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国家体育场(鸟巢)施工科技创新与总承包管理
北京城建集团国家体育场工程总承包部李久林
国家体育场位于奥林匹克公园中心区南部,为北京2008奥运会的主会场,承担开幕式、闭幕式和田径比赛,,其中临时坐席11 000个(赛后拆除)。,㎡,,东西长280m ,南北长333m。体育场建筑呈椭圆的马鞍形,“鸟巢”状独特的建筑造型,体育场内部为上、中、下三层碗状看台,看台板为预制混凝土构件,观众座席下为4-7层混凝土框架结构,采用钻孔灌注桩基础。建设单位为国家体育场有限责任公司,设计单位为瑞士赫尔佐格和德梅隆、中国建筑设计研究院、奥雅纳组成的设计联合体,总承包单位为北京城建集团。工程于2003年12月24日开工建设, 2008年6月27日竣工。

国家体育场工程具有技术上挑战性、功能上综合性、管理的上复杂性、时间上的紧迫性等特点。作为一座设施先进、功能齐全、造型特异、科技含量高、充满了时代气息的智能建筑,国家体育场的建造是一个庞大而复杂的系统工程。由于建筑师追求的是浑然天成的鸟巢造型,在这一设计理念的主导下,国家体育场工程由外至内无不体现出“杂乱无序”的结构构造,外围钢结构由巨形弯扭构件编织而成,内部混凝土结构由倾斜、旋转角度各异的斜(扭)柱以及斜梁组成的异形框架结构。将这种特异的设计造型变成建筑实体无疑是一个巨大的技术挑战,建设工期相对于庞大的体量而言十分紧迫。
由于体育场为大跨空间结构,基础桩受力巨大且受力机理复杂,存在抗压桩、抗拔桩、抗水平力桩多种形式,质量标准要求很高,桩基施工难度很大;工程地下室外墙设计有200m长弧形墙,体育场基础底板为950m×74m片筏基础,不设伸缩缝,钢结构承台砼厚达10m,对于如此超长超厚的现浇混凝土构件,抗裂问题非常突出,工程设计使用年限为100年,耐久性指标要求高;国家体育场混凝土框架结构存在大量异形构件,其中80%的砼柱为斜柱,最大倾斜达60°,特别是124根跨3-4层超高斜(扭)柱,最大斜长21米,采用常规模架形式极难实现,其钢筋骨架连接固定、混凝土浇筑难度极大;国家体育场工程各楼层结构外边线极不规则,且存在超长外斜柱、高空空间环梁等复杂的结构形式,采用常规的架体设计无法实现支撑及防护功效;工程14700块清水看台板,规格型号多,质量标准要求高。
国家体育场钢结构为巨型空间桁架编织结构,国内外尚无先例,给钢结构施工带来了一系列前所未有的施工技术难题。为实现“鸟巢”独特造型,其肩部主次钢结构均采用无固定线形的空间箱型弯扭构件,总用钢量约14000t。设计只提供了弯扭构件控制点的三维坐标,弯扭构件建模及展平放样、构件加工制作国内外钢结构企业均无成熟经验可借鉴,需开发专用设计软件、加工设备及配套工艺;因结构跨度大、体型复杂,整体安装方案的确定不仅决定钢结构的成败而且对整个工程能否按时竣工具有决定性作用;体型庞大、最重达360t的巨型复杂钢构件吊装其重心确定、吊耳设计、吊装方法等都需要进行针对性研究;42000t钢结构全部采用箱型截面,安装接口达4000个,特别是卸载后进行顶面及肩部次结构安装,如何保证对口质量,存在巨大的技术难题;要在19℃±4℃条件完成128个合拢口的