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焊接创新显威力为奥运工程效力 |
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。
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