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国家体育场(鸟巢)工程建造技术创新与应用

国家体育场(鸟巢)作为奥运会主会场,承担了2008年北京奥运会的开、闭幕式和田径比赛,可容纳观众9.1万人,是目前世界上特大跨度体育建筑之一。其结构体系与建筑造型浑然一体,外围大跨度空间钢结构由4.2万吨扭曲钢构件编织而成,内部看台为异形框架结构,由角度各异的混凝土斜柱组成,屋面采用ETFE和PTFE膜结构。在工程建造面临一系列重大技术难题且国内外无先例、无相关技术标准和规范的情况下,项目团队历时5年,在国家和北京市科技计划支持下,完成了28个专题的系统研究,在特大跨度复杂钢结构、现浇异型混凝土框架结构、ETFE和PTFE膜结构等成套建造技术方面,取得了重大创新成果。
(1)在国内外首创了大尺度空间扭曲薄壁箱形构件与复杂节点设计与加工成套技术。提出了扭曲薄壁箱形构件几何构型方法并开发了板件展平放样软件、扭曲薄壁箱形构件设计方法、焊接箱形管桁架节点设计方法和半埋入式柱脚节点设计方法,形成了扭曲板件多点无模成形技术及三辊卷板成形技术。
(2)研发了特大跨度复杂钢结构综合安装技术。包括大跨度钢结构施工过程模拟分析技术、巨型钢构件吊装技术、空间复杂钢结构合龙技术及支撑卸载技术等。
(3)研发了抗震结构Q460E-Z35高强度特厚钢板及其焊接综合技术,开发了复杂钢结构低温焊接及变形控制技术和钢结构焊接全过程控制技术。
(4)研发了超高双向斜柱高耐久性混凝土异形框架结构成套设计及施工技术。
(5)形成了ETFE膜结构、PTFE膜声学吊顶、复杂屋面排水及雨洪回收应用技术。
研究成果经专家鉴定有8项达到国际领先水平、17项达到国际先进水平。获国家发明专利 10项,实用新型专利18项,软件著作权6 项,国家级工法4项,出版专著5 本,在国外及国内核心期刊发表学术论文106篇。主要研究成果已被《建筑荷载设计规范》(GB50009)、《钢结构设计规范》(GB50017)、《钢结构工程施工质量验收规范》(GB50205)、《钢结构焊接规范》(GB50661)、《建筑结构用钢板》(GB/T 19879)、《建筑与小区雨水利用工程技术规范》(GB50400)等国家标准采纳。
研究成果全面应用于国家体育场的建造中,解决了工程建造中前所未有的技术难题,保障了奥运主会场的顺利建成,为2008北京奥运会成功举办做出了重要贡献,且在后来的上海世博工程、广州亚运工程、深圳大运工程以及昆明新机场、凤凰国际传媒中心等多项重点工程中被推广应用,直接推动了我国建筑技术的进步,经济效益和社会效益巨大。
国家体育场家体育场中心为代表的题馆为代表的ational confere钢结构工程以“史无前例的大型钢结构焊接的奇迹”代表我国首次获得国际焊接学会(IIW)2010年度唯一焊接大奖“Ugo Guerrera Prize”,膜结构工程以其杰出的建筑结构被国际膜工业协会(IFAI)授予2008年最高奖“年度最佳工程奖”,结构设计获英国结构工程师学会中国大奖,科技成果获5项省部级科技进步一等奖,并荣获中国土木工程詹天佑大奖、全国优秀工程设计金奖、全国优秀结构设计一等奖、中国建设工程鲁班奖、中国建筑钢结构金奖等。
该项成果已获得2012年度国家科学技术二等奖。

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