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焊接创新显威力撑起奥运工程脊梁

2008年04月14日 09:12中国机床商务网点击:3171

    在2008年北京奥运会工程建设中,科技创新处处凸显其巨大的威力和作用。承担国家体育馆、国家体育场、奥运村、五棵松体育馆等7项奥运工程建设的北京城建集团工程总承包部依托科技创新和科技攻关,撑起奥运工程建设的脊梁。在这里,技术人员也以自己的聪明才智谱写了一首奥运工程建设的壮丽新篇章。

  科技创造奇迹

  奥运会的主会场————国家体育场(鸟巢),由24榀门式桁架围绕着体育场内部碗状看台区旋转而成,结构科学简洁,设计新颖独特,是当今国际上极富特色的巨型建筑,其钢结构屋盖呈双曲面马鞍型,东西长298米、南北长333米,檐高达68.5米,总建筑面积约25.8万平方米。“鸟巢”设计方案被专家们认为“在世界建筑设计史上具有开创性的意义”,也是世界上独一无二的建筑,运用新科技、新技术、新工艺解决施工难题,在国家体育场工程建设中随处可见。国家体育场钢结构肩部设计为弯扭构件,这种设计在世界建筑史上没有先例。敢于啃硬骨头的北京城建人再次扬起了科技攻关的风帆,技术人员针对这一问题展开科技创新和技术攻关,最终,在设计单位和宝钢、首钢、鞍钢、武钢及舞钢等国内7家钢铁厂的通力合作下,经过近百次的试验、测算、测试,成功地轧出了符合施工要求、完全由我国自主研发的Q460高强度钢材。这一新成果的开发应用,不仅满足了工程建设的需要,为“鸟巢”建设赢得了时间,也填补了我国该项技术领域的空白。“鸟巢”钢材焊接的焊缝总长达30多万米,其中现场焊接焊缝长达6万多米。按工期要求,近一半现场钢材焊接要在冬季进行。北京冬季的室外气温常在零摄氏度以下,而焊接一般要求在零摄氏度以上的“正温”条件下进行。面对这一难题,技术人员迅速展开“负温焊接技术研究”,并研制出零摄氏度以下进行焊接的技术参数,解决冬季负温焊接的难题。这一问题的解决,有力地保证了工程焊接质量,为建设精品工程打下坚实的基础。
    “复杂的‘鸟巢’共使用4.2万吨的钢结构,我们和兄弟单位一起,仅专项施工方案就编制了68份。”上海宝冶建设有限公司是两家安装单位之一,项目负责人许立新总工程师介绍,大部分主要钢结构都需要最终固定在离地面几十米的高度。那么,是先在地面上把“鸟巢”搭好再整体提升,还是“化整为零”,在地面理好 “枝叶”,凑成一个个吊装单元,再在空中“筑巢”?考虑到成本、工期等因素,最终采用了第二种方案。 
  不过,要把200多个吊装单元在空中严丝合缝地对接上,光靠肉眼观测和人工操纵肯定不行。借助计算机模拟技术,工程人员可以计算出每一个吊装单元在“鸟巢”中的预设坐标,并在安装时实时掌握实际坐标,当两者吻合,即说明安装到位。
 
  180余项焊接工艺,“拒绝”螺丝钉 

  整个“鸟巢”钢结构不用一个螺丝钉,全由焊接完成,因此对焊接工艺也是考验。复杂的结构,决定了会有多个杆件在同一个点上交汇。交汇杆件越多,焊接难度越大。此外,部分钢材是首次在国内生产并应用的一种特殊高强度钢,也没有现成的焊接工艺可借鉴。为筑“鸟巢”,焊接工人共运用了180多项工艺,在同类工程中堪称绝无仅有。 
  就连温度因素也忽视不得。北京的季节温差大,温度变化将在钢结构中引起很大的内力和变形。因此,合拢时必须选择一个最适宜温度,使今后温差带来的变形降低到最小程度。许立新回忆,焊接时正值北京夏季,而设计测算出的最佳合拢温度为15摄氏度到23摄氏度,于是那几天大家成了夜猫子:半夜12点后凉爽时才开工,经过四五天通宵达旦焊接,终于筑出“鸟巢”雏形。
 
  “搭”是学问,“拆”也有学问 

  安装钢结构难,拆除临时支撑塔架也不简单。塔架承载着整个鸟巢的巨大重压,直接拆根本拆不动。因此要采用液压千斤顶,在78个卸载点上同时把“鸟巢”顶起一点点,然后一层层抽去垫在“鸟巢”和塔架之间的钢板,再让鸟巢慢慢回到原位。就是这样“慢工细活”一步一挪,使“鸟巢”在垂直方向上的最大位移达20 多厘米。78根塔架和“鸟巢”脱离接触后,最终安全拆除。宝冶建设有限公司还使用了一种易拆卸、可重复使用的塔架。不仅拆卸时间大大缩短,还能避免材料浪费。这项“新型多功能可拆卸钢结构施工胎架”技术已申请4项专利。 
  据悉,国家体育场钢结构工程已获得2006年中国建筑钢结构金奖。
(来源:)

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