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1、国家体育场钢结构合拢方案汇报,2006年6月20日,汇报内容,编制依据 工程概况 设计合拢要点 温度监测 合拢方案 合拢物理降温措施 附件,1.编制依据,编制依据,相关规范、规程及标准 国家体育场钢结构设计施工图 国家体育场主体钢结构安装方案 国家体育场钢结构主桁架安装方案 国家体育场立面次结构与钢楼梯安装方案 国家体育场钢结构现场焊接管理规程 国家体育场钢结构安装组对间隙、错口超差处理措施预案 国家体育场（鸟巢工程）主结构合拢温度变形及内力模拟计算（清华大学、2006年6月） 国家体育场主体钢结构合拢温度分析报告（中国建筑设计研究院、2006年6月5日）,2.工程概况,工程简介,国家体育场钢
2、结构建筑顶面呈马鞍型，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。主要由48榀主桁架围绕屋盖中间的开口放射型布置而成，主桁架与立面结构及顶面次结构一起形成了“鸟巢”的特殊建筑造型，大跨度空间钢屋盖支撑在周边的24根桁架柱之上，并将荷载传至基础。 国家体育场钢结构工程结构体系复杂，跨度大，结构本身的温度变形和温度应力较大，结构使用过程中，温度变化对结构内部杆件的受力影响较大，为保证使用过程中的安全，特别是北京地区极限最高温度和极限最低温度时的安全，必须选择合适的合拢温度，以减少结构使用过程中的温度变形和
3、温度应力。根据原设计要求，主桁架的合拢温度为144，立面结构与顶面次结构的合拢温度为148。,工程特点、难点,（1）跨度大，温度变形和温度应力大 国家体育场屋盖钢结构属于特大型大跨度钢结构，双榀主桁架贯通最大跨度258.365m。由于“鸟巢”结构的钢构件直接暴露于室外，冬季时，钢构件的温度与室外气温基本相同。夏季时，室外气温最高，同时太阳照射强度也最大，太阳照射将引起构件温度显著升高。屋架上、下弦膜材之间的空气流动性较差，屋架内部温度明显高于室外气温，形成“温箱”效应。另外，结构在迎光面与背光面的温差，以及屋面、立面钢构件的温差将形成梯度较大的温度场分布。加之国家体育场大跨度钢结构的平面尺度很
4、大，结构形成过程和使用过程存在较大的温差，温度变化将在结构中引起很大的内力和变形，对结构的安全性与用钢量将产生显著的影响。,（2）结构复杂，安装精度控制难度大 对于大跨度钢结构工程，结构本身因自重和温度变化均会产生一定程度的变形，而且支撑塔架在荷载作用下也会产生压缩变形和不均匀沉降，故在整个钢结构的安装过程中，变形控制难度较大。加之，结构形体复杂，安装精度受加工制作精度、现场拼装精度、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。 （3）合拢段安装难度大 本工程规模大，难度高，主结构按照不同的分区进行安装，时间跨度长，每个分区的初始安装温度与最后主结构合拢时的温度存在较大差异
5、，同时合拢段的安装温度与合拢温度也存在一定程度的差异，温度作用对主结构的安装和合拢有很大影响。为此，必须依据设计确认的合拢口位置，考虑各种因素引起的温度变化，计算合拢口的杆件温度变形值和应力，以确定合拢口的预留间隙和合拢口的搭接工艺。,（4）合拢口数量多，温度控制要求高，合拢组织难度大 本工程中的主桁架和立面结构各设置了四条合拢线，其中，主桁架合拢口96个（含上、下弦和腹杆），立面结构的合拢口28个，合拢口数量众多。虽立面结构和主桁架可采取分次合拢方案，但一次合拢的对接口数量仍高达48个，为确保合拢线上的对接口同时合拢，需组织大量的人力和物力。同时，对于如此复杂的结构和复杂的温度场分布情况，要
6、保证分次合拢时的温度条件完全相同，难度巨大。 为减少结构使用过程中的温度变形和温度应力，设计上确定了严格的合拢温度。根据目前的施工进度和北京历年来的气温情况，要确保设计要求的合拢温度，难度甚大，必须进行周密的部署和施工安排，提前完成合拢前的安装任务和进行合拢前的各项准备工作，必要时还需采取物理降温措施，合拢难度大。,（5）合拢与卸载是结构体系形成和后续次结构安装的先决条件，需统一考虑，统筹安排。 合拢是支撑塔架卸载的前提条件，合拢的目的是为了确保支撑塔架卸载和后续肩部次结构及顶面次结构的安装，确保整个工程的工期目标。合拢完毕结构形成整体后，如不能及时卸载和拆除支撑塔架，采取大量措施特别是物理降
7、温措施的合拢则会失去实质性的意义，故合拢与卸载应统一考虑，统筹安排。,3.设计合拢要点,合拢与合拢温度的概念,国家体育场屋盖结构为特大型大跨度空间结构，构件自重产生的内力所占比例较大。屋盖钢结构施工顺序对结构构件在重力荷载作用下的内力将产生明显影响，为此，基于散装施工法这一总体思路，设计上确定了钢结构的基本施工顺序： （1）安装桁架柱柱脚、立面次构件柱脚、楼梯柱柱脚； （2）分段安装24根桁架柱、立面次结构及立面楼梯，并采取有效措施保证其侧向稳定性； （3）分板块、分段吊装主桁架； （4）将各独立板块合拢形成整体结构； （5）临时塔架支撑体系卸荷； （6）安装顶面次结构与转角区立面次结构及上部
8、楼梯柱； （7）安装马道、排水管及各种设备支架； （8）安装膜结构。,这一施工顺序既是设计时的基本假定条件，也是组织施工的依据。同时，由于国家体育场屋盖钢结构跨度大，双榀主桁架贯通最大跨度258.365m，结构安装需经历较长的时间跨度，结构形成过程和使用过程会存在较大的温差。使用过程中，结构中会产生较大的温度变形和温度应力，温度变形和温度应力的大小和结构形成时与使用时的温差直接相关。为控制安装过程的变形，减少结构使用过程中的极限温度变形和温度应力，在安装主桁架的过程中，采用了分块安装法，即先将各分段主桁架在高空依次拼接为四个对称、均匀布置的独立板块，然后再将各独立板块连成一个整体，这一分块连成
9、整体的过程就叫做合拢。合拢时的钢构件平均温度即为合拢温度，它有别于合拢时的大气温度，它是结构使用过程中温度的基准点。,本工程结构复杂，跨度较大，屋顶主桁架相互交错，合拢线的选择比较困难。在确定合拢线时，不但要考虑结构本身的受力和变形情况，同时还应考虑钢结构的整体安装顺序和主桁架的安装分段情况，尽量减少合拢点的数量，特别是合拢口的数量，以方便施工，减少合拢时的人员、设备及其它资源的投入，并确保施工过程的安全。根据设计要求，并结合现场施工的实际情况，主桁架、立面结构及顶面次结构的合拢线确定如下: （1）主桁架沿屋盖环向设置四条合拢线，主桁架的合拢线充分利用钢结构的两条分区施工线，另增设两条合拢线；
10、 （2）为保证整个结构的合拢，立面结构和顶面次结构沿屋盖环向在与主体钢结构合拢断面相应的位置设置四条合拢线。,合拢线选择,（3）安装时，合拢线处所有钢结构杆件均断开，采用卡马临时搭接，并保证合拢口的伸缩自由。 根据以上情况，主桁架共有96个合拢口，立面次结构共有28个合拢口，合拢点位置具体见下图。,合拢温度,设计确定合拢温度的原则 （1）根据北京气象局30年统计数据：北京地区年平均最低气温为-9.4，年极端最低气温为-27.4；年平均最高气温为30.8，年极端最高气温为40.6； （2）北京地区的气候类型属典型的温带大陆性气候，季节气温变化很大。由于“鸟巢”结构的钢构件直接暴露于室外，冬季时钢
11、构件的温度与室外气温基本相同，夏季时太阳照射将引起构件温度显著升高。由于屋架上、下弦膜材之间的空气流动性较差，屋架内部温度明显高于室外气温，形成“温箱”效应。另外，结构在迎光面与背光面的温差，以及屋面、立面钢构件的温差将形成梯度较大的温度场分布。由于国家体育场大跨度钢结构的平面尺度很大，温度变化将在结构中引起很大的内力和变形，对结构的安全性与用钢量将产生显著的影响。,（3）对于大跨度结构，结构安装完成后，环境温度变化将在结构中引起内力变化，通常将主体结构合拢时的温度作为结构的初始温度（也称为安装校准温度）。在确定结构的初始温度时，首先需要考虑当地的气象条件，应使初始温度接近年平均气温，可进行施
12、工的天数较多；二要考虑施工进度计划与可能出现的变化，预留一定的允许温度偏差范围；三是结构合拢温度应尽量设定在结构可能达到的最高温度与最低温度之间，使结构受力比较合理，用钢量较小。 为了保证结构的安全性并充分考虑建造的经济性，国家体育场设计时采用的初始温度与最大正、负温差如下： 钢结构初始温度（钢结构合拢温度）：14.04，相当于1018。 钢结构的最大正温差：+50.6/+40.6 主桁架与顶面次结构/桁架柱与立面次结构 钢结构的最大负温差：-45.4。,提高合拢温度的说明 根据目前的施工进度情况，预计7月20日之前具备合拢条件，但经查阅北京过去5年的气象信息资料，7月份的平均最低气温均在22
13、以上，故设计图中确定的合拢温度条件，实际施工时很难达到。考虑到全球气温变暖气势和北京历年极限最低、最高温度的取值的合理性，拟提高合拢温度。 （1）全球气温变暖趋势 全球变暖指的是在较大的时间跨度中，地球的大气和海洋温度上升的趋势。根据美国弗吉尼亚大学和英国东英吉利亚大学联合研究的结果，在进入20世纪后半叶，全球温度上升的趋势非常明显。我国学者利用北京和全国的国家基准气候站和基本气象站的统计资料，研究了自建国以来北京各个月历年逐日最高和最低气温以及年平均气温资料，研究其总体变化趋势和年际变化，得出如下结论：,a.40年来年平均气温成上升趋势，每10年上升0.2度，季平均气温与年平均气温有明显的一
14、致性。70年代以后冬季极端最低气温与季平均气温出现的持续变暖趋势一致。 b.北京地区气温的年际变化具有大尺度的特点，能代表华北地区,乃至全国气温的变化。1981年是显著的跃变点,跃变后比跃变前北京地区气温增加了0.155 。 c.由于热岛效应，1979年以后，增温速率为0.35/10年。 （2）极限最高温度和极限最低温度的取值 经查阅相关气象资料：80年代之前30年内的极限最高、最低气温与80年代后的极限最高、最低气温存在差别。根据最新的统计资料，北京市气象局朝阳站测得最近47年的极限最高温度为41.6，极限最低温度为21.2，这与设计采用的极限最高、最低气温有一定的差值。（有待专家论证）,合
15、拢温度的选取 根据以上情况，拟选定23（钢结构本体温度）进行各项准备工作和合拢。,4.温度监测,温度监测的必要性,国家体育场钢结构工程为大跨度钢结构，在结构形成和使用过程中，温度变化对结构应力分布存在较大影响，掌握钢结构温度场的分布情况对于钢结构的施工和后续使用有着十分重要的意义。 钢结构的温度是由周围环境所决定的，是太阳辐射、空气流动、环境温度等多种因素共同作用的结果。钢结构的构件温度与周围的环境温度是有差别的，存在滞后性，在一些特殊条件下，存在钢构件温度比环境温度高的可能性。同时，对于国家体育场如此大体量的空间钢结构工程，各部位的钢结构温度也会存在差别。因此，不能简单的通过环境温度的测量而
16、得到钢构件的温度，必须使用专门的测量设备对钢构件进行直接的温度测量。,温度监测的目的,国家体育场钢结构施工过程中的温度监测主要有3个目的： （1）测量钢结构各部位的本体温度及主要位置的大气温度、湿度，以判断钢结构温度的滞后时间效应，并由此建立钢结构本体温度与大气温度、湿度及天气预报之间的关系，通过天气预报资料和设计确定的合拢温度确定初步的合拢时间，以便组织合拢工作。 （2）根据钢结构各部位的本体温度的分布情况，确定合拢温度测量基准点，确保合拢温度的可操作性和准确性。 （3）根据钢结构本体温度的变化情况，确定最适宜的合拢时间段，保证合拢质量和合拢工作的有序进行。,温度监测方法,由于国家体育场钢结
17、构体量大，钢结构各部位的温度变化十分复杂，要精确测量和准确掌握钢结构各部位的温度场分布情况十分困难，故只能做一些典型部位的温度监测。根据国家体育场钢结构的结构特点和现场实际情况，温度监测主要有以下两种方法： （1）人工测温法 采用干湿式温度计测量大气温度和湿度，红外线测温仪测量钢结构本体温度，每隔1小时测量一次。此方法操作简便，成本低，但监测精度受测量仪器和人为因素的影响较大，精度相对较低。 （2）自动测温系统 自动测温系统采用热电偶作为测温元件，体积小，经济、灵活。同时，现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输，大大减少了系统的电缆数，提高了系统的稳定性和抗干扰性。,本自动测温系统可以借助无
18、线发射设备，对信号进行集中处理，并经计算机处理形成数据文件，形成温度随时间变化的曲线，可以实时跟踪，具体件温度监测方案。 由于人工测温法精度较低，并且不能24小时实时跟踪测量，测点数量也相对有限，故不能作为合拢前和合拢过程中温度监测的主要方法。在自动测温系统未建立之前，可以作为辅助测温手段，根据测得的结果大致摸清国家体育场钢结构本体温度的变化规律、与大气温度的对应关系及温度场的分布情况，为精确温度监测提供参考依据。,温度监测的测点布置,为确切掌握整个屋盖钢结构的温度场分布情况和不同部位钢结构实际温度同气温的对应关系，监测点分布于整个屋盖区域，详见附件二、三：温度测试方案。,温度监测周期,钢结构
19、表面温度是本次测量所需要读取的主要数据，而该温度同当天气温、日照、风速、构件位置、构件厚度等多项因素都存在很大的关联关系，因此测量的周期必须达到一定的长度。本次测试拟在合拢前5天开始进行全天24小时跟踪监测，并覆盖合拢过程的所有工作。为形成连续的测量资料，每间隔半小时至一小时读取各测量点的温度信息，并形成数据文件。,5.合拢方案,组织管理,为确保合拢工作的有序和顺利进行，确保合拢质量，合拢前需成立专门工作小组和组织机构，全面负责合拢前后的组织管理工作，包括技术研究和管理、施工组织和管理、质量验收和管理及安全管理。同时，为便于施工组织和管理，各项准备工作和合拢过程中的管理要责任到人，专人专职。具
20、体组织机构如下：,合拢段安装,合拢段长度和合拢口间隙 由设计要求和选定的合拢线可知，本工程的合拢口数量众多，牵系到的合拢段较多。根据总体施工进度安排，合拢段安装的时间跨度相对较大，因此，各合拢段安装时的温度差别较大，受温度变化的影响也较大。为确保合拢段的顺利安装和施工过程中的安全，同时确保合拢口合拢时的最终间隙大小，在进行合拢段的安装时，必须遵循以下原则： （1）尽量选择在与合拢时相近的温度条件下或低于该温度的条件下进行安装，以方便构件的进裆，控制合拢时的坡口间隙。 （2）各合拢段的构件长度和安装预留间隙必须根据温度变形计算结果进行确定。,从温度变形计算结果可以看出，合拢口的温度变形不但跟主桁
21、架安装时的温度有关，而且跟合拢温度有关；不但跟合拢段安装与合拢温差有关，而且跟其它主桁架的安装与合拢温差有关。但是，本工程中的主桁架的安装时间跨度较大，各主桁架的安装温度不尽相同，要根据各主桁架的安装温度和最终合拢温度精确计算出合拢口的温度变形，难度较大。为此，可根据各分区的初始安装平均温度和最终合拢温度计算出合拢口的温度变形，再结合合拢段安装时的实际温度情况确定各合拢段的安装长度和安装预留间隙。 原则上，如在与合拢时相同的温度条件下进行合拢段的安装，则合拢段的长度可不需考虑温度变化的影响，合拢口的间隙大小采用设计和规范要求的标准间隙；如在低于合拢时的温度条件下进行合拢段的安装，则合拢段的长度
22、需考虑温度变化的影响，即合拢段应根据变形计算结果适当减短，,增大合拢口的安装间隙；如在高于合拢时的温度条件下进行合拢段的安装，则合拢段的长度应根据变形计算结果适当加长，即采用无间隙安装法，或减少合拢口的安装间隙。 由于国家体育场钢结构的加工、拼装及安装由多家施工单位负责完成，施工过程中的协调管理难度较大。钢结构的加工具有先前性，一般无法按温度变形的理论计算结果来进行加工。同时，钢结构的加工温度、拼装温度与安装温度也会存在一定程度的差别，加工和拼装过程中考虑温度变形预留值，操作难度较大。另外，在合拢段的安装过程中，合拢段的安装质量和合拢口的间隙大小往往还受构件加工质量和现场拼装质量的影响和制约，
23、从而造成局部合拢口的对口和间隙不能达到预定的效果。,合拢段安装工艺措施 由于本工程合拢口数量众多，且合拢段的安装随着工程的总体安装进程在不同时间里进行，合拢段的安装质量不仅影响结构安装过程中的安全，而且影响最终的合拢和结构的总体施工质量及结构使用过程中的安全，因此，必须采取合理的安装工艺措施，确保合拢段与相关构件的安装及结构的顺利合拢。具体工艺措施如下： （1）为控制合拢时合拢口的间隙大小，减少合拢口的焊接量和焊接残余应力，确保合拢口的焊接质量，在进行合拢段的安装时，要尽量控制合拢段安装时合拢口的间隙大小，该间隙大小要考虑温度变形计算结果和焊接收缩变形，如达不到预定的要求，可调整合拢段先焊一端
24、的坡口间隙。,（2）为确保合拢段施工过程中的安全，合拢段安装就位后，除设计要求的合拢口不进行焊接连接外，其它接口部位均需及时焊接完毕，以增强结构的整体稳定性。 （3）为确保合拢口在施工过程中因温度变化而自由伸缩，合拢口采用卡马搭接连接，卡马的大小和数量需根据该接口部位的受力计算确定。此受力计算不但要考虑合拢段安装过程中搭接受力要求，而且要考虑合拢过程中合拢口的受力要求。根据安装和合拢过程中卡马的最不利受力情况，卡马设置要求如下： a.合拢口上翼缘设置三块卡马，其它边各设置两块卡马，为增加卡马侧向稳定性，上翼缘两边卡马增设规格为10010010的三角形劲板。除下翼缘的卡马焊接固定在已装主桁架牛腿
25、上外，其它卡马均焊接固定在合拢段端口上，如下图所示。,b.卡板规格：厚度20mm，高度250mm，长度500mm，材质为Q235B。 c.焊缝要求：焊角尺寸14mm，双面角焊缝。 （4）为确保安全，合拢段安装就位后，非合拢口要及时进行焊接，待焊接完成2/3以上后方可松钩，同时，合拢口卡马需按要求设置好。松钩时，速度要缓慢平稳，并注意观测合拢口的变化情况，如无异常，可继续松钩。当合拢段跨中安装连接侧向构件时，也应进行合拢口的观测。 （5）在整个安装过程中，要定时进行合拢口的跟踪检查工作，一是检查卡马的连接焊缝和变形情况，确保卡马的安全；二是检查合拢口的间隙情况。,（1）合拢前，要将设计要求的所有
26、构件安装、焊接完毕，主要包括立面次结构和钢楼梯、桁架柱和主桁架（含补裆腹杆）。同时，要统筹安排合拢与支撑塔架卸载工作，一旦温度条件合适确定了合拢时间，应在合拢前将卸载前的各项安装任务进行合理的安排，以便为合拢后的支撑塔架卸载工作创造条件。 （2）合拢前，要进行全方位的质量检查，主要是焊缝质量，防止漏焊现象和焊缝质量不过关的部位。 （3）合拢前要进行连续的温度监测，根据温度监测结果，会同设计院确定合拢温度的测量基准点。同时要充分收集气象资料，时刻关注天气变化情况，并根据大气温度和钢结构本体温度的关系，确定合适的合拢时间段。一旦钢结构本体温度达到设计要求，立即进行合拢工作。,合拢准备工作,（4）合
27、拢前，要对合拢口进行连续观测，测得实际的温度变形情况和合拢口间隙大小，并根据温度变形情况和合拢口间隙大小，结合最终确定的合拢温度采取相应措施，确保合拢时合拢口的间隙符合焊接要求，尽量减少合拢时的焊接量和焊接应力。对于间隙偏大的合拢口，要提前按国家体育场钢结构安装组对间隙、错口超差处理措施预案进行处理。对于间隙偏小的合拢口，则应进行修口和打磨处理。 （5）合拢前，需将安装过程中增设的临时加固撑杆割除掉，解除结构的内部临时支撑和外部约束。如桁架柱内柱与看台之间的刚性支撑、桁架柱外柱上的缆风绳、主桁架内部临时支撑、主桁架下弦与支撑塔架之间的连接撑。 （6）根据合拢口的数量和焊接强度，准备充分的施工人
28、员和相关物资、设备，特别是焊工、焊机及氧气、乙炔、二氧化碳气体、焊条等其它相关辅助材料，并按要求配置到位，确保合拢时，各合拢口焊接的同步性和连续性。,（7）合拢前，要进行详细的技术和安全交底，从组织管理到现场施工操作，层层落实。,因合拢口数量众多，如一次合拢，则需投入大量的人力和物力，且施工组织管理也相当困难，根据现场实际情况，结合设计提出的先行合拢构件需纳入后续合拢线合拢温度要求范围这一基本原则，本工程的合拢按合拢线依次进行合拢。具体原则如下： 先进行主桁架的合拢，再进行立面结构的合拢，主桁架合拢时，先进行两大施工区域内部合拢线的合拢，再进行两大施工分区间合拢线的合拢，同一合拢线的各合拢口同
29、时、同步合拢。在进行主桁架四条合拢线的合拢时，合拢温度条件要基本相同，此时因立面结构还未合拢和形成整体，故可不对立面结构的温度做严格的要求。但当进行立面结构的合拢时，顶面主桁架因已形成整体并参与受力，所以必须加以总体考虑，主桁架的温度要求同立面结构的合拢温度要求。,合拢顺序,合拢时间,根据目前的施工进度情况和总体施工计划安排，7月20日之前主体钢结构将全部安装完毕，达到合拢条件。但是钢结构的合拢过程只是结构形成整体的过程，结构体系形成则需待支撑塔架卸载完毕。由于支撑塔架卸载前，主体钢结构上还有大量的屋面天沟及各相关专业的吊挂件需要安装，且这些工作施工难度极大，安全控制和质量控制均存在一定的不确
30、定性，安装工期相对较长，故卸载工作预计需到9月上旬才能进行。 合拢是卸载的前提条件，合拢的目的是为了确保卸载和后续肩部次结构、顶面次结构的安装进度以及整个工程的工期计划，所以，合拢与卸载应统一考虑，统筹安排，协调一致。要合理安排合拢与天沟、吊挂件安装等各项工作，确保卸载的顺利进行和结构安装的整体质量。,根据卸载前各项工作的计划安排，合拢可安排在7月20日至支撑塔架卸载前这一时间段里，并根据温度监测资料、气象信息资料及天气预报情况选定温度合适的时间进行合拢。尽量安排在夜间温度相对稳定的时间段及后半夜进行，以避免合拢过程中合拢口出现过大的温度应力，特别是拉应力。如在卸载前结构温度仍达不到设计要求的
31、合拢温度，则应启动紧急预案，采取整体或局部物理降温措施，确保钢结构合拢和支撑塔架卸载。,（1）为防止合拢时因温度变化而产生过大的温度变形和温度应力，选择气温相对稳定的情况下进行合拢，即合拢应尽量在夜间进行。 （2）由于合拢口数量多，焊接量大，要在短时间内将合拢口焊接完毕，难度较大。为此，实际合拢时，先将合拢口的所有卡马焊接固定，然后再进行合拢口焊缝的焊接。卡马的连接焊缝高度根据受力计算结果确定。 （3）卡马焊接完毕后，应及时进行合拢口对接焊缝的焊接，并确保焊接过程中钢结构的本体温度尽可能处于设计要求的合拢温度范围内。如达不到要求，可适当增加焊接人员，加快焊接进度。,合拢口焊接,（4）主桁架上、
32、下弦杆及腹杆同时施焊，先焊腹板，后焊翼缘板，焊接方法可选用气保焊和手工电弧焊。由于仰焊比平焊的速度慢，故每条上、下弦杆的仰焊缝均安排2名焊工，同时施焊。腹杆因断面较小，板壁较薄，可1名焊工进行焊接。 （5）对于立面次结构和主桁架，因同一垂直位置上存在多点焊接现象，为确保安全，需搭设防护棚，防止上部火花飘落和焊渣掉落造成下部施工人员受到伤害。,附表：合拢口焊接计划用时表,备注：按标准间隙和坡口角度进行计算。,6.物理降温措施,所谓物理降温就是通过人工降温方法降低钢结构本体温度的措施，物理降温的基本原理是采用高比热容低温介质吸收低比热容高温钢构件里的热能，以降低高温钢构件的本体温度。单位质量的某种
33、物质温度升高1吸收的热量叫做这种物质的比热容，简称比热。例如：钢材比热容约为470J/kgK，水的比热为4200J/kgK。钢材的比热约为水的11。数据表明，每约0.1吨水温度升高1吸收的热量，可以使1吨的钢材温度下降1。,物理降温原理,物理降温方法,目前，物理降温措施已广泛应用混凝土工程上，但国内外有关钢结构物理降温措施的相关信息资料和工程实例却很少见，这一方面与以往的钢结构工程的特点有关，以往的钢结构主要用作承重结构，一般外围都设有围护系统，结构本身受温度变化的影响较小，不存在合拢温度问题。另一方面，钢材与混凝土具有不同的材性特点，钢材的冷脆问题更为明显，物理降温措施不当极易造成钢材和焊缝
34、部位的脆性断裂。所以，根据国家体育场的结构特点和现场实际情况，要最大限度利用自然冷却能力，尽量在夜间进行施工，如温度实在达不到设计要求，可考虑配合人工冷却，降低钢结构本体温度。根据不同介质的冷却效果、现场条件和可行性，可考虑以下两种物理降温方法：,（1）液氮+通风冷却 先在钢结构箱体内灌注液氮，然后通过液氮在箱体空腔端口挥发，降低空气温度。 （2）冷水喷淋冷却 用高压水枪将低温冷却水喷淋到钢结构表面进行冷却。 为确保冷却效果和计划所需冷却介质的用量，无论采用何种形式的冷却方案，均需要解决的如下问题： （1）预测北京7、8月份天气情况，并根据温度监测结果预测钢结构本体温度； （2）初步计算所需冷
35、量及冷却介质的数量。由于钢结构温度受室外气温和太阳辐射影响较大，同时不同部位钢结构的局部条件（风速、朝向、天空辐射）不同，其局部结构温度也不尽相同，冷量计算结果也不一样。,物理降温原理虽然十分简单，但不论采取何种物理降温措施，其操作过程却相当复杂，冷水喷淋降温效果不大明显，需水量大，降温过程中的冷水供应和排水比较困难。液氮降温速度较难控制，液氮的现场储存与供应也相当困难。所以，对于国家体育场此类大跨度空间钢结构工程，物理降温的代价是巨大的，也是存在风险的，如无紧急情况，不宜轻易采用。 物理降温措施见附件五：中国建筑科学研究院建筑物理研究所提供的“国家体育场钢结构合拢焊接整体降温预可研分析及方案”。,7.附件,附件一：合拢计算 附件二：国家体育场钢结构现场人工测温试验 附件三：国家体育场钢结构温度自动测试方案 附件四：国家体育场主钢结构合拢温度变形及内力模拟计算 附件五：国家体育场钢结构合拢焊接整体降温预可研分析及方案,请各位专家、领导 指导和提出宝贵意见！ Thanks!,