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国家体育馆型钢骨架的 制作工艺北京首嘉钢结构有限公司

主要内容 一、工程概况二、工程创优计划三、工程主要技术特点、难点分析四、主要制作工艺五、工程质量管理

一、工程概况 • 工程名称：国家体育馆 • 工程地点：奥林匹克公园B区 • 业主单位：国奥投资发展有限公司 • 建设单位：北京城建集团有限责任公司 • 设计单位：北京市建筑设计研究院、北京城建设计研究总院 • 监理单位：北京建工京精大房工程建设监理公司 • 施工单位：北京首嘉钢结构有限公司

1、主体结构平面布置图 国家体育馆工程总建筑面积：80976米2，跨度：114米。主体结构采用了型钢混凝土框架—剪力墙—钢支撑受力体系，钢结构总量：3347吨，主要包括：截面形式为十字形、王字形、加劲工字形的型钢砼柱78根, 带剪力钉的H型钢砼梁332根，以H型钢为主的人字形或剪刀形钢支撑135组。所用材质及规格为Q345C－20mm/30mm、Q345CZ15－40mm。

2、主体结构剖面图 国家体育馆由比赛馆和热身馆组成，北侧热身馆屋檐标高22.940～28.220米，比赛馆主体北侧屋檐标高28.220米，南侧屋檐标高33.620米，中间最高点标高37.133米。

钢结构制作于2005年8月30日开始，于2006年3月8日结束。钢结构制作于2005年8月30日开始，于2006年3月8日结束。

二、工程创优计划 • 1、工期目标根据合同工期要求，工期很紧，而且要跨越冬雨季进行施工，这在一定程度上给焊接质量带来了不利影响。为此我们在人员、装备和施工组织上采取措施。在保证施工质量创优的前提下，加快施工进度，确保提前完成本工程。 • 2、质量目标工程质量满足设计要求，并达到国家颁布的有关质量检查规范和标准，工程建设质量达到国家优质工程。分项工程一次验收合格率达90%以上、合格率100％焊缝外观检查合格率100%，无损检测一次合格率95%。

二、工程创优计划 • 3、成本目标努力提高劳动效率和材料使用率，使能源消耗达到国家标准规定,成本降低率达到2%。 • 4、环境保护和安全目标减少职业危害，合理利用资源；杜绝违章操作，避免责任事故；保护环境，全面推行清洁生产，实现污染物达标排放。以人为本，安全第一，预防为主，持续改进，塑造全新企业形象。

三、工程主要技术特点、难点分析 • 1、影响构件几何尺寸的因素多，变形不易控制。由于构件断面有十字形、王字形、增加六道纵筋的工字形等多种形式，而且节点位置均为全熔透焊缝，焊接填充量大，环境温度低，影响构件几何尺寸的因素多，所以构件变形不易控制。

2、牛腿部位全熔透一级焊缝多，结构复杂、施焊空间小，焊接难度大。 牛腿的装配和焊接

3、柱身长，接触面积较小，端面加工精度要求高3、柱身长，接触面积较小，端面加工精度要求高由于每根钢柱长达42米，考虑到运输、安装条件，将钢柱分别在1.190米、17.500米标高处分3节（热身馆部分分2节）在工厂制作，安装现场焊接。由于节与节之间的接触面积较小，为保证现场安装质量，对分节后柱端面的加工精度要求极高。柱顶为 17.5米标高处

4、型钢柱、梁、斜支撑相互连接方位多，构件长度、重量较大，预拼装难度大。4、型钢柱、梁、斜支撑相互连接方位多，构件长度、重量较大，预拼装难度大。厂内预拼装单节柱上就有24个牛腿

5、型钢骨架外包钢筋混凝土，型钢骨架上的钢筋预埋件和穿筋孔较多，加大了骨架的制作难度。5、型钢骨架外包钢筋混凝土，型钢骨架上的钢筋预埋件和穿筋孔较多，加大了骨架的制作难度。穿过型钢骨架的众多钢筋

四、主要制作工艺 针对该工程施工技术特点、难点，主要采取了以下工艺进行制作： 1、从预留焊接收缩余量、控制装配误差、调整焊接顺序、采用工艺支撑和焊后矫正五方面控制构件变形，保证构件几何尺寸符合要求。 ①构件在下料和装配时考虑钢材在负温度下产生的自然收缩变形量和焊接收缩变形量相协调，严格控制装配尺寸误差。 ②劲性柱、梁的主体长直焊缝采用埋弧焊船位焊接，采用对称焊的顺序进行焊接。先分别焊成工字型、T型（见图1、2），再将工字型、T型（或纵筋）组焊成十字型（见图3）。箱型和变截面H形的牛腿按由里往外扩展的顺序组焊。

③十字型柱每隔1米处用Φ25mm的圆钢或a=25mm的方钢做工艺支撑，先按图4所示做工艺支撑进行1、2侧焊缝，后按图5所示做工艺支撑焊3、4侧焊缝。焊接完成后去除工艺支撑。③十字型柱每隔1米处用Φ25mm的圆钢或a=25mm的方钢做工艺支撑，先按图4所示做工艺支撑进行1、2侧焊缝，后按图5所示做工艺支撑焊3、4侧焊缝。焊接完成后去除工艺支撑。 ④ 对焊后残余变形进行火焰矫正。十字形组焊 H形焊接 T形组对

2、变换坡口形式，改善施焊条件。 针对牛腿部位焊接空间较小，焊缝等级要求高的情况，将双面坡口改为单面加垫板的焊接坡口形式，减小了碳弧气刨清根的难度，改善了焊接条件，保证焊缝的全熔透质量等级。

3、制定了详细有效的端铣方案。 ①每节柱分3节出厂，把柱与柱、钢梁、斜支撑整的连接尺寸作为检查控制的要点。 ②在制作工艺上采取了1节柱骨架的上平面、2节柱骨架的上下平面、3节柱骨架的下平面进行端铣加工。 ③对每节柱骨架的断面尺寸进行记录，制作中进行对应控制，保证对接的错边量不超标。 ④型钢骨架组焊完经检验合格后修矫焊接变形，待焊接变形矫正合格后，用半自动切割机切割齐尺。 ⑤齐尺时，留5~6mm的加工余量，并在距图纸柱顶标高要求50mm处用画针在四个面画检查线，并画铣削加工线，此画线工作必须在测量好的水平胎架上进行，以保证其精确度。第三节柱

3、制定了详细有效的端铣方案。 柱端铣平 ⑥将画好线的型钢骨架放在经超平不平度不大于2mm的端铣机滚道和胎架上，用导链索紧至少两处,检查其紧固情况符合要求后进行铣削加工。 ⑦对于一个工位不能加工完成的钢柱，可采用两个工位进行加工，变换工位时必须进行严格找正，确保接刀处不平度不大于1mm。 ⑧端铣加工后，以端铣面为基准进行牛腿组焊。

4、编制较详细的预拼装方案。 为保证柱与柱、梁、斜支撑整体的连接尺寸，构件出厂前要进行预拼装。 ①以轴线为基准放出本单元预拼装构件的外轮廓线及轴线，钢柱、梁、支撑位置分别设3个支点，支点位置应在距柱顶、底500mm处及牛腿处，梁、支撑两端及中间处。 ②支撑用不小于H250x250x9x14的工字钢，长度不小于400mm。 ③用水准仪检测所有支点的水平度，确保所有支点在同一水平面上。如不在同一平面内可在支点下加钢垫板。 ④将所有预拼装构件摆放在其应在位置上，待尺寸检验合格后，检验各连接节点的连接形式。

4、编制较详细的预拼装方案。 ⑤若有连接板与梁和牛腿连接出现孔距错位，不能保证连接螺栓顺利通过，用铰刀进行扩孔，扩孔后的直径不能大于1.2倍的螺栓直径（注：扩孔只针对梁与牛腿上的孔，不能扩连接板上的孔）。 ⑥个别孔距错位大于以上要求时，要采用E5016、E5015焊条或ER50-3二保焊丝堵孔，再用磁力钻重新钻孔，直到螺栓能自由的穿入螺栓孔。厂内预拼装

此外还采取了以下基本保证措施： • 　　①焊接施工前根据工程结构特点、接头形式、母材牌号及规格尺寸等施焊条件的不同，编制焊接工艺指导书，进行焊接工艺评定。工艺评定内容包括Q345C钢板16～40mm的平板对接和T型接头的手弧焊、CO2气体保护焊、埋弧焊和φ19×80的栓钉焊，工艺评定的覆盖率达到100%。柱、梁及支撑主焊缝采用埋弧自动焊接，焊丝采用H08MnA；牛腿主要采用CO2保护焊焊接，焊丝主要采用ER50-3。所有焊缝完全按照评定合格的工艺条件及参数进行施焊。 • 　　②在详图设计过程中，充分考虑体现制作加工、焊接、安装的工艺可行性。采用美国Tekla公司先进的钢结构详图设计软件TeklaStructures (X-Steel)进行详图设计。这套软件是我公司投巨资引进的专业详图设计软件之一，具有强大的设计功能。使用X-Steel软件绘制批量较大、结构较复杂的

　　构件详图过程中减少了重叠任务和错误、提高准确性和效率、降低了工程初期的风险、缩短了详图绘制周期并提升了整个工程的品质。 • ③制定了严格可行的冬季施工方案，采取焊接前预热、层间温度控制、焊后后热及火焰加热矫正的热处理措施来保证构件质量。 • ④根据构件形式编制了详细的制作工艺。从下料、牛腿部件组装、牛腿焊接、柱身组装、柱身焊接、柱身端铣、牛腿与柱身组装、焊接、栓钉及预埋件焊接一直到除锈涂装，每道工序都制定了质量控制要点。 • ⑤组织设计、质量管理、生产等相关人员进行详细的技术交底，明确特殊过程，使参加制作的所有人员掌握施工中的技术和质量要求，加强制作过程的质量管理工作，重点加强质量管理文件的落实和工序确认制，防止上道工序的不合格构件转入下道工序，严格按照ISO9000质量体系要求进行全过程的质量管理工作。 • 明确出厂构件的标识，尤其钢柱的轴线、标高线进行明确标示，以便于安装。

　　⑥明确出厂构件的标识，尤其钢柱的轴线、标高线进行明确标示，以便于安装施工。　　⑥明确出厂构件的标识，尤其钢柱的轴线、标高线进行明确标示，以便于安装施工。安装中的型钢骨架浇筑混凝土后的框架

五、工程质量管理 1、质量管理组织机构

2、质量保证体系 建立了以组织、职责程序、过程和资源为一体的质量保证体系。在组织结构上，建立由质量保证工程师直接负责，各专业责任工程师中间控制，专职检验员作业检查，生产车间班组质量监督员自检、互检的质量保证组织系统。认真执行质量责任制，将每个岗位、每个职工的质量职责纳入项目承包的岗位合同中，并制定严格的奖惩标准，使施工过程的每道工序、每个部位都处于受控状态。在资源配置上，选派技术好、责任心强的技术人员和工人在组对、焊接、端铣和预拼装等关键工序的作业岗位上，并配备必要的测量仪器和检测设备，每天召开生产和质量例会并组织质量分析，不断改进施工质量。以超前管理、预防为主为原则。

3、质量管理措施 为充分保证国家体育馆主体结构制作质量，满足工期要求，我公司主要从以下几个方面进行了加强管理。 ①加强详图设计的管理。尤其在详图设计中要充分考虑体现制作加工、焊接、安装的工艺可行性。 ②加强技术交底工作。组织设计、质量管理、生产的相关人员进行详细的技术交底，掌握施工中技术要求，加强关键点的控制。 ③制定较详细的加工工艺方案，方案有较强的可行性。 ④编制详细的加工计划，具体到每个部件的每个工序完成时限，责任落实到人，保证工期和质量要求。

3、质量管理措施 ⑤加强质量管理文件的落实，实行了三检制质量管理办法，加强工序之间的确认，加强全过程管理。 ⑥细化了工程项目开工前、施工阶段和竣工验收阶段的质量控制，明确了质量奖惩的方法和依据。通过上述措施的实施，使质量管理工作有序化、条理化，工程质量也得到了切实保证。

4、施工质量保证措施 制造过程质量控制程序

钢结构焊接质量控制程序

构件预拼装质量控制程序

钢结构喷涂质量控制程序

结束语 通过以上相应质量管理体系的建立和制造过程控制程序的实施，使该工程在施工过程中一直处于质量受控状态。经过公司各方面的努力，该工程主体结构78根型钢砼柱、332根型钢砼梁、76组钢支撑焊接质量完全达到规范要求，构件一次交验合格率达95%以上，最终合格率达100%。安装现场高强螺栓的一次穿孔率达99%以上，现场安装非常顺利。监理单位和业主单位非常满意，对工程质量给予很高的评价，创出了优质工程，获得了北京市建委“长城杯”金奖和建设部钢结构金奖。

谢谢大家！

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