鸟巢钢结构工程介绍
国家体育场(鸟巢)钢结构安装工程焊接技术3篇
国家体育场(鸟巢)钢结构安装工程焊接技术3篇国家体育场(鸟巢)钢结构安装工程焊接技术1国家体育场(鸟巢)钢结构安装工程焊接技术国家体育场(鸟巢)是北京市历史悠久、文化底蕴深厚的建筑之一。
作为2008年北京奥运会的主场馆，其耗资巨大，占地面积达21公顷，其中2/3为草坪，1/3为建筑面积。
该建筑采用了高强度的钢结构，为围护结构和支撑结构提供了坚实的支撑和保障。
本文将对国家体育场(鸟巢)钢结构安装工程的焊接技术进行详细介绍。
一、焊接技术选型焊接技术是国家体育场(鸟巢)钢结构安装的关键，主要分为手工焊接、电弧自动焊接和气焊等种类。
此次施工主要以自动焊接为主，手工焊接和气焊仅作为补充使用。
1.电弧自动焊接电弧自动焊技术是目前比较成熟的焊接技术之一，对于大型钢结构的焊接尤为适用。
这种焊接工艺其主要特点是效率高、速度快、工艺控制精度高，焊缝质量好等优点。
此次国家体育场(鸟巢)钢结构安装工程采用电弧自动焊接的主要原因是但是，在焊接过程中，要严格控制温度，防止焊接过程中发生钢材热变形，产生偏差，影响钢结构的稳定性。
2.气焊气焊是一种利用氧、乙炔、氯化钙和氢氧化钠等化学制剂对金属物质进行焊接的技术。
由于国家体育场(鸟巢)中吊屋面中还存在一些复杂的拱形结构，由于其特殊性，所需的钢材比较大，需经过多次裁剪、组装后才能完成拱形结构的焊接。
而气焊技术可以在这种特殊结构下再次运用。
它所需的设备简单，使用方便，工艺可控性高等优点，不仅提高了效率，而且确保了级别，保证了最终焊接质量。
二、焊接工程质量控制在钢结构焊接施工过程中，其焊接质量的稳定性是非常重要的。
为了确保国家体育场(鸟巢)钢结构安装工程焊接的质量，施工人员需对其施工提出详细的要求和标准。
1.焊接工艺的控制焊接前，应进行焊接试样，确保试样强度满足要求。
在焊接过程中，应严格控制焊接速度、温度以及强度等参数，并关注焊接过程中是否出现裂缝、气泡等不稳定因素，以确保焊接成品的稳定性。
国家体育场(鸟巢)钢结构焊接
国家体育场（鸟巢）钢结构 安装工程焊接技术综述
国家体育场 “鸟巢”工程简介
• 国家体育场“鸟巢”工程是 2008年北京奥运会主会场，承担奥 运会开、闭幕式和田径、足球决赛 等多项比赛任务。工程于2003年12 月24日开工建设，2008年6月竣工。 工程总建筑面积25.5万平方米，东 西长280米，南北长333米，地下一 层，地上七层，可容纳观众9.1万人。
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（一）Q460E-Z35焊接性试验研究新技术； （二）大规模采用电加热预（后）热技术； （三）厚板采用SMAW-GMAW-FCAW-G复合新工艺技术； （四）大面积采用仰焊技术； （五）GMAW、FCAW-G大流量防风技术； （六）钢结构低温焊接技术； （七）铸钢和异种钢 焊接技术； （八）防止冷、热裂纹技术； （九）层状撕裂防止和处理技术； （十）特殊焊缝处理技术； （十一）焊接机器人（FCAW-SS）焊接技术的应用； （十二）钢筋T型焊接接头压力埋弧焊新工艺； （十三）复杂钢结构应力应变控制技术； （十四）特殊钢结构合拢技术。
•Байду номын сангаас
2006年10月1日，中共中央总书记、国 家主席、中央军委主席胡锦涛在到过长江 三峡大坝工地之后，第一次亲临建筑工地 视察工作，到工地看望“鸟巢”人；他满 怀激情地说：“同志们精心设计、精心施 工、勇于创新，以顽强拼搏的精神和严谨 科学的态度，攻克了一个又一个难关，取 得了出色成绩。特别是9月17号“鸟巢”主 结构卸载成功，可以说是谱写了中国建筑 史上的光辉一页，我向你们表示热烈的祝 贺！”
• （六）、第一次大规模采用仰焊技术而获得成功，解决 了仰焊技术在建筑钢结构焊接工程中推广应用的基础理 论和思想认识，树立了仰焊技术的工程典型，从理论和 实践上确立了仰焊技术建筑钢结构行业的地位，使仰焊 技术在建筑钢结构行业得到长足的进步和发展。 • （七）、在控制冷裂纹、层状撕裂产生的同时，强调了 复杂建筑钢结构焊接要防止热裂纹的产生。同时提出了 防止和处理的方法，率先明确了建筑钢结构焊接工程中 主要防止热、冷、层状撕裂三大裂纹的观点。 • （八）、记录和阐述了建筑钢结构合拢技术，第一次对 建筑钢结构合拢及合拢焊缝进行定义，在理论上进行了 深入浅出的分析，再一次丰富和发展了建筑钢结构应用 技术理论。
钢结构之最——鸟巢
钢结构之最——鸟巢
说到钢结构之最，非“鸟巢”莫属了。
“鸟巢”所代表的意义非凡，这座体育馆不仅让钢结构建筑开始进入人们的视野中，它还是世界跨度最大的单体钢结构工程，也由此拉开了钢结构在中国的序幕。
是中国带给世界的又一个奇迹。
这里给大家详细介绍一下这个钢结构之最。
国家体育场俗称“鸟巢”，位于北京奥林匹克公园南部，是北京2008年奥运会的主体育场。
这座建筑南北长333米，高69米，东西宽294米，结构的组件相互支撑，形成了网络状的构架，高低起伏变化的外观缓和了建筑的体量感，并赋予了戏剧性和具有震撼力的形体。
主体建筑呈空间马鞍椭圆形，是目前世界上跨度最大的单体钢结构工程。
“鸟巢”主体建筑呈空间马鞍椭圆形，是目前世界上跨度最大的单体钢结构工程。
2008年奥运会、残奥会期间，“鸟巢”承担开幕式、闭幕式、田径比赛等赛事活动，容纳观众10万人。
现已成为北京地标性的建筑。
鸟巢施工方案和技术路线
鸟巢施工方案和技术路线1. 引言鸟巢是2008年北京奥运会主体育场，也是世界上最大的钢结构体育场之一。
其采用了独特的外观设计和创新的结构方案，成为奥运会的标志性建筑之一。
本文将介绍鸟巢的施工方案和技术路线，包括主要施工步骤、使用的材料和施工方法等。
2. 施工方案2.1 地基处理鸟巢的施工前需要进行地基处理，以确保建筑结构的稳定性和安全性。
地基处理包括土壤改良、沉降控制和地基加固等。
2.2 基础施工鸟巢的基础采用了钢筋混凝土桩基和地下连续墙结构。
基础施工包括桩基施工、地下连续墙的浇筑和钢筋混凝土基础板的安装等。
2.3 结构施工鸟巢的结构采用了复杂的钢结构系统，包括外部支撑结构和内部空间结构。
结构施工包括钢材加工、焊接和安装等。
2.4 外部支撑结构施工鸟巢的外部支撑结构采用了大跨度、大悬挑和大弯曲度的结构形式，需要精确的测量和施工工艺。
施工过程中需要使用大型起重设备和脚手架等。
2.5 内部空间结构施工鸟巢的内部空间结构包括观众席、走廊和天花板等，需要进行精确的结构装配和安装。
3. 技术路线3.1 BIM技术在鸟巢的施工过程中，采用了BIM（Building Information Modeling）技术。
BIM技术可以将建筑模型与施工进度和质量控制数据相结合，实现建筑施工的数字化管理和协调。
3.2 CAD技术鸟巢的钢结构部分采用了CAD（Computer-ded Design）技术进行设计和制造。
CAD技术可以实现结构的精确设计和制造，提高工程质量和施工效率。
3.3 预制施工技术鸟巢的部分结构采用了预制施工技术，即在工厂内制造构件，然后再进行现场组装。
预制施工可以提高施工效率和质量，并减少对现场的影响。
3.4 钢结构施工技术鸟巢的外部支撑结构采用了先进的钢结构施工技术。
该技术包括焊接、螺栓连接和起重等工艺，可以确保结构的安全和稳定。
4. 结论鸟巢是一座具有标志性意义的建筑，其施工方案和技术路线对于其他大型钢结构建筑的施工具有重要的参考价值。
国家体育场鸟巢工程钢结构加工制作介绍
t＞80
Z15
Z25
Z35
4
鸟巢的关键技术问题——焊接
以人为本、科技为先
一、焊接关键技术；
㈠.焊接变形与残余应力控制 ㈡.高拘束条件下焊接热裂纹控制技术的应用 ㈢.高拘束条件下控制冷裂纹技术的应用 ㈣.高强超厚钢板焊接技术
Q460E高强度结构钢的焊接试验和焊接工艺研究； ㈤.铸钢件焊接技术 ㈥. 焊接工艺评定
3
工程概况
以人为本、科技为先
钢材性能
钢材牌号 Q345、Q345GJ Q460、S460ML
冲击性能要求 主结构
D级，-2000C时AK≥34J E级，-4000C时AK≥34J
Z向性能要求
次结构 C级，00C时AK≥34J
----
钢板厚度 (mm)
Z向要求
T＜40 --
40≤t≤60 60＜t≤80
CAD 软 件系统
计算机控 制系统
多点成 形主机
成形 件
多点成形系统的基本构成
24
加工制作技术
以人为本、科技为先
⑷.无模多点成型模具的成型过程 该套多点成形设备的主要成形方法是：成形前把冲头调整到所需的适当位置，使
各冲头形成构件曲面的包络面。在成形过程中各冲头间无相运动。如下图所示。
（a）成形开始
⑵.层状撕裂问题分析： a.层状撕裂危险性分析 b. 层状撕裂敏感性试验--Z向窗口试验
产生层状撕裂主要是取决于钢材的材质，而本工程所选用的钢板其性能上满 足Z35要求，实测钢材的φZ值均在50左右，因此，该钢材具有比较好的抗层状撕 裂性能。
13
焊接技术
以人为本、科技为先
㈤.铸钢件焊接技术
高强度特厚铸钢件的焊接难度较大，按照焊接性试验----焊接工艺评 定----焊接规程制定与执行的程序进行，原则上拟采取以下措施：
鸟巢钢结构防护技术
目录
1 2 3 4
1.“鸟巢”简介
国家体育场——鸟巢为北京2008年奥运会主会场。主次结构相互交 错形成“鸟巢”建筑外形。其建筑顶面呈马鞍形。
2003年12月24日开工建设，2008年3月完工，总造价22.67亿元。作为 国家标志性建筑，2008年奥运会主体育场，国家体育场结构特点十分显 著。主体结构设计使用年限100年，耐火等级为一级，抗震设防烈度8度， 地下工程防水等级1级。
典型环境
C1（很低） C2（低） C3（中）
<10 10~200 200~400
加热的建筑物内部，空气洁净
低污染的乡间、有供暖的室内、中性的大 气环境
城市工业大气环境
C4（高）
C5-I （很高，工业环境）
C5-M （很高，海洋环境）
400~650 650~1500 650~1500
高盐度的工业区和沿海区域 具有高湿度、强腐蚀环境的工业地区 海洋环境、海上平台及高盐分的海岸地区
2. 钢结构防腐要求
根据大气腐蚀环境的划分和防腐年限的划分：
“鸟巢”钢结构所处地区从大气腐蚀环境划分上应属于C3腐 蚀等级。考虑到“鸟巢”钢结构工程的重要性，在进行防腐涂装 系统设计时其所处大气腐蚀环境按C4腐蚀等级考虑。
另外，“鸟巢”钢结构关于25年防腐年限的设计要求应属于 防腐年限高的一档。
3. 涂装施工工艺
在防护设计年限内，防腐 涂装系统的太阳辐射吸收 系数不大于0.45。底漆的 太阳辐射吸收系数不大于
0.60
底漆采用加速盐雾试验进 行常规耐腐蚀性测试。 5000h以上无明显物理变 化
面漆在人工紫外线照射时 间6000h后，光泽保持度 大于90％，颜色变化值不 大于1.0，且无起泡、粉化 现象
标志性建筑“鸟巢”的基础类型
标志性建筑“鸟巢”的基本介绍和基础类型“鸟巢”外形结构主要由巨大的门式钢架组成，共有24根桁架柱。
主体结构设计使用年限100年，耐火等级为一级，抗震设防烈度8度，地下工程防水等级1级。
工程主体建筑呈空间马鞍椭圆形，南北长333米、体的巨型空间马鞍形钢桁架编织式“鸟巢”结构，钢结构总用钢量为4.2万吨，混凝土看台分为上、中、下三层，看台混凝土结构为地下1层，地上7层的钢筋混凝土框架-剪力墙结构体系。
钢结构与混凝土看台上部完全脱开，互不相连，形式上呈相互围合，基础则坐在一个相连的基础底板上。
国家体育场屋顶钢结构上覆盖了双层膜结构，即固定于钢结构上弦之间的透明的上层ETFE膜和固定于钢结构下弦之下及内环侧壁的半透明的下层PTFE声学吊顶。
“鸟巢”所用钢材强度是普通钢的两倍，是由中国自主创新研发的特种钢材，集刚强、柔韧于一体，从而保证了“鸟巢”在承受最大460兆帕的外力后，依然可以恢复到原有形状，也就是说能抵抗唐山大地震那样的地震波。
托起“鸟巢”最关键的是“肩部”结构，这一部分所用的钢材——“Q460”钢板厚度达到了110毫米，具有良好的抗震性、抗低温性和可焊性等点。
为满足抗震要求，钢构件的节点部位还特别作了加厚处理，杆件的联结方式一律为焊接，以增加结构整体的刚度和强度。
“鸟巢”凌空的屋顶支撑它的是24根巨大钢柱脚。
为保证建造在8度抗震设防的高烈度地震区的“鸟巢”能站稳脚跟，科研设计人员克服“鸟巢”柱脚集合尺寸大且构造复杂、中国现行规范的计算假定与设计方法难以适用等情况，为这些钢柱脚增加了底座和铆钉，将柱脚牢牢铆在了混凝土中。
柱脚下的承台厚度高达400～600米，24根巨大钢柱分别与24个巨大的钢筋混凝土墩子牢固地连在一起共同擎起巨大的"精钞"。
国家主体育场“鸟巢”工程地基基础设计等级为甲级，基础设计等级为一级。
采用桩基础，桩筏基础、基础底板埋深3.0～10米左右，钻孔灌注桩总桩数约3000根。
完整版鸟巢结构介绍
完整版鸟巢结构介绍
鸟巢，位于北京奥林匹克公园中心区南部，是2008年北京奥运会的主体育场。
它的结构是钢结构，外形结构主要由巨大的门式钢架组成，共有24根桁架柱。
这些柱子共同支撑着一个网格状的构架，外观看上去就像树枝编织成的鸟巢。
鸟巢的内部结构包括混凝土框架和看台结构，两者通过锚固的方式连接在一起。
看台结构位于混凝土框架的上部，并被钢框架覆盖。
混凝土框架的形状和分布都与鸟巢的外部结构相对应。
在建筑顶部，鸟巢的顶面呈鞍形，长轴为332.3米，短轴为296.4米，最高点高度为68.5米，最低点高度为42.8米。
整个体育场结构的组件相互支撑，形成网格状的构架，外观看上去就像树枝编织成的鸟巢。
此外，灰色矿质般的钢网以透明的膜材料覆盖，高低起伏的波动的基座缓和了容器的体量，而且给了它戏剧化的弧形外观。
这种结构不仅展现了现代科技的卓越成就，也体现了人与自然和谐相处的理念。
总的来说，鸟巢以其独特的结构和精心的设计，成为了北京的地标性建筑之一，同时也成为了中国现代建筑的代表作之一。
鸟巢钢结构防护技术
典型环境
C1（很低） C2（低） C3（中）
<10 10~200 200~400
加热的建筑物内部，空气洁净
低污染的乡间、有供暖的室内、中性的大 气环境
城市工业大气环境
C4（高）
C5-I （很高，工业环境）
C5-M （很高，海洋环境）
400~650 650~1500 650~1500
高盐度的工业区和沿海区域 具有高湿度、强腐蚀环境的工业地区 海洋环境、海上平台及高盐分的海岸地区
3. 涂装施工工艺
3） 采用高压无气喷涂法喷涂环氧云铁中间漆一道，可采取湿碰湿
喷涂两遍立即测定湿膜厚度，控制干膜厚度为100 um，24 h后进行干 膜测定，同时进行前3道复合层总厚度的测定。应达到200 um，如达 不到，可用ZB—X—1稀释剂将环氧云铁中间漆稀释到适当粘度，再 薄喷一道。
环氧云铁中间漆涂装完毕6个月内宜涂装氟碳金属漆，时间间隔最 长不得超过10个月。
2. 钢结构防腐要求
根据大气腐蚀环境的划分和防腐年限的划分：
“鸟巢”钢结构所处地区从大气腐蚀环境划分上应属于C3腐 蚀等级。考虑到“鸟巢”钢结构工程的重要性，在进行防腐涂装 系统设计时其所处大气腐蚀环境按C4腐蚀等级考虑。
另外，“鸟巢”钢结构关于25年防腐年限的设计要求应属于 防腐年限高的一档。
3. 涂装施工工艺
案设计时主要涂料防护的角度进行研究。
3. 涂装施工工艺
表3 “鸟巢”钢结构防腐配套体系方案
涂层类型
涂层品种
涂层道数
干膜厚度/um
无机富锌底漆
1
75
环氧封闭漆
1
25
环氧云铁中间漆
1
100
氟碳金属漆
建筑结构——国家体育馆鸟巢
Thanks
体育馆宽阔而复杂的结构，使得它不得不承受很大的非传统应力， 除了纵向拉力外，它还将承受强大的横向拉力。它的结构形状有弧 度，不同的部位之间都有拉力，这对离支柱最远的横梁中间点会施 加非常沉重的应力
为了保证“鸟巢”的安全性，在“鸟 巢”受力最为集中的24根柱子和柱角 上使用了我国自主创新生产的Q460特 型钢材。科研人员通过几千次的试验 最终寻找到了钢材合适的配方配比 保证了鸟巢的抗震性、抗低温性、焊 接性，铸就了“鸟巢”的铁骨钢筋。
每个大跨度 的主桁架通 过之间的契 合，搭建并 通过与立面 结构、顶面 次结构形成 大跨度的空 间结构体系。
屋盖主体结构实际上是由两向不规则斜交的平面桁架系组成的约 为340m ×290m 的椭圆平面网架结构,网架外形呈微弯形双曲抛物 面,周边支承在不等高的24 根立体桁架柱上,每榀桁架与约为140m ×70m 长椭圆内环相切或接近相切
从材料上讲：看台地下1层为混凝土结构，地上7层为钢筋
混凝土框架 ，体育馆的外部 为钢结构，体 育馆屋顶钢结构上覆盖了双层膜结构。 从结构体系上讲： 体育馆的混凝土看台为剪力墙结构。（是 用钢筋混凝土墙板来代替框架结构中的梁柱，能承担各 类荷载 引起的内力，并能有效控制结构的水平力，这 种用钢筋混凝土 墙板来承受竖向和水平力的结构称为剪力墙结构 ）
其中外层膜由884块ETFE膜 组成，在这884块膜中面 积最小的不超过1平方米， 而面积最大的达到250平 方米，整个铺设面积接 近4万平方米。
固定于钢结构下弦之下及内环侧壁的半透明的下层PTFE声 学吊顶。
分段2
分段1
分段3
柱脚分段
150吨履带吊
另外，国家体育场 在建设中采用了先 进的节能设计和环 保措施，比如良好 的自然通风和自然 采光、雨水的全面 回收、可再生地热 能源的利用、太阳 能光伏发电技术的 应用等。 "鸟巢"的外观之所以独创为一个没有完全密封的鸟巢状，就是考虑既能 使观众享受自然流通的空气和光线，又尽量减少人工的机械通风和人工 光源带来的能源消耗。"巢"内使用的光源，都是各类高效节能型环保光 源。在行人广场等室外照明中也尽可能地采用太阳能发电照明系统。在" 鸟巢"中足球场地的下面是312口地源热泵系统井。它通过地埋换热管， 冬季吸收土壤中蕴含的热量为"鸟巢"供热；夏季吸收土壤中存贮的冷量 向"鸟巢"供冷，能节省不少电力资源。在“鸟巢”的顶部装有专门的雨 水回收系统，被收集起来的雨水最终变成了可以用来绿化、冲厕、消防 甚至是冲洗跑道的回收水。诸多先进的绿色环保举措使国家体育场成为 了名副其实的大型"绿色建筑"。
鸟巢结构介绍
上层 (ETFE膜) 下层叉
主桁架
主桁架 主桁架
主桁架
顶面次结构 立面次结构
扫描二维 码了解 PTFE膜
鸟巢结构体系
钢结构图示 桁架柱
国家体育场 | 鸟巢
主结构
主结构与次结构 立面大楼梯
鸟巢的几何模型
建立一个长轴与短轴范围313m和266m的 椭圆，然后将椭圆周长24等分，24个等分 点位桁架内柱的位置。沿内轴方向拉伸， 形成内柱轴线所在的椭圆柱面，椭圆台与 屋盖曲面相交，形成外轮廓线，对轮廓线 进行倒角，内柱的形心做直线与内环相切， 得到定位轴线，得到开合屋盖的边缘线， 形成建筑师要求的“鸟巢”艺术效果》
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PRESENTED BY US
国家体育场 | 鸟巢
内部构造 about strcture
国家体育场局部一层地下室，地上七层，共有上中下 三层看台，立面与顶面位交叉编织大跨度钢结构。其 中零层（运动场标高）为运动员、裁判员、媒体及贵 宾区域，设有主要设备用房及车库，运动场位于玲曾 场地中央。一层又称为基座层，是观众到达体育场的 主要通道，西南部为媒体工作区，并设有零售商店、 卫生间等辅助设施，观众可进入下层看台。二层与三 层为观众集散厅，设有零售商店、卫生间等辅助设施， 观众可进入中层看台。四层为包厢层，五层与六层为 观众层，七层为东西两侧的局部夹层。大跨度五改下 为PTFE声学吊顶，上弦屋面为ETFE膜结构
主桁架
主桁架围绕屋盖中部的洞口呈放射状布 置，有22榀主桁架直通或接近直通，并 在中部形成由分段直线构成的内环桁架。
国家体育场 | 鸟巢
屋盖
屋盖顶面结构主要由主桁架与次构件构成。 屋盖顶面区域覆盖面积较大，曲率变化数值 较多。弦杆与次结构杆件均为分段直线焊接 箱型截面，通过节点将这些构件连接在一起。
经典结构赏析北京“鸟巢”结构
前言北京"鸟巢"即国家体育场，是一个异性空间结构体系，外形非常复杂，但其也是由简单的基本结构单元-桁架组成的。
本文借用他人的论文，一起赏析这个经典的建筑结构。
1 概述“鸟巢”的主体钢结构由主结构与次结构两部分构成，主结构包括主桁架与桁架柱，次结构包括顶面次结构、立面次结构以及立面大楼梯。
其中位于屋顶的主桁架相互交叉，与顶面和立面的次结构共同编织，形成了“鸟巢”结构体系。
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。
“鸟巢”钢结构的几何构形非常复杂，建筑造型与结构体系高度一致。
屋顶和立面的几何曲面与各种构件布置是通过应用一些基于建筑造型的设计规则来确定的。
同时考虑建筑的使用功能、减小用钢量、降低钢结构加工制作难度等原因，对这些规则进行了适当调整。
上图是“鸟巢”巨大的钢节点安装过程照片在设计过程中应用CATIA 软件（飞机、轮船、汽车等的专业设计软件）确定“鸟巢”钢结构的几何形状与构件布置，这也是CATIA 软件在中国建筑工程中首次得到应用。
2 “鸟巢”钢结构的几何构型坐标原点位于体育场中心，首先在-9.0m 标高的平面上建立体育场屋盖立面的内表面在水平面的投影，其24 个等分点分别为24 根桁架柱内柱的位置，如图1。
内表面与外表面的构型方法见图2。
在标高60.0m 的参考点处，沿xz 平面放置半径为719.900m 的圆弧R1，沿yz 平面放置半径为882.706m的圆弧R2，将R2 以R1 为母线平行滑动，即可得到屋顶外表面的双曲面，如图3 所示。
将椭圆台与屋盖曲面相交，形成体育场屋盖立面的外表面轮廓线，如图4 所示。
屋盖内环开洞的轮廓由2 段椭圆弧与2 段圆弧构成，如图5 所示。
通过24 根内柱的形心做直线与屋盖内环相切，可以得到48 榀交叉布置主结构的平面定位轴线，如图6 所示。
通过24 根内柱的形心做直线与屋盖内环相切，可以得到48 榀交叉布置主结构的平面定位轴线，如图7，8 所示。
大跨度钢结构典型工程案例
大跨度钢结构典型工程案例一、北京“鸟巢”（国家体育场）这鸟巢可真是个超酷的大跨度钢结构建筑。
你想啊，它的造型就像个巨大的鸟巢，那些错综复杂的钢结构杆件就像是编织鸟巢的树枝一样。
从远处看，那独特的外形就特别吸引人眼球。
它的大跨度结构可不是闹着玩的。
这么大的空间要能容纳那么多观众看比赛啥的。
在建造的时候，那些钢结构的搭建就像搭巨型积木一样，但难度可大多了。
每一根杆件的位置、角度都得精确无比，就好比要让一群调皮的小朋友乖乖站好队，而且不能有丝毫差错。
这个建筑可不仅仅是为了好看，还得能承受各种风雨、地震等自然灾害的考验呢。
二、广州国际会展中心。
这会展中心啊，也是大跨度钢结构的厉害角色。
它的大跨度就像是为了张开双臂欢迎来自世界各地的参展商和游客。
走进里面，那宽敞的空间就像一个超级大的广场，但是又有屋顶遮着，多亏了钢结构的大跨度，才能让这么大的空间没有一根大柱子在中间捣乱。
在建造的时候，就像是给一个超级巨人定制衣服，要把钢结构这个“衣服”做得恰到好处。
这个建筑对于广州的意义可大了，各种大型的展览、贸易活动都在这儿举行，就因为它有这么大的空间，全靠大跨度钢结构撑着呢。
三、埃菲尔铁塔（也算广义的大跨度钢结构啦）虽然埃菲尔铁塔不完全是传统意义上的大跨度建筑，但它的钢结构也非常值得一说。
这个铁塔就像一个钢铁巨人一样矗立在巴黎。
它刚建成的时候，很多人都觉得它奇奇怪怪的，但是现在它可是巴黎的标志性建筑。
它的钢结构就像一个精密的骨架一样，支撑着整个铁塔的重量。
从下往上看，那些钢铁结构一层一层的，像是给天空搭了一个通往云端的梯子。
这么高的铁塔，在一百多年前能建成，靠的就是当时先进的钢结构技术。
而且它能经受住这么多年的风吹雨打、日晒雨淋，可见钢结构的质量那是杠杠的。
四、悉尼歌剧院。
悉尼歌剧院那独特的白色“风帆”造型，可是闻名世界的。
这些像风帆一样的屋顶就是大跨度钢结构的杰作。
想象一下，要把这些巨大的“风帆”架起来，可不是简单的事儿。
国家体育场鸟巢工程钢结构支撑塔架设计
国家体育场鸟巢工程钢结构支撑塔架设计国家体育场鸟巢工程是中国的一项标志性建筑项目，该项目位于北京市朝阳区奥林匹克公园内。
该建筑由水利工程联合设计集团和新加坡DP Architects联合设计，建设起于2003年，直至2008年奥运会期间供人们观看比赛使用。
鸟巢设计采用了传统而简约的中国造型，真正实现了体育场馆与自然环境和谐共生。
钢结构支撑塔架是鸟巢工程中非常重要的一部分，今天我们就来探讨一下它的设计。
一、鸟巢工程钢结构支撑塔架的基本情况钢结构支撑塔架是鸟巢工程的主要支架结构之一。
鸟巢总长度332.3米，宽度296.3米。
钢结构支撑塔架由超过1万吨的高强度钢材组成，总高度为69.2米，采用了航天科技使用的“双于”双层钢壳结构设计，内外各设有一个独立的钢结构体系。
塔架体系内部设置有观赛通道、电气线路、雨水设施等各种必要设施。
塔架和钢球采用符合环保要求的焊接工艺进行组装，在焊接质量上要求非常高，以确保结构的强度和稳定性。
二、鸟巢工程钢结构支撑塔架设计的原则和方法1、结构合理、稳定、刚性好在钢结构支撑塔架设计中，需要考虑到结构合理、稳定并且刚性好的原则，保证塔架系统整体性能优良。
钢结构支撑塔架同时受到地震荷载，风荷载和自重荷载的作用，因此需要运用各种先进的计算方法和技术手段对其进行分析和研究，包括有限元方法、模拟分析、计算机模拟和三维数学模型，以及基础设计等。
2、合适的技术方案在钢结构支撑塔架的设计时，还需要考虑到合适的技术方案。
在设计阶段，必须进行多方面的技术研究和试验，针对不同的道路、气候、地形和地质条件，选择最为适合的设计方案。
三维有限元分析技术能够对塔架的受力、变形等进行精确计算，以便为塔架的制造和施工提供指导。
3、利用钢结构的优势采用钢材结构，体现了钢结构的优势。
钢材具有质量轻、强、抗震的特点，而且经过不同的加工工艺可以制造出各种截面形态的材料，所以可以制造更为复杂的三维结构。
同时，钢材在制造上的耐腐蚀、耐候性等性能也非常注重，保证了建筑的寿命和稳定性。
国家体育场钢结构焊接
国家体育场钢结构焊接
国家体育场，即鸟巢，是中国北京市奥运会的主体育场，也是一座有
着世界级影响力的建筑。
作为中国的标志性建筑之一，鸟巢的钢结构焊接
是该建筑中不可或缺的一部分。
下面将从鸟巢的设计背景、钢结构焊接的
需求和技术要求等方面进行阐述。
其次，钢结构焊接的需求。
鸟巢的钢结构具有很高的复杂性，不同部
分的焊接需要满足不同的技术要求。
例如，屋顶部分需要焊接精密的细节，以确保结构的稳定性和安全性。
建筑的外观也需要进行焊接，以保证整体
的美观性。
钢结构焊接技术要求的高，主要是出于对鸟巢结构的强度和稳定性的
要求。
焊接的质量直接关系到鸟巢的整体安全性，所以必须严格按照设计
要求和相关标准进行操作。
鸟巢的钢结构焊接需要使用高强度的焊材，并
进行相关的非破坏性检测来验证焊接质量。
在钢结构焊接过程中，还需要考虑到鸟巢的施工环境和时间安排。
为
了保证焊接的质量，必须在干燥、无风、无雨等适宜的施工环境下进行。
另外，由于鸟巢是一座大型建筑，施工时间也是非常紧张的，因此焊接作
业必须尽可能高效，以确保按计划完成。
总之，国家体育场(鸟巢)的钢结构焊接是一项高要求、高难度的工作。
它涉及到鸟巢整体的稳定性和安全性，对焊接工艺的要求非常高。
在焊接
过程中，需要严格按照设计要求和相关标准进行操作，并在适宜的环境下
进行。
这样才能保证鸟巢的整体质量和安全性。
鸟巢的钢结构
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鸟巢所用的钢，是一种特殊的钢 ：Q460钢材。 “鸟巢”结构设计奇特新颖，一般的钢材适应不了这种高 强度，而这次搭建它的钢结构的Q460也有很多独到之处： Q460是一种低合金高强度钢，它在受力强度达到460兆帕 时才会发生塑性变形，这个强度要比一般钢材大，因此生 产难度很大。这是国内在建筑结构上首次使用Q460规格 的钢材；而这次使用的钢板厚度达到110毫米，是以前绝 无仅有的，在国家标准中，Q460的最大厚度也只是100毫 米。以前这种钢一般从卢森堡、韩国、日本进口。为了给 “鸟巢”提供“合身”的Q460，从2004年9月开始，河 南舞钢特种钢厂的科研人员开始了长达半年多的科技攻关， 前后3次试制终于获得成功。2008年，400吨自主创新、 具有知识产权的国产Q460钢材，将撑起“鸟巢”的铁骨 钢筋。LOGO鸟巢Fra bibliotek钢结构背景
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2005年10月28日，“鸟巢”开始吊装第一根钢柱， 从吊装第一根钢构件到钢结构全部安装到位，前 后经历了10月的时间。2006年11月30日，随着最 后一件钢结构吊装到位。“鸟巢”工程中最关键 的项目钢结构吊装施工全部完成，在之后进行的 超声波检验中，“鸟巢”焊接的合格率达到100。
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“鸟巢”钢结构施工多项技术，在国内属首次遇到，如箱型弯 扭构件制作技术研究与应用、钢结构综合安装技术研究与应 用、钢结构合龙施工技术研究与应用、钢结构支撑卸载技术 研究与应用、焊接综合技术研究与应用、施工测量测控技术 研究与应用等六项最难施工技术，国内一无先例，二无规范 可循，完全要靠北京城建集团集社会智慧，最大限度地挖掘 和调动现场技术人员积极性进行技术研究与创新。“鸟巢” 钢结构弯扭构件比较多，要把10到110毫米厚的钢板拧成麻 花状，其难度可想而知。技术人员先后研究了弯扭构件的空 间几何特性，开发出满足设计要求的箱型构件的三维建模及 展平放样软件、研究弯扭构件的成型原理，最终研究出箱型 弯扭构件制作综合技术。
国家体育场(鸟巢)工程钢结构空间巨型桁架安装工艺
北京城建精工钢结构工程有限公司提要：国家体育场钢结构安装工程，主桁架分项根据安装实际情况被分成空间立体桁架和平面桁架两种吊装单元。
空间立体桁架的多对口对接、平面桁架的翻身过程稳定性是该分项工程的重难点。
关键词：鸟巢钢结构、空间巨型桁架、龙门吊、三机抬吊、安装工艺一、工程简况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。
建筑顶面呈马鞍型，长轴为332.3m，短轴为297.3m，南北跨度结构相对标高为42.246m，东西跨度结构相对标高为69.900m，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形布置，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，并在中部形成由分段直线构成的内环。
钢结构总量约4.6万吨，构件截面均为箱形截面，其空间位置复杂多边，形体宏大、美观。
国家体育场主桁架共有48榀，分别由外围24榀桁架柱开始向中间延伸，在中间形成椭圆形的环。
主桁架总用钢量约14000吨，桁架柱约17020吨，主桁架与桁架柱一起共同形成如图1.2所示的主要承力体系。
主桁架的轴线高度为12m，上下弦及腹杆均为箱形截面构件。
目前工程主结构构件加工制作、拼装已经完成，现场主结构安装接近尾声，钢结构安装重量已经超过四分之三，其中桁架柱已安装完成，鸟巢形体初现端倪。
二、主桁架分段及设备选择打垮度空间巨型桁架的吊装分段很重要，不仅要考虑各分段重量、安装作业半径和国内、现有吊机资源的匹配，同时各分段在支撑塔架上的临时固定及相互搭接各分段间吊装顺序的确定同样是施工的关键。
根据支撑塔架的设置及主桁架的空间交叉情况，将屋盖主桁架共分成182吊。
其中，内环吊装单元共96吊，空间桁架16吊，平面桁架80吊；外环吊装单元共86吊，均为平面桁架。
综合考虑体育场主桁架大型构件的吊装，主桁架最终选用一台CC4800型800T履带吊和CC2800型600T履带吊吊装。
钢结构作业—鸟巢
鸟巢研究报告鸟巢结构形式：“鸟巢”外形结构主要由巨大的门式钢架组成，共有24根桁架柱，现已完成20根桁架柱整柱及2根下柱吊装。
国家体育场建筑顶面呈鞍形，长轴为332.3米，短轴为296.4米，最高点高度为68.5米，最低点高度为42.8米。
传力途径：在保持“鸟巢”建筑风格不变的前提下，新设计方案对结构布局、构建截面形式、材料利用率等问题进行了较大幅度的调整与优化。
原设计方案中的可开启屋顶被取消，屋顶开口扩大，并通过钢结构的优化大大减少了用钢量。
大跨度屋盖支撑在24根桁架柱之上，柱距为37.96米。
主桁架围绕屋盖中间的开口放射形布置，有22榀主桁架直通或接近直通。
为了避免出现过于复杂的节点，少量主桁架在内环附近截断。
钢结构大量采用由钢板焊接而成的箱形构件，交叉布置的主桁架与屋面及立面的次结构一起形成了“鸟巢”的特殊建筑造型。
主看台部分采用钢筋混凝土框架一剪力墙结构体系，与大跨度钢结构完全脱开。
关键构造：鸟巢是一个大跨度的曲线结构，有大量的曲线箱形结构，设计和安装均有很大挑战性，在施工过程中处处离不开科技支持。
“鸟巢”采用了当今先进的建筑科技，全部工程共有二三十项技术难题，其中，钢结构是世界上独一无二的。
“鸟巢”钢结构总重4.2万吨，最大跨度343米，而且结构相当复杂，其三维扭曲像麻花一样的加工，在建造后的沉降、变形、吊装等问题正在逐步解决，相关施工技术难题还被列为科技部重点攻关项目。
“鸟巢”外形结构主要由巨大的门式钢架组成，共有24根桁架柱。
国家体育场建筑顶面呈鞍形，长轴为332.3米，短轴为296.4米，最高点高度为68.5米，最低点高度为42.8米。
为了有效控制构件的最大壁厚，减小焊接工作量，使连接构造比较合理，在设计中采用了高强度的Q460钢材。
Q460钢材，大多数人可能都不了解。
“鸟巢”结构设计奇特新颖，而这次搭建它的钢结构的Q460也有很多独到之处：Q460是一种低合金高强度钢，它在受力强度达到460兆帕时才会发生塑性变形，这个强度要比一般钢材大，因此生产难度很大。
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4.高强超厚钢板焊接技术—— Q460E高强度结构钢的焊接试验和焊接工艺 以人为本、科技为先
焊接性试验
(1).焊接冷裂纹敏感性试验 ①焊接冷裂纹敏感性分析 ②热影响区最高硬度试验 ③斜Y坡口焊接裂纹试验
试验结果： 常温不预热焊接，在焊缝根部均出现裂纹，预热到100度以上时， 绝大部分试验焊缝中心及热影响区未出现裂纹，其他短裂纹均出现 在收弧弧坑处或焊缝中段。预热温度150℃及以上试验焊缝中心及 热影响区均未出现裂纹，选用焊接材料在正常线能量下、预热温度 150℃及以上小铁研试验结果好。
高强度特厚铸钢件的焊接难度较大，按照焊接性试 验----焊接工艺评定----焊接规程制定与执行的程序 进行，原则上拟采取以下措施：
提高焊接预热温度，焊后保温缓冷，冬季低温时
焊后要立即重新加热到一定温度并定时保温；
选用低温韧性好的焊材，如E50焊条，ER50-6 、
ER50-7焊丝；
采用两对边同时施焊并分段多人同时退焊的顺序，
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一、工程概况
国家体育场工程位于北辰东路西侧奥林匹克公园中 心区南部。是北京2008 年奥运会的主会场。建筑造型 呈椭圆的马鞍形，外壳由钢结构有序编织成“鸟巢” 状独特的建筑造型，内部三层碗状看台下为四－七层 混凝土框架结构。奥运会期间可容纳观众9.1万人。工 程占地面积20.4公顷，总建筑面积约25.8万㎡。
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8号核心筒
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三、钢结构加工制作与施工技术
以人为本、科技为先
（一）焊接技术 （二）加工制作
1.重型钢结构柱脚制作技术 2.巨型桁架柱制作技术 3.弯扭构件制作技术 4.大跨度巨型空间桁架制作技术 （三）拼装与安装 1.立柱构件预拼装 2.主结构吊装 3.次结构吊装 4.测量技术
1.重型钢结构柱脚制作技术
⑴装配工艺及隐蔽焊缝处理 由于柱脚为复杂结构，既有箱型截面，又有斜T型截面，又有多边形截面， 并且，箱体节点内部横、纵向隔板较多，其外形尺寸达5384*4755*6250， 吨位达162吨，柱脚节点整体组装后，无法满足运输条件，因此，考虑了 柱脚分段，如下图所示：
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以人为本、科技为先
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会议中心 国家体育馆 水立方
国家体育场
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国家体育场整体模型图
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国家体育场空间钢结构由24榀门式钢桁架围绕着体育场 内部碗状看台区旋转而成，钢结构屋盖呈双曲面马鞍型， 设计用钢量4.2万吨。屋顶主结构均为箱型截面，上弦杆截 面基本为1000mm×1000mm，下弦杆截面基本为 800mm×800mm，腹杆截面基本为600mm×600mm， 腹杆与上下弦杆相贯。竖向由24根组合钢柱形成整体承重 结构，每根组合钢柱由两根1200mm×1200mm的弯扭箱 型钢柱形成外柱和一根菱形钢内柱组成，荷载通过它们传 递至基础。立面次结构截面基本为1200mm×1000mm， 顶面次结构截面基本为1000mm×1000mm。
(3)鸟巢采用减少固定焊缝的焊肉截面积和采用能量密度相对较高的 焊接方法（如熔化极气体保护焊和药芯焊丝自保护焊等），并采用较小 的热输入（即小线能量E），以达到控制焊接残余应力的目的。
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2. 高拘束条件下焊接热裂纹控制技术的应用 以人为本、科技为先
根据焊接应用技术理论，在高约束条件和冶金反应不充分的前提 下，焊缝金属极易在焊缝中部形成偏析，当约束超过偏析部分所存 在的抗拉能力时，结晶将受到极大影响，沿晶界开裂而形成裂纹。 国家体育场钢结构基本属于高约束条件焊接，我们采用对称施焊的 原则，开发了一套控制热裂纹的焊接工艺，获得了成功。
以人为本、科技为先
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7.焊接工艺评定
以人为本、科技为先
国家体育场工程进行焊接工艺评定的钢种组合有：
（1）Q345＋Q345
（2）Q345＋Q345DGJ
（3）Q345DGJ＋Q345DGJ （4）Q460E
（5）Q345DGJ＋Q460E （6）Q460E＋GS-20Mn5V
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焊接顺序选择
以人为本、科技为先
国家体育场钢结构制作与施 工技术简介
长 江 精 工 钢 结 构 ( 集 团) 股 份 有 限 公 司
CHANGJIANG & JINGGONG STEEL STRUCTURE (GROUP) CO.,LTD
1
前言
建筑界的老师、同行和朋友们： 国家体育场钢结构现已完成施工总量的80%，外形初见设计雏形。鸟巢
高度：钢屋盖顶最高点高度68.5m,最低点高度40.1m ， 混凝土看台部分高度51.1米/29米，地下7.1米。
内部看台分上、中、下三层。 楼层数：东西向7层，南北向4层。 层高分别为：地下3.6，3.6（-1夹层），地上 7.2， 4.8，
4.8，4.8，4.2，2.8m
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以人为本、科技为先
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以人为本、科技为先
(2).层状撕裂问题 ①层状撕裂危险性分析 ②层状撕裂敏感性试验--Z向窗口试验
产生层状撕裂主要是取决于钢材的材质，而本工程所选用的钢板 其性能上满足Z35要求，实测钢材的ΦZ值均在50左右，因此，该钢 材具有比较好的抗层状撕裂性能。
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5.铸钢件焊接技术
以人为本、科技为先
⑴桁架柱装配工艺及隐蔽焊缝的处理 菱形内柱属于组合钢柱的一部分，整根钢柱截面均为菱形状，菱
形内柱和外柱之间有许多腹杆，特别是菱形内柱下柱顶节点处，杆 件交汇数量非常集中，有10余根腹杆相交，并且钢板厚度较大，制 作难度非常大如下图所示：
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(2)牛腿的预拼装： 考虑到钢柱上由于大型牛腿的存在，其外形尺寸已超过了公路运 输的能力，因此，对部分牛腿采取工厂组焊，并由现场进行装配 的措施，因此，发现场牛腿在出厂前必须进行厂内预拼装。 首先，根据图纸划出钢柱中心线和待拼装牛腿的定位中心线，根 据图纸尺寸要求确定并预拼牛腿，预拼完毕后划出牛腿（现场焊 接）与菱形内柱本体之间分段定位组装对合线，并用样冲眼进行 标识作为现场组装定位的基准，如下图所示：
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（一）焊接技术
以人为本、科技为先
1. 焊接变形与残余应力控制
(1)厚板对接焊缝的残余能量以焊缝的收缩变形和焊接残余应力的形 式存在于焊缝和热影响区中；因此控制焊接变形及焊接残余应力必须综 合治理。实践证明：焊接应力及残余应力同时存在于同一焊件之中，既 相辅相成又可以相互转换，
(2)当焊接变形（收缩量）完全实现时，焊接残余应力是一个非常小 的安全值；当焊接变形因约束不能实现时，对接焊缝的两端会产生极大 的拉应力场；拉应力场的大小完全取决于焊缝横截面积的大小。
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工程特点 质量要求 工期要求
1、是国内规模最大的全焊接异型空间钢结构工程； 2、结构十分复杂，应力应变状态难以控制； 3、现场厚板焊接工程量达6000米，是国家体育场钢结
构安装工程中的一大难点，是制约钢结构工程工期 的主要因素之一。
1、全熔透焊缝全部为一级焊缝； 2、焊缝余高0～1mm（打磨），焊缝成形均匀美观； 3、北京市结构“长城杯”金奖、国优“鲁班奖”。
以人为本、科技为先
(1)焊接工程的总体思路 先主后次，先大后小，高能密度，较小输入，分段跳焊，
锤击焊缝，应变适当，工程全优。 (2)合拢段焊缝的变形及应力控制措施
在屋顶整体焊接顺序中，最后两组（条）焊缝是合拢段 焊缝，是整个工程的关键焊缝，关系到工程的成败。
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（二）加工制作技术
以人为本、科技为先
⑵预拼装工艺控制 根据柱脚部分的结构形式，为保证现场的顺利安装，减少现场 对构件的安装调整时间，同时保证构件的拼装精度，对出厂的 构件进行了厂内预拼装。
C14柱脚
预拼装工艺流程 29
C14柱脚预拼装的相关施工图片：
以人为本、科技为先