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体育场立面次结构及钢梯安装施工组织设计

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

DB15／T 1446-2018 装备机电物流园区设施与服务规范.pdf国家体育场钢结构施工质量验收标准

国家体育场工程施工组织总设计（修改初步设计版）

国家体育场工程钢结构安装施工组织设计

国家体育场钢结构工程主结构安装方案

北京城建集团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

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。

国家体育场的结构特色的主要体现就是次结构的布置，因其看似杂乱的布置，真正体现了“鸟巢”的结构主题。

立面次结构的杆件均为1200mm×1200mm的箱型构件，其中箱形截面板后主要集中在12~16mm，部分截面板厚达到30mm。钢楼梯梁为1200mmX420mmX16mmX18mm和1200mmX590mmX16mmX18mm的箱形梁，局部节点板厚增加为25mm，由定位角钢及6mm厚的踏步板组成钢楼梯。楼梯柱、排水柱及立面次结构下端于埋入钢筋混凝土承台内的柱脚连接，并将荷载传至基础。

（1）节点复杂对口精度要求高

由于本工程中的构件均为箱型断面杆件，所以，无论是次结构之间，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，节点构造相当复杂，节点类型多样，制作、安装精度要求高。建筑设计对构件外观质量要求高，并且大部分次结构为外露结构，形成整体后的表面平整度和对接口的错边要求高。

本工程钢结构安装工作量大，安装工期短，次结构安装主要随桁架柱的安装依次进行，并且主结构施工、土建施工交叉作业,平面场地紧张。

本工程工地连接为焊接吊装分段多，现场焊缝长度长，造成现场焊接工作量相当大，且焊接外观打磨量大，难度高，高空焊接仰焊较多。

本工程立面词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。

立面次结构吊装时，土建施工还未结束，主结构施工正在进行，现场组装大面积开展，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。各施工方需合理协调、统筹管理，工程组织难度大。

由于立面次结构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，难度较大。起吊时，必须调整好分段构件的角度和方位，而对于体型大的构件，角度调节困难，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（即分块吊装法），分块吊装时，高空构件在风载作用下，分块未连成整体或结构未形成整体之前，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）。

本工程中既有既有平焊、立焊，又有仰焊，焊接工作量大。薄板焊接易变形，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使得焊接难度增大。

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，而且立面次结构在自重及施工荷载作用下也会产生变形，加之，结构形体复杂，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、焊接残余应力等，都要求相当高，而现场施工条件差，这无疑加大了施工难度。

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，将立面次结构及钢梯安装划分I、II两大施工区域，I区范围为C20立柱—C8立柱区域之间立面次结构及钢梯，II区范围为C8立柱—C20立柱区域之间立面次结构及钢梯，如下图所示。

图3.1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150t履带吊随桁架柱的安装顺序进行立面次结构及钢梯的吊装。

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：

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，本工程立面次结构及钢梯安装采用散装法。即立面次结构散件出厂，楼梯梁采用单件出厂，对于踏步而言，每两个定位角钢之间为一个出厂单元。运至施工现场，在施工现场根据吊装分段进行地面拼装，然后分段进行吊装。

由于本工程Ⅰ、Ⅱ区立面次结构及钢梯180°旋转对称，所以在施工总体程序的选择上，必须遵循以下原则：

（1）Ⅰ、Ⅱ区立面次结构及钢梯的安装要对称同步（180°旋转对称），并尽早形成安装区域局部稳定单元；

（2）要从下向上，由柱边向中间安装，即与立面次结构柱脚、组合柱先建立联系；

（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、主结构施工进度、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，立面次结构及钢梯的安装顺序与组合柱的安装顺序相同，每吊装完两根组合柱就要安装本区间的立面次结构及钢梯，按顺序安装完毕。

立面次结构及钢梯可以有两种安装方法，一种为散件安装，另一种方法为分块拼装整体吊装的方法，因为此时主结构正在施工占用了大量的拼装场地，故立面次结构及钢梯的安装采用散装法，即立面次结构散件出厂，楼梯梁采用单件出厂，对于踏步而言，每两个定位角钢之间为一个出厂单元。运至施工现场，在施工现场根据吊装分段进行拼装，然后分段进行吊装。

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150t履带吊进行立面次结构及钢梯的吊装。其中，对于个别大吨位和作业半径远的构件可用吊装钢柱的800T履带吊吊装。

本工程工期短，因此，必须合理地安排每道工序的作业时间。为确保国家体育场总体施工进度，钢结构工程立面次结构及钢梯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安装工艺和合理的施工顺序后，编制国家体育场钢结构工程立面次结构结构施工进度计划，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、尽可能早的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安装进度。

（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，保证每道焊口连续焊接完毕。

（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。

3.6.1主要机械设备配置

7150型150T履带吊

3.6.2其他辅助机具表

3.6.4测量和监测设备器具配置

（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。

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。

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，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

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示意图。

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、5m高的通道。150吨履带吊吊机行走环道，可用体育场外环800吨吊机行走道路。

4.2.3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。

施工用电量计算具体如下：

P=1.1×[0.6×48/0.65+0.5×(1200+10)+0.8×150+1.0×100]=956KVA

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，要求高，要在现场安装单位中选一部分焊工进行仰焊、立焊培训。

所有工人进场施工前必须进行安全、技术教育。

现场施工机械如7150型150T履带吊必须按要求进场，计划150t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、吊机行走道路按要求铺设完成，满足压力要求。

立面次结构及钢梯的安装需用大量措施用材，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和加工制作必须在开吊前完成，并落实到位。

5.1立面次结构吊装工艺

立面次结构吊装遵循分区对称安装原则，尽早与桁架柱形成独立稳定的区域，具体施工时，I、II区同步各用1台150t履带吊进行立面次结构的吊装。

5.1.1立面次结构吊装分段

由于立面次结构的复杂性，其吊装分段是一项十分繁琐的工作，分段时，不但要考虑分段重量和吊机工作性能，还要兼顾吊装顺序、拼装场地等，具体分段原则如下：

（1）分段重量要满足吊机性能要求；

（2）要充分考虑吊装分段的吊装顺序和相互搭接关系；

（3）要尽量避免前后吊装分段的接口数量过多；

（4）要保证各吊装分段的稳定性；

（5）要避免吊机的闲置；

（6）牛腿悬挑长度不宜过长；

（9）为方便立面次结构安装，分段口应视具体情况而定。

根据以上情况，立面次结构共分为418段，立面次结构的具体分段及分段吊装顺序如下图所示：

立面次结构吊装选用2台7150型150t履带吊。分别负责I、II区的立面次结构吊装。

根据吊重及作业半径，7150型150t履带吊，具体性能参数见下表：

7150型150T履带吊性能表

选用100吨吊钩,重量1.1顿。

5.1.3吊装索具选用

由于立面次结构吊装单元的重量及外形尺寸相差比较大，所以要对立面次结构按分段重量与外形进行归类，对同一类别的立面次结构中最具有代表性的进行钢丝绳的设计。钢丝绳的选择按照不同类别的吊装单元的重量、吊耳布置、外形尺寸等因素进行详细设计。尽量设计通用的钢丝绳，以减少钢丝绳的种类及数量。同样，为保证立面次结构及钢梯吊装时的平衡以及便于就位时调整，需要采用手拉葫芦来调节构件安装形态。

吊装时，选用吊耳或专用吊具进行吊装，吊耳应尽量设置在立面次结构的的节点区，如不设在节点区，则需对吊耳位置处的立面次结构及钢梯杆件内部进行加强。吊耳的设计不但要满足受力要求，还要考虑吊耳的方向能满足构件翻身和吊装两个工况的受力。

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”。

5.1.4安装顺序与工艺流程

由于立面次结构与钢梯的相对位置及相互连接关系，为了便于钢梯的安装，决定立面次结构与钢梯同时安装。立面次结构、钢梯的安装要与组合钢柱的安装协调起来，每安装完两根组合钢柱就要安装本区间的次结构与钢梯，顺序安装完毕。具体见吊装顺序示意图。

立面次结构吊装工艺流程：

立面次结构下胎→分段吊装→就位→临时固定→找正调整→焊接（确保安全后）→吊机松钩→焊接→相邻段吊装。

5.1.5立面次结构安装工艺措施

立面次结构安装高度高，体型大而且不规则，在未形成分块稳定单元之前，立面次结构分段安装单元的侧向稳定性较差，为保证立面次结构的安装精度，确保施工过程的安全性，必须采用必要的工艺措施和侧向稳定措施：

（1）立面次结构吊装前应将其从胎架上水平吊出，吊装时要保证立面次结构的平衡，避免对胎架产生碰撞DB44／T 1168-2013 轮扣式钢管脚手架构件.pdf，立面次结构脱胎后应尽量放在立面次结构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，应调整好吊装分段的空间角度，保证各分段口的相对位置与安装后的最终位置一致，且吊钩处于分段重心的正上方。

（3）在立面次结构柱脚安装阶段，要控制柱脚端口的安装精度，确保上段立面次结构在与柱脚对口时不需要过大的外力即能精确定位。

（4）为保证施工安全及便于操作，沿组合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。立面次结构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”。

（5）吊装时，下段立面次结构与柱脚之间、相邻立面次结构分段之间应设置工装件，以确保各管口的对口精度。

（6）吊装就位时，应先进行与组合柱牛腿的对口工作，并确保其它对口精度符合标准要求。

（7）在立面次结构的焊接过程中，采用对称焊接，并在加强焊工培训的同时，强调焊工换位对称焊接办公楼工程钢结构厂房工程施工组织设计(门式轻型钢架)，在焊接打底阶段加强立面次结构偏位的检测，及时纠正因焊接引起的偏移。