国家体育馆型钢骨架制作难点及工艺措施

国家体育馆型钢骨架制作难点及工艺措施
【大中小发布时间：2008-01-30 14:17:43 浏览次数：160 】
国家体育馆位于北京市朝阳区北辰西路奥林匹克公园B区。

是2008年奥运会三大主要比赛场馆之一，总建筑面积80976米2，跨度114米。

主体结构采用了型钢混凝土框架—剪力墙—钢支撑受力体系，钢结构总量：3347吨，主要包括：截面形式为十字形、王字形、加劲工字形的型钢砼柱78根, 带剪力钉的H型钢砼梁332根，以H型钢为主的人字形或剪刀形钢支撑135组。

所用材质及规格为Q345C－20mm/30mm、Q345CZ15－40mm。

主体型钢骨架结构分比赛馆和热身馆两部分，北侧热身馆屋檐标高22.940~28.220米，比赛馆主体北侧屋檐标高28.220米，南侧屋檐标高33.620米，中间最高点标高37.133米。

一、主要技术特点、难点
1、影响构件几何尺寸的因素多，变形不易控制。

由于构件断面有十字形、王字形、增加六道纵筋的工字形等多种形式，而且节点位置均为全熔透焊缝，焊接填充量大，环境温度低，影响构件几何尺寸的因素多，所以构件变形不易控制。

2、牛腿部位全熔透一级焊缝多，结构复杂、施焊空间小，焊接难度。

3、柱身长，截面小，分段后现场安装精度高。

由于每根钢柱长达42米，考虑到运输、安装条件，将钢柱分别在1.190米、17.500米标高处分3节（热身馆部分分2节）在工厂制作，安装现场焊接。

由于节与节之间的接触面积较小，故对分节后柱端部的加工精度要求极高。

4、型钢骨架钢柱、钢梁、斜支撑相互连接方位多，构件长度、重量较大，预拼装难度
大。

二、采取的工艺措施
针对该工程施工技术重点、难点，主要采取了以下工艺保证措施：
1、从预留焊接收缩余量、控制装配误差、调整焊接顺序、采用工艺支撑和焊后矫正五方面控制构件变形，保证构件几何尺寸符合要求。

①构件在下料和装配时考虑钢材在负温度下产生的自然收缩变形量和焊接收缩变形量相
协调，严格控制装配尺寸误差。

②劲性柱、梁的主体长直焊缝采用埋弧焊船位焊接，采用对称焊的顺序进行焊接。

先分别焊成工字型、T型（见图1、2），再将工字型、T型（或纵筋）组焊成十字型（见图3）。

箱型和变截面H形的牛腿按由里往外扩展的顺序组焊。

③十字型柱每隔1米处用Φ25mm的圆钢或a=25mm的方钢做工艺支撑，先按图4所示做工艺支撑进行1、2侧焊缝，后按图5所示做工艺支撑焊3、4侧焊缝。

焊接完成后去除工艺支撑。

④对焊后残余变形进行火焰矫正。

2、变换坡口形式，改善施焊条件。

针对牛腿部位焊接空间较小，焊缝等级要求高的情况，将双面坡口改为单面加垫板的焊接坡口形式，减小了碳弧气刨清根的难度，改善了焊接条件，保证焊缝的全熔透质量等级。

3、制定了详细有效的端铣方案。

①每节柱分3节出厂，把柱与柱、钢梁、斜支撑整的连接尺寸作为检查控制的要点。

②在制作工艺上采取了1节柱骨架的上平面、2节柱骨架的上下平面、3节柱骨架的下平面进行端铣加工。

③对每节柱骨架的断面尺寸进行记录，制作中进行对应控制，保证对接的错边量不超标。

④型钢骨架组焊完经检验合格后修矫焊接变形，待焊接变形矫正合格后，用半自动切割机切割齐尺。

⑤齐尺时，留5~6mm的加工余量，并在距图纸柱顶标高要求50mm处用画针在四个面画检查线，并画铣削加工线，此画线工作必须在测量好的水平胎架上进行，以保证其精确度。

⑥将画好线的型钢骨架放在经超平不平度不大于2mm的端铣机滚道和胎架上，用导链索紧至少两处后检查其紧固情况符合要求后进行铣削加工。

⑦对于一个工位不能加工完成的钢柱，可采用两个工位进行加工，变换工位时必须进行严格找正，确保接刀处不平度不大于1mm。

⑧端铣加工后，以端铣面为基准进行牛腿组焊。

4、编制较详细的预拼装方案。

为保证柱与柱、钢梁、斜支撑整体的连接尺寸，构件出厂前要进行预拼装。

①以轴线为基准放出本单元预拼装构件的外轮廓线及轴线，钢柱、梁、支撑位置分别设3个支点，支点位置应在距柱顶、底500mm处及牛腿处，梁、支撑两端集中间处。

②支撑应用不小于H250x250x9x14的工字钢，长度不小于400mm。

③用水准仪检测所有支点的水平度，确保所有支点在同一水平面上。

如不在同一平面内可在支点下加钢垫板。

④将所有预拼装构件摆放在其应在位置上，待尺寸检验合格后，检验各连接节点的连接形式。

⑤若有连接板与梁和牛腿连接出现孔距错位，不能保证连接螺栓顺利通过，用磁力钻进行扩孔，扩孔后的直径不能大于1.2倍的螺栓直径。

⑥个别孔距错位大于以上要求时，要采用E5016、E5015焊条或ER50-3二保焊丝堵孔，再重新钻孔，直到螺栓能自由的穿入螺栓孔。

5、采用Ar+CO2的氧化性混合气体保护焊。

采用了Ar+5％CO2的混合气体保护焊进行牛腿部位全熔透焊缝焊接，提高了电弧稳定性，减少了焊接飞溅，改善了焊缝成形及内在质量，提高了全熔透焊缝一次合格率。

6、采用美国Tekla公司先进的钢结构详图设计软件Tekla Structures (Xsteel)进行详图设计。

这套软件是我公司投巨资引进的专业详图设计软件之一，具有强大的功能和优势。

我们主要用它绘制大批复杂构件的详图。

使用XSteel绘图软件使我们在详图绘制过程中减少了重叠任务、减小错误、增加准确性和效率、减小了工程初期的风险、缩短了详图绘制周期并提升了整个工程的品质。

在公司质量管理体系有效运行的基础上，通过以上工艺措施的实施，使该工程的施工质量得到了控制和保证。

主体结构78根型钢砼柱、332根型钢砼梁、135组钢支撑焊接质量完全达到规范要求，构件一次交验合格率达95%以上，最终合格率达100%。

安装现场高强螺栓的一次穿孔率达99%以上，现场安装非常顺利。

监理单位和业主单位对工程质量给予很高的评价，并获中国建筑金属结构协会“钢结构金奖”，创造了奥运优质工程。