鳥巢:
1、構件體型大,單體重量重
作為屋蓋結構的主要承重構件,桁架柱最大斷面達25m×20m,高度達67m,單榀最重達500噸。而主桁架高度12m,雙榀貫通最大跨度145.577+112.788m,不貫通桁架最大跨度102.391m,桁架柱與主桁架體型大、單體重量重。
2、節點複雜
由於本工程中的構件均為箱型斷面杆件,所以,無論是主結構之間,還是主次結構之間,都存在多根杆件空間匯交現象。加之次結構複雜多變、規律性少,造成主結構的節點構造相當複雜,節點型別多樣,製作、安裝精度要求高。
3、工期緊
本工程量大,但安裝工期相當短,工程於2003年12月24日開工,預計於2007年底前完工,2008年3月底竣工。工期緊,與土建施工交叉作業,平面場地緊張.
4、焊接量大
本工程工地連線為焊接吊裝分段多,現場焊縫長度長,加之厚板焊接、高強鋼焊接、鑄鋼件焊接等居多,造成現場焊接工作量相當大,難度高,高空焊接仰焊多。
5、冬雨季施工
本工程主結構吊裝時間需跨越冬季和春節,所以存在冬雨季施工,施工難度較大。
工程建設過程中的難點:
1、工程組織難度大
主結構吊裝時,土建施工還未結束,現場組裝正在大面積開展,故存在多方施工交叉作業現象。加之,現場場地狹小,施工場地佈置、構件運輸及大型吊機行走路線等受到很大限制。同時,本工程結構複雜,各吊裝分段之間相互關聯,必須按一定順序進行組裝、吊裝,否則將出現窩工現象。各施工方需合理協調、統籌管理,工程組織難度大。
2、構件翻身、吊裝難度大
為降低組裝難度,本工程中的桁架柱將採用臥拼法,主桁架將採用平拼法(內圈主桁架立拼除外),故拼裝結束後、吊裝前必須進行翻身工作。由於構件體型較大,重量重,翻身時吊點的設定和吊耳的選擇難度較大,特別是桁架柱的翻身,吊耳在翻身和吊裝時的受力有所變化,需考慮三向受力。同時,翻身過程中的穩定性比較難控制。由於桁架柱和主桁架的分段口均為箱型斷面,分段吊裝時存在多個管口對接的問題,對於箱型斷面,要保證多個管口的對口精度,難度巨大。起吊時,必須調整好分段構件的角度和方位,而對於體型大、重量重的構件,角度調節相當困難,吊裝難度大。
3、高空構件的穩定難度大
由於本工程採用散裝法(即分段吊裝法),分段吊裝時,高空構件的風載較大,在分段未連成整體或結構未形成整體之前,穩定性較差,特別是桁架柱的上段和分段主桁架的穩定性較差,必須採用合理的吊裝順序(儘量首尾相接、分塊吊裝)和側向穩定措施(如拉錨、纜風繩等)。
4、焊接難度大
本工程中既有薄板焊接,又有厚板焊接,既有平焊、立焊,又有仰焊,既有高強鋼的焊接,又有鑄鋼件的焊接,焊接工作量大。薄板焊接變形大,厚板焊接熔敷量大,溫度控制和勞動強度要求高。而高空焊接、冬雨季焊接的防風雨防低溫措施更使得焊接難度增大。
5、安裝精度控制難
由於施工過程中結構本身因自重和溫度變化均會產生變形,而且支撐胎架在荷載作用下也會產生變形,加之,結構形體複雜,均為箱型斷面構件,位置和方向性均極強,安裝精度受現場環境、溫度變化等多方面的影響,安裝精度極難控制,施工難度大。施工時必須採取必要的措施,提前考慮好如何對安裝誤差進行調整和消除,如何進行測量和監控,使變形在受控狀態下完成,以保證整體造型和施工質量。
6、質量要求高,施工難度大
本工程無論是外觀質量,如外形尺寸、焊縫外觀,還是內在質量,如焊縫質量等級、焊接殘餘應力消除等,都要求相當高,而現場施工條件差。同時,對於大跨度空間結構,溫度變形和溫度應力較大,為此,設計確定了分塊合攏和合攏溫度,操作難度大。
水立方:
大跨空間結構(水立方)荷載的特點
大跨空間結構有其自身的特點:
1、屋面抗風設計值得重視。在水立方中,屋面負風和溫度、豎向荷載是一組控制組合。大跨屋蓋具有自重較輕、跨度大等特點,風荷載是主要設計荷載之一。由於這類結構空間性強、固有頻率比較密集,在對它們進行隨機風振響應計算時,不但要考慮多振型的貢獻,而且應該考慮不同振型響應之間的互相關影響。目前國內規範規定的方法過於簡單,誤差很大,因此需進行專門研究,必要時需風洞實驗加以驗證。
3、溫度等間接作用效應明顯。支座位移、溫度變化和地面運動等間接作用對大跨結構有一定的影響。例如溫度作用隨結構尺度的加長而產生的累積將十分顯著。在許多專案中,溫度作用都已經考慮的比較詳細,水立方和鳥巢都考慮了安裝時的主體合攏溫度,cctv主樓的大懸挑部位也考慮了這一點。根據各地的差異,這個溫度點稍有不同。
4、動力作用、非線性都對整個結構有比較大的影響。由於跨度較大,使得結構豎向自振頻率較低,因而對豎向振動十分敏感。因此對脈動風壓、豎向地震、人致振動都須仔細考慮;以軸力為主的大跨結構對變形影響非常敏感,以往分析表明在考慮結構初始缺陷後結構整體穩定係數將成倍地下降,而且不同的結構缺陷會導致結構反應產生不同的分支,因此在大跨結構中應對結構的幾何非線性予以足夠的重視。
鳥巢:
1、構件體型大,單體重量重
作為屋蓋結構的主要承重構件,桁架柱最大斷面達25m×20m,高度達67m,單榀最重達500噸。而主桁架高度12m,雙榀貫通最大跨度145.577+112.788m,不貫通桁架最大跨度102.391m,桁架柱與主桁架體型大、單體重量重。
2、節點複雜
由於本工程中的構件均為箱型斷面杆件,所以,無論是主結構之間,還是主次結構之間,都存在多根杆件空間匯交現象。加之次結構複雜多變、規律性少,造成主結構的節點構造相當複雜,節點型別多樣,製作、安裝精度要求高。
3、工期緊
本工程量大,但安裝工期相當短,工程於2003年12月24日開工,預計於2007年底前完工,2008年3月底竣工。工期緊,與土建施工交叉作業,平面場地緊張.
4、焊接量大
本工程工地連線為焊接吊裝分段多,現場焊縫長度長,加之厚板焊接、高強鋼焊接、鑄鋼件焊接等居多,造成現場焊接工作量相當大,難度高,高空焊接仰焊多。
5、冬雨季施工
本工程主結構吊裝時間需跨越冬季和春節,所以存在冬雨季施工,施工難度較大。
工程建設過程中的難點:
1、工程組織難度大
主結構吊裝時,土建施工還未結束,現場組裝正在大面積開展,故存在多方施工交叉作業現象。加之,現場場地狹小,施工場地佈置、構件運輸及大型吊機行走路線等受到很大限制。同時,本工程結構複雜,各吊裝分段之間相互關聯,必須按一定順序進行組裝、吊裝,否則將出現窩工現象。各施工方需合理協調、統籌管理,工程組織難度大。
2、構件翻身、吊裝難度大
為降低組裝難度,本工程中的桁架柱將採用臥拼法,主桁架將採用平拼法(內圈主桁架立拼除外),故拼裝結束後、吊裝前必須進行翻身工作。由於構件體型較大,重量重,翻身時吊點的設定和吊耳的選擇難度較大,特別是桁架柱的翻身,吊耳在翻身和吊裝時的受力有所變化,需考慮三向受力。同時,翻身過程中的穩定性比較難控制。由於桁架柱和主桁架的分段口均為箱型斷面,分段吊裝時存在多個管口對接的問題,對於箱型斷面,要保證多個管口的對口精度,難度巨大。起吊時,必須調整好分段構件的角度和方位,而對於體型大、重量重的構件,角度調節相當困難,吊裝難度大。
3、高空構件的穩定難度大
由於本工程採用散裝法(即分段吊裝法),分段吊裝時,高空構件的風載較大,在分段未連成整體或結構未形成整體之前,穩定性較差,特別是桁架柱的上段和分段主桁架的穩定性較差,必須採用合理的吊裝順序(儘量首尾相接、分塊吊裝)和側向穩定措施(如拉錨、纜風繩等)。
4、焊接難度大
本工程中既有薄板焊接,又有厚板焊接,既有平焊、立焊,又有仰焊,既有高強鋼的焊接,又有鑄鋼件的焊接,焊接工作量大。薄板焊接變形大,厚板焊接熔敷量大,溫度控制和勞動強度要求高。而高空焊接、冬雨季焊接的防風雨防低溫措施更使得焊接難度增大。
5、安裝精度控制難
由於施工過程中結構本身因自重和溫度變化均會產生變形,而且支撐胎架在荷載作用下也會產生變形,加之,結構形體複雜,均為箱型斷面構件,位置和方向性均極強,安裝精度受現場環境、溫度變化等多方面的影響,安裝精度極難控制,施工難度大。施工時必須採取必要的措施,提前考慮好如何對安裝誤差進行調整和消除,如何進行測量和監控,使變形在受控狀態下完成,以保證整體造型和施工質量。
6、質量要求高,施工難度大
本工程無論是外觀質量,如外形尺寸、焊縫外觀,還是內在質量,如焊縫質量等級、焊接殘餘應力消除等,都要求相當高,而現場施工條件差。同時,對於大跨度空間結構,溫度變形和溫度應力較大,為此,設計確定了分塊合攏和合攏溫度,操作難度大。
水立方:
大跨空間結構(水立方)荷載的特點
大跨空間結構有其自身的特點:
1、屋面抗風設計值得重視。在水立方中,屋面負風和溫度、豎向荷載是一組控制組合。大跨屋蓋具有自重較輕、跨度大等特點,風荷載是主要設計荷載之一。由於這類結構空間性強、固有頻率比較密集,在對它們進行隨機風振響應計算時,不但要考慮多振型的貢獻,而且應該考慮不同振型響應之間的互相關影響。目前國內規範規定的方法過於簡單,誤差很大,因此需進行專門研究,必要時需風洞實驗加以驗證。
3、溫度等間接作用效應明顯。支座位移、溫度變化和地面運動等間接作用對大跨結構有一定的影響。例如溫度作用隨結構尺度的加長而產生的累積將十分顯著。在許多專案中,溫度作用都已經考慮的比較詳細,水立方和鳥巢都考慮了安裝時的主體合攏溫度,cctv主樓的大懸挑部位也考慮了這一點。根據各地的差異,這個溫度點稍有不同。
4、動力作用、非線性都對整個結構有比較大的影響。由於跨度較大,使得結構豎向自振頻率較低,因而對豎向振動十分敏感。因此對脈動風壓、豎向地震、人致振動都須仔細考慮;以軸力為主的大跨結構對變形影響非常敏感,以往分析表明在考慮結構初始缺陷後結構整體穩定係數將成倍地下降,而且不同的結構缺陷會導致結構反應產生不同的分支,因此在大跨結構中應對結構的幾何非線性予以足夠的重視。