国家体育场(鸟巢)工程施工新技术综述

国家体育场是2008年北京奥运会的主会场。其造型呈马鞍形,外壳由钢结构编织成鸟巢状,内部为三层碗状看台混凝土结构。看台结构存在大量斜柱、斜梁、空间环梁等异形构件。钢结构总用钢量约4.2万t。施工中通过采用高强高性能混凝土技术、钻孔灌注桩后压浆技术、HRB钢筋应用技术、Q460高强钢厚板焊接技术、成套箱形弯扭构件加工制作技术等,取得了一系列研究成果,提高了我国建筑技术水平,社会经济效益和环保效益非常显著。其中7项科技成果填补国内空白,达到国际先进或国际领先水平,完成了国家级工法4项。本工程已获得结构"长城杯"金杯和中国钢结构金奖。

国家体育场大跨度钢结构在卸载过程中的应力监测

国家体育场是2008年北京第29届奥运会的主体育场,承担奥运会开、闭幕式以及田径比赛和足球决赛等任务。其屋盖钢结构跨度大,覆盖面积也大,受力非常复杂。在施工过程中,主桁架搁置在78个临时支撑塔架上,整体合龙后要将临时支撑塔架拆除(此过程称为"卸载")。由于钢结构重量较大、支撑点数多、单点卸载吨位大,卸载难度非常大。在整个卸载过程中,利用自主研制的基于静态应变无线数据采集与传输的应力监测系统,对钢结构关键构件的应力变化历程进行跟踪监测。结果表明,实测值较好地反映了钢结构在体系转换过程中整体受力的变化,为卸载工作的顺利进行和安全使用提供了技术保障,也验证了首次在该项目上使用的应力监测系统和监测方法的正确性,该系统和方法可推广应用到类似大型结构的施工监测。

国家体育场大跨度钢结构卸载时应力监测系统

国家体育场屋盖钢结构跨度大,覆盖面积也大,受力非常复杂。为了对钢结构在卸载全过程中的应力变化进行监测,研制基于静态应变无线数据采集与传输的应力监测系统。该系统由传感器子系统、无线数据采集与传输子系统以及数据管理与分析子系统组成,其最大的特点是无需现场布线,所有指令和采集到的数据都采用无线数字信号进行传输,最大限度地降低了监测布点等工序与现场施工的相互影响。该系统在国家体育场钢结构卸载时得到了有效验证,并可推广应用到其他大型结构的施工监测。

国家体育场(鸟巢)工程钢结构长效防腐施工技术研究

针对国家体育场(鸟巢)工程钢结构设计提出的25年长效防腐要求以及在防护年限内对其耐久性提出的明确指标,就钢结构的防腐配套体系、防腐涂装施工工艺及质量控制措施等进行了深入的研究,总结出钢结构长效防腐技术成果,成功地指导了国家体育场钢结构工程的涂装施工。

建筑钢结构低温焊接施工技术

通过低温焊接影响分析及对策、焊工防护及适应性训练、焊接设备防护及材料管理、预热后热制度、焊接工艺等方面对建筑钢结构低温焊接技术进行了全面深入的研究,总结出建筑钢结构低温焊接的成套施工技术并应用于工程实践,有效地保证了钢结构的低温焊接质量。

国家体育场大跨度钢结构温度监测系统研究及其在卸载时的应用

国家体育场是2008年北京第29届奥运会的主体育场,其屋盖钢结构跨度大,覆盖面积也大,受力非常复杂。为了配合钢结构合龙、卸载和应力监测,专门开发研制了基于无线数据采集与传输的温度监测系统。该系统主要由传感器子系统、无线数据采集与传输子系统和数据管理与分析子系统组成。其最大的特点是不用现场布线,所有指令和采集到的温度数据都通过无线数字信号进行传输,最大限度地降低了监测与现场施工的相互影响。该系统在国家体育场钢结构卸载时的温度场监测中得到有效验证,可推广应用到其他大型钢结构的温度监测。

国家体育场(鸟巢)工程钢结构肩部及顶面次结构安装技术研究

通过安装方案比选、吊装工况分析等对国家体育场工程肩部及顶面次结构安装技术进行了深入研究,采用次结构接口偏差调整措施,保证了施工阶段结构的安全性,成型时结构的内力和变形均满足设计要求。

合龙技术在“鸟巢”主体钢结构的应用研究

从确定主体钢结构的合龙温度入手,设计了合龙工艺,明确合龙技术要求。实践表明,国家体育场"鸟巢"钢结构焊接工程的成功合龙,不仅为大型的建筑钢结构焊接工程的合龙技术积累了丰富经验,也提供了合龙技术在"鸟巢"主体钢结构运用的一种科学分析方法,同时也为我国大型建筑钢结构合龙技术的焊接规程提供了有力的技术支持。

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)钢结构安装工程焊接技术有:Q460-Z35焊接性试验研究新技术;大规模采用电加热预(后)热技术;厚板采用SMAW-GMAW-FCAW-G复合新工艺技术;大面积采用仰焊技术;GMAW、FCAW-G大流量防风技术;钢结构低温焊接技术;铸钢及其异种钢焊接技术;防止冷、热裂纹技术等14项。在此主要介绍了钢结构埋设件压力埋弧焊新工艺的开发与应用;柱脚拼装焊接技术理论依据阐述分析;控制应力应变具体实施;低温焊接技术;"鸟巢"钢结构焊接工程仰焊技术;厚焊接将成为建筑钢结构的主要焊接技术;异种钢焊接技术;"鸟巢"钢结构焊接工程合拢技术。这些技术在国家体育场(鸟巢)工程焊接中的运用,为建筑钢结构焊接工程施工提供了有益的参考。

鸟巢结构式免充气轮胎固有特性分析

基于新型蜂窝结构式免充气轮胎固有频率的计算方法,研究并推导出鸟巢结构式免充气轮胎鸟巢结构的固有频率计算公式。分析了各结构参数对鸟巢结构固有频率的影响规律,研究了鸟巢结构式免充气轮胎的固有频率影响因素,利用ABAQUS有限元仿真分析验证了理论的正确性。利用模态分析方法研究了辐条阵列数对鸟巢结构式免充气轮胎固有频率的影响,并进行了免充气轮胎受载时的振动频率分析,对比了充气轮胎受载时的振动频率变化规律。结果表明,鸟巢结构式免充气轮胎刚度更大,受载时更具有优势。

我国钢结构仿生建筑的应用与展望

在数亿年的进化过程中,自然界中的高等物种形成了近乎完美的体形结构,人类在自身发展历程中,由自发到自觉地将生物自身的合理结构形式应用于建筑工程方面,推动了建筑结构的多元化、生态化和系统化发展。首先阐明仿生建筑的相关基本概念和特点,接着结合建筑实例着重介绍仿生建筑在我国钢结构中的应用及美学价值,最后对仿生建筑的未来发展趋势进行了展望。