)由于Q460E—Z35鋼碳當量較高．板材采用熱切割工藝時，應在切割前以高于150℃的預熱溫度進行預熱；對于Q460E—Z35鋼箱形構(gòu)件板材的熱切割，建議選取更高的預熱溫度或采取切割后刨(銑)邊措施。(2)鋼構(gòu)件的熱矯正應在最低預熱溫度為640℃并空冷的條件下進行(3)Q460E-Z35鋼焊接前必須以高于本試驗確定的最低預熱溫度(150℃(4)Q460E-Z35異種鋼焊接時，可依據(jù)強度級別較低的鋼材選擇焊接材料；在預熱溫度和預熱范圍的選擇上．應執(zhí)行抗冷裂性較差的鋼材的預熱標準。3．5．2Q46O厚板焊接施工技術(shù)3．5．2．1焊接工藝流程體育場鋼結(jié)構(gòu)工程Q460E—Z35厚板焊接工藝流程如圖9。3．5．2．2操作工藝(1)焊前清理：焊接前，對Q460鋼的熱切割面用角向磨光機進行打磨處理，打磨至露出原始金屬光澤。同時對坡口加工造成的鈍邊、凹槽進行打磨處理。(2)坡口形狀控制：設計有明確要求的按設計要求進行，沒有明確要求時按坡口角度35°、間隙8mm處理。焊前坡口尺寸檢查項目為間隙、錯邊、焊縫原始寬度三項，并做好原始記錄。(3)預熱、層間溫度及后熱溫度控制：預熱溫度不得低于150℃，層間溫度控制同預熱溫度要求但不得高于200℃。焊接完畢后，立即進行后熱處理，后熱溫度250～300(4)加熱方法：采用電加熱的方法，加熱板設置在焊縫正反兩面，預熱溫度達到設定值后，將焊縫正面的加熱板拆除，焊縫背面的加熱板作為伴隨預熱，焊后后熱處理時再將正面加熱板重新布置，并用巖棉被包裹嚴密。(5)焊接環(huán)境要求：Q460鋼焊接要求在正溫焊接，當環(huán)境溫度在負溫時，需搭設保溫棚，確保焊接環(huán)境溫度達到0cC以上，環(huán)境風速需小于2m／s方可施焊。(6)焊接技術(shù)要求：焊接過程嚴格執(zhí)行多層多道、窄焊道薄焊層的焊接方法；同一焊縫應連續(xù)施焊一次完成．特殊情況下不能一次完成時應進行焊后的緩冷，再次焊接前必須重新進行預熱；焊接完成48h后進行無損檢測。(7)其他要求：禁止在母材上焊接卡碼及連接板等臨時設施，若必須焊接，在焊前按照正式焊接要求對母材進行預熱(150～200℃)；在切割臨時設施時，必須進行預熱(150～2003．5．2．3質(zhì)量控制要點(1)將焊機、焊材廠家作為質(zhì)量保證體系中的重要閉合控制環(huán)節(jié)，選擇工程需要的焊機及焊接材料，確保工程的焊接質(zhì)量：(2)嚴把焊工水平關(guān)，制定嚴格的考核和準入制度；(3)采用遠紅外電加熱技術(shù)，對δ≧36mm的焊縫和重要焊接節(jié)點全部采用電加熱，保證焊縫預熱(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)自檢無損檢測單位參與焊接的全過程管理，對坡口處理、焊接方法、焊接參數(shù)等進行見證，為最終檢測結(jié)果提供正確判斷。3．5．2．4焊縫質(zhì)量檢查本工程鋼結(jié)構(gòu)工程Q460E—Z35厚板焊接完成后，由監(jiān)理單位組織相關(guān)單位進行焊接質(zhì)量檢查。檢查結(jié)果表明：焊縫外觀質(zhì)量及內(nèi)部缺陷均能夠滿足設計文件及《體育場鋼結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量驗收標準》關(guān)于一級焊縫的有關(guān)要求。北京市科委組織了科技成果專家鑒定，其結(jié)論為：本課題研究成果填補了國內(nèi)低合金鋼特厚板焊接領域的空白，達到國際先進水平；本課題研究成果在重、大型焊接鋼結(jié)構(gòu)中的推廣應用有重要意義，技術(shù)成果資料可供相關(guān)國家標準、規(guī)范及規(guī)程的修訂參考。3．6箱形空間彎扭構(gòu)件加工制作技術(shù)本工程為編織“體育場”獨特的建筑造型，設計時在連接屋面結(jié)構(gòu)與立面結(jié)構(gòu)部位(即肩部)及主桁架單K形、雙K形節(jié)點全部采用了彎扭構(gòu)件，其截面尺寸主要為1200mm×l200mm，材質(zhì)涉及Q345C、Q345D、Q345GJD，板厚為10～60mm，總用鋼量14000多t。3．6．1箱形彎扭構(gòu)件三維建模及壁板展平放樣軟件開發(fā)在進行彎扭構(gòu)件三維建模及壁板展平放樣軟件開發(fā)時，分別從箱形彎扭構(gòu)件成型原理、軟件架構(gòu)分析、三維建模及展平放樣軟件開發(fā)等方面進行了研究。在進行箱形彎扭構(gòu)件壁板展平放樣軟件開發(fā)時，利用“單參數(shù)平面族包絡曲面必可展的原理”和“可展面保角保長原理”，在面積保持不變的前提下，對彎扭曲面在短方向進行劃分，然后再對展開后的曲面再進行拼裝，最終得到原始彎扭曲面的展平放樣。3．6．2彎扭板件成型工藝及成型檢查技術(shù)3．6．2．1彎扭板件無模成型技術(shù)為保證不同厚度彎扭板件的加工精度，按照體育場鋼結(jié)構(gòu)工程彎扭構(gòu)件的厚板規(guī)格共進行了12組多點無模成型工藝參數(shù)試驗。根據(jù)試驗結(jié)果，總結(jié)出一套滿足本工程需要的彎扭板件的無模成型工藝參數(shù)。3．6．2．2三輥卷板成型技術(shù)根據(jù)本工程箱形彎扭構(gòu)件及多向微扭節(jié)點的特點，結(jié)合現(xiàn)有設備情況，對三輥卷板機配套軟件開發(fā)、三輥卷板機卷制成型工藝及油壓機整形、彎扭板件成型質(zhì)量檢查等方面進行了深入研究，總結(jié)出一套針對三輥卷板成型工藝壓制箱形彎扭構(gòu)件及多向微扭節(jié)點的制作工藝技術(shù)。3．6．2．3彎扭板件成型質(zhì)量檢查技術(shù)為檢驗彎扭板件的無模成型質(zhì)量，在深入研究的基礎上將MetroIn工業(yè)三維測量系統(tǒng)首次引入建筑鋼結(jié)構(gòu)加工質(zhì)量檢查過程中，開發(fā)出體育場鋼結(jié)構(gòu)工程彎扭板件成品質(zhì)量檢查的三維坐標測量系統(tǒng)，該技術(shù)也可用于彎扭構(gòu)件成型質(zhì)量檢查。3．4．3彎扭構(gòu)件加工制作3．6．3．1工藝流程體育場鋼結(jié)構(gòu)工程箱型彎扭構(gòu)件制作工藝流程如圖10所示。3．6．3．2箱形彎扭構(gòu)件的制作工藝(1)根據(jù)圖紙要求制作胎架，胎架模板的設置必須保證模板上口線形與構(gòu)件表面外形一致，并有效地增加構(gòu)件焊接過程中抗焊接變形的臨時剛度；整個胎架制作完成后既要便于構(gòu)件拼裝，又要便于在制作過程中對構(gòu)件變形及精度的監(jiān)控、測量。胎架制作時，根據(jù)平面投影尺寸劃出地腳線外形及模板位置線并設置模板，模板兩端高度尺寸根據(jù)主視圖上的尺寸量取。(2)將成型加工好的箱體下翼緣板吊上組裝胎架進行定位，箱體壁板應與胎架模板上口緊貼，其間隙應控制在規(guī)范允許范圍內(nèi)。(3)安裝加勁肋及麗側(cè)腹板，檢查與壁板的安裝間隙，定位后提交檢查員驗收，驗收合格后先進行箱體內(nèi)部的焊接，焊接時注意采取合理措施減少焊接變形。(4)箱體內(nèi)部焊接并檢驗合格后，進行封板(即裝上翼緣板)，封板同樣必須保證與加勁肋的安裝間隙，進行翻身后再焊，焊后校正測量。3．6．3．3成型質(zhì)量檢查由于現(xiàn)行國家規(guī)范、標準及規(guī)程對彎扭構(gòu)件及多向微扭節(jié)點驗收均無相關(guān)規(guī)定，在充分調(diào)研的基礎上，制定出體育場鋼結(jié)構(gòu)工程彎扭構(gòu)件及多向微扭節(jié)點的驗收標準，并將相關(guān)內(nèi)容編入《體育場鋼結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量驗收標準》(JQB一046—2005)。體育場鋼結(jié)構(gòu)工程彎扭構(gòu)件加工完成后，由監(jiān)理單位組織相關(guān)單位進行檢查。結(jié)果表明，彎扭構(gòu)件的成型質(zhì)量均滿足要求。北京市建設委員會主持召開了“體育場鋼結(jié)構(gòu)工程箱形彎扭構(gòu)件及多向微扭節(jié)點制作技術(shù)及應用研究”科技成果鑒定會，專家認為研究成果在建筑鋼結(jié)構(gòu)制作領域填補了國內(nèi)空白，達到了國內(nèi)外同類研究項目的領先水平：成果在建筑鋼結(jié)構(gòu)制作領域的推廣應用具有重要意義。技術(shù)成果資料可供相關(guān)國家標準、規(guī)范及規(guī)程的修訂參考。3．7主鋼結(jié)構(gòu)吊裝技術(shù)體育場鋼結(jié)構(gòu)工程由24根桁架柱與48榀主桁架圍繞著體育場內(nèi)部碗狀看臺區(qū)旋轉(zhuǎn)而成。這24根桁架柱和48榀主桁架作為編織“體育場”鋼結(jié)構(gòu)的“綱”形成體育場主鋼結(jié)構(gòu)，主鋼結(jié)構(gòu)總用鋼量約21700t。3．7．1桁架柱吊裝體育場主鋼結(jié)構(gòu)共有24根桁架柱，每根桁架柱重量均超過600t。綜合考慮大型吊機的資源情況及經(jīng)濟性，桁架柱分為上、下柱兩段進行吊裝。其中，下柱分段高度32～45m，上柱分段高度15～19m，縱橫向?qū)挾?6～25m。吊裝時，南北兩區(qū)對稱進行安裝。3．7．1．1桁架柱吊裝工藝流程桁架柱拼裝完成并驗收合格→桁架柱下柱脫胎→桁架柱下柱翻身→桁架柱下柱吊裝→桁架柱下柱吊裝就位→臨時固定→調(diào)整校正→對接口焊接至坡口深度2，3→吊機松鉤→與柱腳焊接完成→桁架柱上柱脫胎→桁架柱上柱翻身→桁架柱上柱吊裝→桁架柱上柱吊裝就位→臨時固定→調(diào)整校正→對接口焊接至坡口深度2，3→吊機松鉤→焊接完成。3．7．1．2安裝質(zhì)量控制點由于桁架柱下端與柱腳相連，上端與主桁架相接，且承受整個屋蓋的荷載，所以其安裝質(zhì)量十分重要。具體質(zhì)量控制點如下：(1)柱腳各管口的中心和標高；(2)桁架柱內(nèi)柱垂直度和桁架結(jié)構(gòu)的相對間距；(3)桁架柱側(cè)彎、扭曲及托座的翹曲；(4)上下段桁架柱的對口偏差、坡口角度和間隙。3．7．1．3桁架柱安裝穩(wěn)定措施桁架柱安裝時，均采用獨立懸臂安裝的順序，且由于桁架柱從下至上呈發(fā)散的趨勢，即頭重腳輕，所以桁架柱吊裝就位后的穩(wěn)定性至關(guān)重要。對此，根據(jù)仿真計算分析安裝過程中安裝接口變位情況，在桁架柱下柱安裝就位后在安裝接口部位設置剛性拉壓桿，保證桁架柱下柱上接口的變位在驗收標準允許范圍內(nèi)，從而保證桁架柱上柱的安裝質(zhì)量。同時，桁架柱上柱安裝就位后在下柱頂節(jié)點部位拉設纜風繩，保證整根桁架柱的整體穩(wěn)定及安裝精度。3．7．2主桁架吊裝體育場主鋼結(jié)構(gòu)共有48榀主桁架，吊裝時遵循分區(qū)對稱、盡早形成獨立穩(wěn)定區(qū)域的原則，按照三個階段八個區(qū)域的吊裝順序進行施工。具體施工時，南北兩區(qū)同步使用1臺800t和1臺600t吊車進行外圈和內(nèi)圈主桁架的吊裝。為充分利用現(xiàn)場場地條件，內(nèi)圈主桁架提前吊裝，與桁架柱吊裝的第二個階段同步進行，并盡早形成南北方向的穩(wěn)定區(qū)域。同時確保內(nèi)環(huán)600t履帶吊盡早退場，并最終由外環(huán)800t履帶吊進行屋面主桁架的分區(qū)合攏工作。主桁架共分為182段，其中平面桁架共166段，立體桁架共16段。3．7．2．1工藝流程主桁架脫胎→主桁架翻身擺放→分段吊裝→就位→臨時固定→校正調(diào)整及穩(wěn)定設施設置→焊接→吊機松鉤→相鄰段吊裝。3．7．2．2立體桁架吊裝工藝立體桁架共l6個吊裝單元，形成鋼結(jié)構(gòu)屋蓋的內(nèi)環(huán)，吊裝時采用CC2800型600t大型履帶吊在內(nèi)圈場地進行吊裝。立體桁架吊裝時不存在翻身、回直工序，構(gòu)件脫胎后經(jīng)構(gòu)件調(diào)平工序即可通過吊機轉(zhuǎn)臂、負載行走等動作吊裝就位。但是，由于立體桁架噸位大，分擔到滑輪組上的受力也大，故采用多門滑輪組，在調(diào)平過程跑繩行程長。3．7．2.3平面桁架吊裝工藝平面桁架吊裝時，采用兩種吊裝工藝：南區(qū)外圈主桁架均在龍門吊拼裝場地拼裝，其吊裝時采用兩臺龍門吊配合主吊機實現(xiàn)翻身動作，然后由主吊機單機吊裝就位(簡稱三機吊裝)；內(nèi)圈及北區(qū)外固主桁架吊裝采用單機翻身、就位作業(yè)(簡稱單機吊裝)。3．7．2．4安裝質(zhì)量控制點具體質(zhì)量控制點如下：(1)桁架柱與主桁架連接處管口中心與標高；(2)各分段桁架的管口中心與標高：(3)主桁架垂直度和側(cè)向彎曲；(4)相鄰段主桁架的對口偏差和間隙。3．7．2．5主桁架安裝穩(wěn)固措施主桁架安裝高度高，風載較大，在未形成分塊穩(wěn)定單元之前，主珩架分段安裝單元的側(cè)向穩(wěn)定性較差，為保證主桁架的安裝精確和施工過程的安全性，采取如下安裝穩(wěn)固措施。根據(jù)工程特點選擇合理的安裝順序，先進行內(nèi)環(huán)南北兩個最大立體桁架安裝單元的吊裝，然后按照確定的安裝順序進行其他相關(guān)聯(lián)的主桁架安裝單元的吊裝，調(diào)整就位后立即進行相連對接接口的焊接，以保證主桁架的平面外穩(wěn)定性。其中，南北兩個最大立體桁架安裝單元吊裝完成并調(diào)整就位后，立即采用剛性支撐進行加固，以保證其穩(wěn)定性。3．8支撐塔架卸載施工技術(shù)3．8．1卸載具體步驟根據(jù)卸載工況分析結(jié)果最終確定卸載步驟為：七大步、三十五小步。第一、二、三大步卸載步驟為：外圈卸載10％、中圈5％、內(nèi)圈5％，再中圈5％，內(nèi)圈5％；前三大步完成后，外、中、內(nèi)三圈各卸載總位移量的30％。第四、五、六、七大步卸載完成總位移量的70％，每大步卸載量為17．5％，每大步步驟為：外圈卸載17．5％、中圈8．75％、內(nèi)圈8．75％，再d]圈8．75％，內(nèi)圈8．75％。卸載從外圈開始．最終支撐脫離工作順序為外、中、內(nèi)圈。3．8．2支撐體系3．8．2．1支撐體系設計選型根據(jù)卸載分析結(jié)果，同時結(jié)合主結(jié)構(gòu)安裝分成三階段八個區(qū)域的順序，將整體支撐體系設計成四大塊，長短軸各兩個區(qū)塊，這四個區(qū)塊支撐塔架通過連系桁架連成整體，形成自受力體系的過程總用鋼約5500t。3。8．2．2支撐體系施工(1)施工總體順序安裝支撐塔架總體施工順序為：先安裝南北A區(qū)域；由A區(qū)域向東西側(cè)擴展，逐步形成B區(qū)塊；再在東西兩側(cè)向南北對稱施工逐步形成C區(qū)塊。(2)吊裝工藝除內(nèi)圈個別支撐外，絕大多數(shù)支撐要穿過看臺樓板坐落在混凝土看臺基礎底板支撐承臺上(下設9根ф600mm基礎樁)。因此，所有外圈及部分中圈支撐塔架都不同程度的與混凝土看臺斜梁交叉穿越。根據(jù)支撐塔架和混凝土看臺交叉關(guān)系實際情況，支撐塔架的施工工藝可分為三類。第一類為可整體吊裝的支撐塔架，包括絕大多數(shù)內(nèi)圈支撐塔架及部分中圈、外圈支撐塔架，共計46個；第二類為分片吊裝的支撐塔架，包括部分中圈、外圈支撐塔架，共計20個：第三類為須單根柱肢吊裝的支撐塔架，包括部分外圈支撐塔架，共計12個。3．8．3卸載系統(tǒng)結(jié)合本工程的技術(shù)特點和實際需求，同時考慮到本工程的重要性和卸載對鋼結(jié)構(gòu)施工的重要性，最終確定了采用雙作用液壓千斤頂及計算機同步控制系統(tǒng)作為本次卸載操作的動力和控制設備。卸載設備由液壓千斤頂，控制閥組，平衡閥，電動泵，截止式節(jié)流閥，壓力、位移傳感器和控制模塊等組成。按照卸載點的平面布置．整個卸載系統(tǒng)分為10個區(qū)域。卸載系統(tǒng)包括：中央控制器1臺，區(qū)域控制器10臺，油泵54臺，千斤頂156臺(每個卸載點2臺千斤頂)?？刂破鳌⒂捅?、千斤頂通過控制電纜和高壓油管連接。其中：區(qū)域控制器設置在支撐塔架的連系桁架上；內(nèi)圈卸載點油泵設置在支撐塔架頂部平臺上，中圈、外圈油泵設置在連系桁架上；中央控制器設置在體育場中央，是整個卸載系統(tǒng)的中樞。3．8．4卸載實施卸載實施是一個復雜的系統(tǒng)工程．不僅需要技術(shù)保證，還需要建立完善的卸載組織機構(gòu)。卸載組織機構(gòu)分三大層面：指揮決策層，信息處理層，監(jiān)測、操作管理及實施層。卸載實施過程中所有指令都通過設在場中央的指揮中心發(fā)出，同時所有監(jiān)測數(shù)據(jù)和信息都匯集到場中央的信息中心。3．8．4．1卸載過程控制制定了多種實施過程記錄表格，便于卸載過程中能夠詳細確認和記錄各種卸載數(shù)據(jù)和信息：同時在卸載過程中，配備監(jiān)督管理人員和質(zhì)量巡視監(jiān)督人員，對操作人員的各種操作進行監(jiān)督，確保按要求準確無誤地執(zhí)行卸載指令和程序。3．8．4．2卸載實時監(jiān)測卸載實施是鋼結(jié)構(gòu)從支撐受力狀態(tài)向自身受力狀態(tài)的轉(zhuǎn)變過程。為及時準確掌握轉(zhuǎn)換過程中各種參數(shù)的變化情況和比較實際轉(zhuǎn)換結(jié)果與模擬計算的差別，以保證整個卸載過程在掌控之中，在卸載過程中對千斤頂反力、屋蓋內(nèi)環(huán)的變形、結(jié)構(gòu)本體代表部位的應力應變、典型支撐塔架的應力應變、結(jié)構(gòu)本體溫度等5項內(nèi)容進行了實時監(jiān)測，同時監(jiān)測結(jié)果實時地與計算值進行對比分析。3．8．4．3卸載結(jié)果卸載實施過程歷經(jīng)3．5d，各種監(jiān)測數(shù)據(jù)表明卸載實施過程正常，結(jié)果滿足結(jié)構(gòu)設計要求和相關(guān)驗收標準的要求。其中：鋼結(jié)構(gòu)屋蓋實測卸載最大變形平均值271mm與計算值286mm相差5％，卸載過程中主體鋼結(jié)構(gòu)的實測應力與理論計算值吻合良好。北京市建設委員會主持召開了“體育場大跨度馬鞍形鋼結(jié)構(gòu)支撐卸載技術(shù)研究及應用”科技成果鑒定會，專家認為本項目研究成果填補了國內(nèi)外大跨度、復雜空間鋼結(jié)構(gòu)工程支撐卸載技術(shù)的空白，達到了國際先進水平。3．9鋼結(jié)構(gòu)防腐防火技術(shù)本工程為突出體育場獨特的建筑造型，整個鋼結(jié)構(gòu)工程全部暴露于大氣環(huán)境中，屬于室外鋼結(jié)構(gòu)，防腐涂裝系統(tǒng)的防護設計年限25年。為此，設計對鋼結(jié)構(gòu)的防腐涂裝提出很高的要求：防腐涂裝系統(tǒng)在長年紫外線照射、雨水、冰雹、風霜、沙塵等環(huán)境下色彩與光澤無明顯的變化；面漆層應具有較好的防靜電與自潔性；防腐涂料在高溫情況下不產(chǎn)生有毒物質(zhì)；有效控制面漆紅外線反射率，盡量降低太陽輻射吸收系數(shù)；防腐涂裝本身應具有較好的絕緣性和良好的耐磨性。3．9．1防腐配套體系根據(jù)大氣腐蝕環(huán)境分析及試驗結(jié)果，并綜合考慮方案的經(jīng)濟性、涂料的技術(shù)可靠性等因素，體育場鋼結(jié)構(gòu)防腐配套體系如表1。3．9．2涂裝工藝(1)在經(jīng)過處理并達到規(guī)定要求的鋼結(jié)構(gòu)表面上，采用高壓無氣法噴涂無機富鋅底漆一道，控制干膜厚度在75～80μm之間；由于醇溶性無機富鋅底漆干燥速度快，同時又是直接噴涂在噴砂的表面上，如果采用濕膜儀測定濕膜厚度，誤差大。因此規(guī)定4h后用干膜測厚儀測定干膜厚度，若厚度達不到要求，應進行補涂。(2)在鋼結(jié)構(gòu)加工廠噴涂一道無機富鋅底漆，若條件允許．封閉漆最好也在加工廠噴涂。(3)采用普通有氣噴涂法