奥运钢结构创新技术-陈禄如

奥运场馆钢结构工程创新技术介绍
中国钢结构协会专家委员会
陈祿如
贯彻落实胡锦涛总书记的重要讲话精神，全面总结奥运工程建设经验，积极落实“绿色奥运、科技奥运、人文奥运”三大理念，宣传中华民族自强不息和自主创新精神，充分展示奥运工程建设成就及科技成果
由中国钢结构协会、北京市“2008”工程建设指挥部办公室组织相关专家，对奥运钢结构工程设计、施工、检（监）测和管理等方面的创新技术和成果，进行总结、归纳和集成，形成一套完整的《2008奥运工程钢结构创新技术及成果集成》
2008奥运工程钢结构创新技术及成果集成
（上、中、下册）
中国钢结构协会
北京市“2008”工程建设指挥部办公室
《2008奥运工程钢结构创新技术及成果集成》（上册）
第一篇《综述》主编专家：吴竞军侯兆新
第二篇《钢结构设计技术及成果》主编专家：刘树屯第三篇《钢结构制作工程技术及成果》主编专家：陈禄如
第四篇《钢结构焊接工程技术及成果》主编专家：周文瑛第五篇《钢材国产化技术及应用成果》主编专家：柴昶《2008奥运工程钢结构创新技术及成果集成》（中册）
第六篇《钢结构安装工程技术及成果》主编专家：路克宽第七篇《预应力钢结构工程技术及成果》主编专家：张爱林
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chen-luru@
第八篇《膜结构应用技术及成果》主编专家：蓝天
第九篇《金属屋面工程技术及成果》主编专家：蔡昭昀《2008奥运工程钢结构创新技术及成果集成》（下册）
第十篇《钢结构安全性监测技术及成果》主编专家：何文汇第十一篇《钢结构工程管理创新及成果》主编专家：杨嗣信第十二篇《钢结构施工工法及成果》主编专家：刘国琦
第十三篇《钢结构施工质量专项验收标准》主编专家：侯忠良第十四篇《北京奥运钢结构工程主要参建单位及参建技术人员名录》
一、奥运工程钢结构概况
奥运工程钢结构主要包含北京市内的新建奥运比赛场馆、改扩建场馆、临建场馆以及相关设施、配套工程和北京市外比赛场馆。

据不完全统计，以上项目钢结构总量接近40万吨，其中用于场馆约15万吨。

相当于全国年钢结构总量的3%，占北京地区年钢结构总量的50%以上。

一、奥运工程钢结构概况
奥运工程钢结构科技创新，主要集中在新建奥运比赛场馆。

在这些新建场馆工程中，采用了一些现代结构形式、高强钢材和先进的施工方法。

2008-10-11
chen-luru@
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chen-luru@ 序
号工程名称结构体系主要钢材
钢结构量
1国家体育场大跨度空间门式桁架跨度：332.3m ×297.3m
高度：68.5m
Q460E-Z35、Q345GJD 、Q345D 、Gs-20Mn5V 48000t 2国家游泳中心多面体空间刚架
跨度：177.4m ×177.4m
高度：30.1m
Q420C 、Q345C 6800t 3国家体育馆曲面双向张弦桁架
跨度：195.5m ×114m
高度：42.5m Q345C 、Gs-20Mn5V 1670Mpa 钢绞线3000t
4国家会议中心大跨度桁架及框架
跨度：196m ×118m
高度：43m Q345GJC 、Q345B Q235B 13000t 大跨度正交鱼腹式桁架
跨度：120m ×120m
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6北京工业大学
体育馆
大跨度空间弦支穹顶
直径：93m
高度：26m
Q345B、Q235B
Gs-20Mn5N
1670Mpa钢绞线
1150t
7北京大学体育
馆
大跨度弦支桁架
跨度：80m×64m
高度：33.3m
Q345B
1670Mpa钢绞线
1180t
8中国农业大学
体育馆
大跨度变脊桁架
跨度：96m×84.2m
高度：27.2m
Q345B500t
9北京科技大学
体育馆
大跨度螺栓球网格结构
跨度：110.6m×76.8m
高度：23.6m
Q235B、Q345B
40Cr、45号钢
800t
10老山自行车馆
大跨度网壳
直径:149.5m
高度：35.3m
Q345C
Q345B
2050t
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chen-luru@ 11北京射击馆桁架与悬挑结构跨度：67.5m Q345B 1000t
12
网球中心悬臂梁结构
悬臂跨度：17m Q345B 1000t 13青岛奥帆中心
框架结构Q345B 1000t 14天津奥体中心体
育场大跨度空间桁架跨度：384m ×275m
高度：53m Q345B 13100t
15秦皇岛体育中心空间网格结构
悬臂跨度：30m Q345B 1000t
16沈阳奥体中心体
育场大跨度拱桁架及网壳
跨度：360m 高度：82m Q345C 12000t
一、奥运工程钢结构概况
◆结构类型多样，涵盖了多种现代钢结构体系
采用了大跨度空间结构体系、弦支穹顶结构体系、空间网壳结构体系、预应力钢结构体系以及膜
结构体系等目前国际上先进的结构体系
◆建筑造型新颖，加大结构设计施工难度
奥运场馆特别是国家体育场，国家游泳中心等钢结构造型独特，非规则、非标准钢构件占多数，对设计、制作及安装带来极大的难度。

◆钢结构跨度大，安装技术含量高
奥运场馆钢结构跨度在同类结构体系中均属国内最大或接近最大，其中有些结构的跨度和体量在国际上名列前茅。

采用了累积滑移、整体提升以及结构合拢与卸载等科技含量高的安装方案
◆预应力结构体系应用，填补国内相关标准空白
国家体育馆、北京工业大学体育馆以及北京大学体育馆等均采用预应力钢结构体系，其中双向张弦结构和弦支穹顶结构均创国内跨度最大的记录，为此编制了国内相关的技术规程，填补了国内空白。

◆节能环保技术在钢结构围护体系中广泛应用，推广
示范作用显著
奥运场馆钢结构围护体系均采用节能环保的围护材料，例如膜材，铝镁锰合金板，聚碳酸酯采光板、玻璃
丝保温棉、玻璃幕墙等新型节能环保材料和技术，
对今后推广应用起到很好的示范作用。

2. 奥运工程钢结构的技术要求
◆对钢材性能和质量要求高
奥运场馆钢结构对钢材的要求超出了现有设计规范，例如关键部位的钢材设计采用Q460E-Z35，钢板厚度超过100mm ，关键节点采用Gs-20Mn5V （N ）铸钢材料及高强度预应力索等
◆
对焊接的技术要求高
奥运场馆钢结构连接主要采用焊接连接，其中高强度钢材焊接、超厚板焊接、铸钢焊接以及低温焊接等都是关键技术难点
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◆需要编制专项验收标准满足施工要求
由于结构复杂，跨度大，钢构件高空拼装定位难，焊接变形和温度变形大，现行钢结构施工质量标准不能满足工程需要，需要编制专项验收标准。

◆对施工方案和过程控制要求高
奥运场馆钢结构设计对施工的要求高，例如合拢温度、卸载方案、预应力张拉以及施工工况检测和健康检测等过程控制都有非常高的技术要求。

◆实现奥运工程“五统一”要求
钢结构工程是奥运工程中最重要环节之一，起到承上启下的关键作用，必须体现奥运工程“安全、质量、进度、功能、成本”的统一要求。

图2-13从实体图到拼装图的变化过程
图4-8撑杆下节
点
图4-7撑杆上节点
钢拉杆
67008200840084008400840082007500
序号课题名称科技奥运专项课题承担单位
1《国家体
育场结构
设计与施
工的安全
关键技术
研究》
一、结构设计关键技术研究：
（1）焊接薄壁箱形构件研究
（2）钢结构复杂节点研究
（3）大跨度结构温度场研究
（4）大跨度结构地震安全性研究
（5）大跨度结构风振系数研究
二、施工关键技术研究：
（1）空间弯扭箱型截面构件及多
向微扭空间节点的加工制作
技术研究
（2）高强钢Q460厚板（110mm）
焊接性试验、焊接工艺技术
研究
（3）巨型马鞍型空间钢结构的卸
国家体育
场有限责
任公司及
工程参建
各单位
2
《国家游泳
中心结构及
室内环境关
键技术研究》
（1）新型多面体空间刚架结构体系的几何构成
与优化
（2）新型空间结构体系的整体分析及延性与抗
震设计
（3）轴力、弯矩及其共同作用下的各类刚性连
接节点的受力性能与实用计算方法
（4）各类变截面圆钢管、方钢管的实用分析计
算方法
（5）大型长方体结构的风洞、雪洞试验研究
（6）国家游泳中心ETFE立面装配系统关键技术
（7）国家游泳中心室内环境系统关键技术研究
北京市国
有资产经
营有限责
任公司及
工程参建
单位
3《奥运羽毛
球馆预应力
钢结构体系
优化设计及
结构健康监
控研究》
（1）奥运羽毛球馆预应力钢结构体系优化设计
（2）预应力弦支穹顶结构的模型实验研究
（3）预应力钢结构技术规程
（4）预应力钢结构健康监控系统
北京工业
大学及其
参建单位
4《2008奥
运工程钢
结构创新
技术集成》
1.奥运工程钢结构设计创新技术
2.奥运工程膜结构设计与应用创新技术
3.奥运工程预应力钢结构应用创新技术
4.奥运工程钢结构围护体系设计创新技术
5.奥运工程钢材国产化应用创新技术
6.奥运工程钢结构制作创新技术
7.奥运工程钢结构安装创新技术
8.奥运工程钢结构焊接创新技术
9.奥运工程钢结构检测和健康监测创新技术
10.奥运工程钢结构施工管理创新
11.奥运工程钢结构监理与监督管理创新
12.奥运工程钢结构施工质量验收标准创新
中国
钢结
构协
会及
各工
程参
建单
位
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课题名称研究内容承担单位
《国家体育馆大跨度双向张弦桁架设计施工技术
研究》（1）钢屋盖铸钢节点及拼装技术相关研究
（2）钢屋盖带索累积滑移技术相关研究
（3）钢屋盖双向预应力设计施工技术的相关
研究
（4）滑移施工和张拉施工过程中的测试
国奥投资发
展有限公司
及参建单位
《五颗松体育馆钢结构工程施工技术研究》（1）巨型桁架地面组装施工技术
（2）巨型桁架高空拼装施工技术
（3）双向鱼腹式桁架高空累积滑移施工技术
（4）安装过程应力应变监控技术
（5）双向鱼腹式桁架同步卸载施工技术
（6）钢结构检测和健康监测创新技术
北京五颗松
文化体育中
心有限公司
及参建单位
贯彻“绿色奥运、科技奥运、人文奥运”三大理念专项资金支持课题
2008-10-11 chen-luru@
《国家会议中心钢结构工程施工技术研究》（1）60m×81m大跨度钢结构楼盖竖向振动
阻尼减振技术应用研究
（2）超大跨度钢桁架整体提升技术
（3）超长大直径圆管摇摆柱制作安装技术
（4）现浇钢筋混凝土楼板上支立行走式塔
吊
技术
北京北辰会议
中心发展有限
责任公司及参
建单位
《北京大学体育馆钢结构工程施工技术研究》（1）复杂钢结构屋盖制作与安装技术
（2）弦支网壳预应力设计与施工技术
（3）异型金属屋面设计与施工技术
（4）施工全过程计算机仿真模拟与监测技
术
北京大学及参
建单位
《北京科技大学体育馆钢结构工程施工技术研究》（1）大跨度螺栓球网架采用拔杆群外扩法
整体提升技术
（2）螺栓球节点防腐涂装技术
北京科技大学
及参建单位
《中国农业大学体育馆钢结构工程施工技术研究》（1）复杂管桁架加工制作技术
（2）变屋脊桁架结构高空散装精度控制技术
（3）变屋脊桁架结构分段卸载技术
中国农业大
学及参建单
位
《老山自行车馆钢结构工程施工技术研究》（1）巨型钢网壳外扩法拔杆群接力转换提升
技术
（2）球铰体系铸钢支座安装及巨型摇摆人字
柱精确空中定位技术
（3）巨型环形桁架精确安装及合拢技术
（4）德国标准材质铸钢支座与国产Q钢材焊
接技术
（5）分区独立安装测量控制技术
国家体育总
局及参建单
位
《北京工业大学体育馆钢结构工程施工技术研究》（1）预应力钢结构体系优化
（2）新型索撑节点构造
（3）弦支穹顶钢结构安装仿真模拟
（4）全寿命预应力健康监控技术
北京工业大
学及参建单
位
《钢结构膜结构施工三维激光测量技术研究与
应用》1.激光雷达技术的应用
2.职能全站仪的应用
北京城建集团及北京建筑
工程学院等
《北京工业大学体育馆钢结构工程施工质量专项验收标准》1.球形钢网壳结构
2.预应力钢结构
3.钢铸件节点
北京工业大学及参建单位
《国家体育馆钢结构工程施工质量验收标准》1.预应力钢结构
2.钢铸件节点
3.高空累积滑移
国奥投资发展有限公司及
参建单位
4.企业自主创新
奥运工程钢结构参建单位，特别是设计单位、钢材生产厂、钢结构加工厂、钢结构安装单位、检测与监测单位等，根据工程需要，结合自己已有的资源，开展技术攻关，形成一大批技术、工法、专利及标准等
据不完全统计，企业自主的技术创新点数以百计，充分说明企业是创新的主体。

二、奥运工程钢结构科技创新主要成果和创新技术
奥运工程钢结构科技创新有三个层次的涵义：1．原始创新
2．集成创新
3．吸收引进再创新。

二、奥运工程钢结构科技创新主要成果和创新技术
经济发达国家将钢结构从节能环保，可持续发展的高度予以重视和发展，在设计理念、软件应用、钢材品种和质量、设备自动化以及施工管理等方面处于领先水平。

日本、美国、意大利、德国等国家处于相对领先的地位
经过几十年的发展，特别是改革开放以来，我国在钢结构研究、设计、制造、施工安装及检测监测等方面都具备了比较成熟的成套技术，成功地建设了一批大型、复杂钢结构工程，在某些技术领域已经达到了国际先进水平。

二、奥运工程钢结构科技创新主要成果和创新技术
1.钢结构设计方面
钢结构的设计越来越重视与建筑、规划、环境、功能之间的协调。

我国在设计理念、软件及其应用水平上较经济发达国家还有一定的差距，主要体现在方案设计阶段。

在施工图设计和详图设计方面，我国已经处于国际先进水平。

2.钢材应用方面
应用高效高强钢材及配套的节能环保围护材料是当今钢结构发展方向。

我国在钢材规格品种，特别是在钢结构中应用最多的轧制H型钢应用方面，与经济发达国家有不少差距。

在中厚板材性能方面，我国已处于国际先进水平。

二、奥运工程钢结构科技创新主要成果和创新技术
3.钢结构制作方面
装备和自动化程度代表着钢结构制作技术水平。

我国钢结构制造企业发展不平衡，在钢结构构件外观质量方面与经济发达国家有差距。

但国内具备特级资质的大型企业，中国钢结构协会评定的特级企业已达39家，其装备、制作水平和产品已经达到国际先进水平
4.钢结构安装方面
大型复杂钢结构安装需要很高的技术和装备，随着一大批大型钢结构建筑，钢结构桥梁的建设，我国在钢结构安装及检测监测技术方面已经逐渐缩小与发达国家的差距，在某些技术领域已经达到国际先进水平。

二、奥运工程钢结构科技创新主要成果和创新技术
1. 科技创新成果的总体水平
奥运工程钢结构技术含量高、施工难度大，质量要求严，工期控制紧。

奥运工程钢结构设计、制作、安装和检测监测等方面的科技创新成果和技术，总体上达到国内领先、国际先进水平，在某些技术领域达到国际领先水平。

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2.达到国际领先水平的成果和技术
（1）大型复杂钢结构设计优化及详图设计CAD 技术
（2）大跨度弦支预应力结构体系设计与施工技术
（3）大型复杂弯扭箱型钢构件制作与安装技术
（4）Q460E-Z35级钢材应用及焊接技术
（5）钢结构安装过程计算机仿真模拟、应力应变检测
与全寿命健康监测技术
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3.达到国际先进水平的成果和技术
（1）大跨度空间钢结构设计技术
（2）大型ETFE/PTFE膜结构设计与施工技术（3）复杂铸钢节点设计与施工技术
（4）节能环保金属屋面体系设计与施工技术（5）大型体育场馆屋盖钢结构体系火灾模拟与抗火设计
（6）钢结构CAD/CAM辅助制造技术的应用
（7）电加热技术与机器人技术在焊接中应用
（8）大跨度空间钢结构温度场分析及合拢施工技术（9）大型钢结构安装支撑体系设计与卸载技术（10）大跨度钢结构累积滑移施工技术
（11）大型钢结构整体提升技术
（12）超大型异形钢构件吊装技术
（13）外露钢结构表面防腐涂料体系设计与涂装技术（14）大型复杂钢结构安装三维激光测量定位技术（15）钢结构工程施工资料信息管理系统
4.处于国内领先和填补国内空白的成果和技术
（1）《预应力钢结构技术规程》标准
（2）《铸钢节点应用技术规程》标准
（3）《高强度预应力钢棒》标准
（4）钢框架鱼骨式连接节点应用
（5）大跨度钢结构楼盖竖向振动阻尼减振技术应用（6）冬期焊接施工质量控制与检测
（7）焊接薄壁箱型截面构件设计与制作
（8）多面体空间刚架结构体系的几何构成与延性分析（9）次结构安装顺序对主结构体系影响的计算分析（10）钢结构工程质量监督与监理管理创新
奥运工程钢结构科技创新支撑体系
◆市委、市政府领导支持
◆北京市2008工程建设指挥部办公室起到主导和
主持的作用
◆参建单位是科技创新的主体
奥运钢结构科技创新的资源利用
1.国家科技计划项目衔接——科技奥运专项支持
2.贯彻“三大理念”专项资金支持课题
3.充分发挥行业协会组织的作用
4.钢结构技术专家起到领衔作用
北京市2008工程建设指挥部成立奥运工程建设专家组，并针对奥运工程钢结构的特点，汇集了超过100名国内顶级钢结构专家组成专家队伍，专家们的热情参与，为奥运工程钢结构科技创新提供了技术保证
5.充分利用社会资源为科技创新服务
三、奥运工程钢结构科技创新支撑体系与资源利用
奥运工程钢结构科技创新的社会经济效益
1.是提高我国自主创新能力，建设创新型国家的重要举措之一
2.是贯彻落实“三大理念”的典范
3.极大推动我国钢结构行业的技术进步，对发展钢结构行业有很高的示范推广作用
4.对提高参建企业自主创新能力和核心市场竞争力，发挥着重要作用
5.能够提高参建技术人员的技术水平和技术创新能力
四、奥运工程钢结构科技创新的效益与意义
奥运工程钢结构科技创新的示范意义
奥运工程钢结构科技创新的科学启示
1.参建企业是科技创新的主体地位不能动摇
2.利用关键技术集成解决实际工程技术难题，是奥运工程钢结构科技创新重要的组成部分
3.加大资助力度，提高企业自主创新能力
胡锦涛总书记在北京奥运会、残奥会总结表彰大会上重要讲话对奥运场馆建设的极高评价和赞扬
“7年来，来自全国各地的26万建设者夜以继日、精益求精，许多建设者在5年的建设工期中有整整3年的夜晚是在火热的建筑工地上度过的，建造了以“鸟巢”、“水立方”为代表的一批具有时代特色、民族风韵的建筑精品”
“鸟巢”、“水立方”等奥运场馆设计和建造凝聚了世界许多设计大师的智慧和心血
介绍结朿谢谢各位
Tel：010********
E-mali：chen-luru@。