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第1章 国家体育场主结构安装施工组织设计

第1章国家体育场主结构安装施工组织设计

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。建筑顶面呈鞍形，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GB／T 37363.4-2020 涂料中生物杀伤剂含量的测定 第4部分：多菌灵含量的测定.pdf，并在中部形成由分段直线构成的内环。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1200m，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×1200m～800mmX800mm，腹杆截面基本为600mmX600mm，上下弦杆与斜腹杆交错纺织。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处）采用了Gs20Mn5V铸钢件外，屋盖主结构主要采用Q345D、Q345GJD及Q460E钢材，钢材强度等级要求较高。

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。

1.1.2工程特点、难点

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，跨度大。桁架柱与主桁架体型大、单体重量重，均无法整榀吊装。

（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。

（4）焊接量大。本工程吊装分段多，现场焊缝长度长，加之厚板焊接的存在，造成现场焊接工作量相当大。

整体卸载体量大，卸载点多，单点承载力大。

（6）冬雨期施工。本工程主结构吊装时间需跨越冬季和春节，所以存在冬雨期施工，施工难度较大。

（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（最多大6个），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平面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，厚板焊接覆熔量大，温度控制和劳动强度要求高。而高空焊接、冬雨季焊接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，为箱形断面构件，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、焊接残余应力等，都要求相当高，而现场施工条件又相当艰苦，这无疑加大了施工难度。

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。

（7）整个体育场主结构采用整体卸载方式完成从临时支撑到自身支撑的过渡，卸载的体量非常大，共布置78组卸载点，通过计算机控制分步完成。

1.2编制依据及施工部署

1.2.1所依据的规范、规程及标准

建筑钢结构焊接技术规程

钢结构制作安装施工规程

钢结构工程施工质量验收规范

工程测量规范与条文说明

建筑工程施工现场供用电安全规范

北京市建筑工程施工安全技术规程

建筑工程施工质量验收统一标准

国家体育场钢结构工程施工质量验收标准

建筑结构长城杯工程质量评审标准

建筑长城杯工程质量评审标准

北京城建集团国家体育场工程总承包管理体系文件

国家体育场钢结构工程焊接工艺评定方案

关于施工方案编制规定的通知

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。

（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。

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。

根据本工程钢结构的结构特点，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，鞍形屋面东西高、南北低，桁架柱和主桁架分段重量重，提升高度高，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：

第一阶段之步骤一：进行Ⅰ区P2、P1、P24(Ⅱ区P14、P13、P12)桁架柱的安装；

第一阶段之步骤二：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；

第一阶段之步骤三：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；

第二阶段之步骤一：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；

第二阶段之步骤二：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。

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，而其他施工方法在某种程度上均存在不足，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，待屋面主结构形成整体后，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。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。

钢结构总工期包括详图设计、材料采购、构件制作、现场安装、支撑胎架卸载等在内的作业时间。本工程工期短，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严格以总包提供的进度大纲为基准。在充分考虑钢结构工程主结构总体工程量（包括焊接工作量）、施工难度、各种不可预见因数的基础上，编制国家体育场钢结构工程主结构施工进度计划，见附表。

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。

800吨履带吊CC4800

主臂/副臂：54m/42m、60m/54m

超起：22*480tmax

桁架柱、外围主桁架吊装

2005.9～2006.5

800吨履带吊LR1800

主臂/副臂：56m/35m、56m/63m

超起：22*350tmax

桁架柱、外围主桁架吊装

2005.9～2006.5

600吨履带吊CC2800

主臂/副臂：60m/36m超起：11~17*300tmax

2005.10～2006.4

桁架柱翻身、散装杆件吊装

2005.9～2006.5

2005.9～2006.5

2005.9～2006.5

2005.9～2006.5

2005.9～2006.5

2005.9～2006.5

2005.9～2006.5

2005.9～2006.5

（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。

（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。

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。

施工总平面布置合理与否，将直接关系到施工进度的快慢和安全文明施工管理水平的高低，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施工对材料要求的前提下，最大限度地减少场内运输，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他实际情况，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示意图。

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、5m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。具体见施工总平面布置示意图。

（3）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。

P=1.1×[0.6×192/0.65+0.5×(3600+20)+0.8×150+1.0×100]=2428KVA

现场生活用电使用独立的三相五线制电缆由现场接驳点引至生活区；现场施工用电由一级配电箱引至施工区，再由二级配电箱引至施工作业面内，电缆靠边悬空挂设，配电箱内需设置自动空气开关、漏电开关，各配电箱必须作重复接地，现场所有设备实施一机、一闸、一漏电开关制，由专人负责管理，以确保施工用电安全。同时，安排好现场用电的平面和空间布置，以满足施工现场地面及高空焊接的用电合理分配需求。

项目管理班子按要求成立，施工作业人员按工种、数量根据劳动力计划表准时到位。

特种施工人员要具备相应的资质证书，其中焊工还要经过统一考试录用。由于本工程的焊接难度大，并要求高，要在现场安装单位中选80名焊工进行仰焊、立焊培训。

所有工人进场施工前必须进行安全、技术教育。

现场施工机械特别是大型吊机如800吨、600吨、300吨必须按要求进场，计划800t履带吊在9月1日开始进场，在9月15日前完成组装，具备吊装能力。吊机进场前，现场运输道路、大型吊机行走道路按要求敷设完成，满足设计压力要求。

现场需要的工器具按施工机具表要求数量准备。

除支撑胎架外，主结构安装时，需用大量措施用材，如吊耳、工卡具、操作平台、钢丝绳、卡环、卸口、缆风绳等，为保证安装工作的顺利进行，所有这些材料的采购工作必须在开吊前完成，并落实到位。

本工程中的桁架柱为三角形断面组合柱，主要由一根菱形内柱和两根箱型外柱组成，内、外柱之间设有箱型腹杆，两外柱之间则设有箱型立面次结构。桁架柱上大下小，上端与主桁架相连，下端则与柱脚相接。为保证吊装进度和安装质量，桁架柱分段时必须依照如下原则进行：

（1）分段长度和重量必须满足吊机性能要求；

（2）分段后，各吊装分段必须为具有一定整体性和刚度的空间实体，能满足吊装时的受力要求；

（3）分段位置必须避开节点区，包括桁架柱内部节点及与立面次结构和内楼梯梁交叉节点；

（4）确保上部弯扭段为一整体安装分段，避免高空对接弯扭接口；

（5）要尽量保证桁架柱内部两外柱之间的立面次结构能随桁架柱一起吊装；

（6）分段位置要尽量避开厚板区域、高强钢区域、不等厚区域及扭转区域；适当将制作分段与现场分段位置结合；

（7）菱形内柱与箱型外柱的分段口要水平，且尽量在同一高度，以方便安装对口，确保安装质量；

（8）要尽量减少分段数量，以加快安装进度。

根据以上原则，对桁架柱进行了初步分段，并将在深化设计过程当中对桁架柱的分段进行分段点细化，兼顾制作与安装的方便性。初步桁架柱分段位置见附图。

主臂56米，仰角88°，副臂35米，超起配重350吨

主臂54米，仰角88°，副臂42米，超起配重260吨

CC2000，主臂42米，250吨吊钩

根据吊耳的布置情况初选一定长度的钢丝绳，钢丝绳的长度要满足不同吊点之间所挂钢丝绳起吊时的夹角不大于60°，然后进行受力分析，算出钢丝绳的荷载分配情况，然后查钢丝绳参数表，选择合适的钢丝绳。为保证桁架柱吊装时的平衡以及就位时的准确对口，需要采用滑轮组或稳定平衡索来调节某一个或多个吊点到吊钩的距离。此时，还需考虑滑轮组的承载能力和滑轮组中所用钢丝绳的承载能力。

吊耳、钢丝绳等吊装用工装具设计详见“吊装用工装件设计方案”

4.桁架柱拼装及吊机站位

由于桁架柱的安装分段重量均超过了200吨，因此该类构件的安装属于超大型构件的安装，对于起重设备的定位和起吊、落钩等一系列的位置都必须进行细化。而且本工程的桁架柱位置沿整个体育场的周边布置，因此所有桁架柱均采用大型履带吊在外围进行安装，由于采用的大型履带吊均选用了超起性能，而且超起配重的回转半径大于22米，如果采用全位置的回转，则外围的场地要求和构件的安装半径都较大，因此在外围的桁架柱安装过程中，桁架柱的拼装位置将给予详细的规划，避免大型履带吊的全位置回转和安装半径过大。

5.安装顺序与工艺流程

根据现场场地条件、吊机的搭配及施工任务的分工情况，整个钢结构工程的施工分成两大施工区域，两大施工区域“分区安装、齐头并进”，具体见主结构平面及立面安装顺序图。

桁架柱安装安排在两个阶段四个步骤内进行，第一阶段第一步：A区P2、P1、P24(B区P14、P13、P12)；第一阶段第二步：A区P23、P22、P21（B区P11、P10、P9）；第一阶段第三步：A区P3、P4、P5(B区P15、P16、P17);第二阶段第一步：A区P6、P7、P8(B区P18、P19、P20)。

桁架柱脱胎→桁架柱翻身→下段柱吊装→吊装就位→临时固定→找正调整→焊接（确保安全后）→吊机松钩→焊接→上段柱吊装

北京XX大厦室内装饰工程施工组织设计6.桁架柱安装工艺措施

桁架柱在安装过程中，均采用独立悬臂安装的顺序。由于桁架柱从下至上成发散的趋势，即头重脚轻。为控制桁架柱在安装阶段的精确定位和焊接过程中的变形，必须在桁架柱与主桁架连接前做好必要的工艺措施：

（1）桁架柱吊装前应将桁架柱从胎架上水平吊出，吊装时要保证桁架柱的平衡，避免对胎架产生碰撞，桁架柱脱胎后应放在桁架柱吊装时吊机指定站位点的作业半径范围内。

（2）在确定吊点和进行钢丝绳配置时，应先通过计算准确定出吊装分段的重心，然后再确定吊点和钢丝绳配置。吊装时，要保证内柱与地面垂直，吊钩处于分段重心的正上方。

（3）在桁架柱柱脚安装阶段，要控制柱脚端口的水平度，确保上段桁架柱在与柱脚对口时不需要过大的外力即能精确定位。

（5）为保证施工安全及便于操作，沿桁架柱内柱环向设置一圈操作平台，并在相隔一段距离设置上环向平台的楼梯。桁架柱吊装时在接口处须设操作平台，操作平台由环向平台搭设引出，安全操作平台详细设置见“安全施工措施方案”。

（6）吊装时，下段桁架柱与柱脚之间、上下段桁架柱之间应设置工装件，以确保各管口的对口精度，且避免桁架柱受力情况下的焊接。

（7）因桁架柱菱形内柱与地面垂直，角度方向容易控制DB63／T 1821-2020 铁矿石中磁铁的测定 电感耦合等离子体发射光谱法，故吊装就位时，应先进行内柱的对口工作，并确保内柱的垂直度、标高及轴线偏差符合标准要求。