42鸟巢质量控制资料.doc

鸟巢质量控制国家体育场(鸟巢)钢结构工程具有极其强烈的吸引力和挑战性，特殊独到的重型钢构、高空大跨度马鞍型设计造型，不仅使结构十分复杂，而且带来难以控制的应力应变，由此形成了“一焊、二吊、三卸载”的施工难关作为贯穿整个工程决定结构安全运营的主导焊接工序，其质量指标和施工难度之高可想而知，令人瞩目业内专家、各级政府和相关领导对此给予了极大的关注，在“鸟巢”工地形成了大家关心、担心焊接，人人谈论焊接的局面紧迫感、使命感、强大的压力由然而生所幸的是随着时间的推移，“鸟巢”的焊接工作在各级领导、专家的关怀下，经过全体员工的共同努力逐渐进入正轨，在工程中取得了一定的成绩在此，我们仅用获取的钢结构现场焊接缝100%超声波探伤一次合格率大于99．7%，第三方抽查合格率100%的优异成绩来回报社会各界对“鸟巢”钢构工程的关心和厚爱　　1　工程概况　　　　国家体育场位于北京市成府路南侧、奥林匹克公园中心区，是北京2008年奥运会的主体育场，“鸟巢”全景如图1所示建筑顶面呈马鞍型，长轴332．3 m，短轴297．3 m，最高点高度68．5 m，最低高度40．1 m屋盖中间开洞长度185．3 m，宽度127．5 m。

图1　2007年8月“鸟巢”全景　　　　屋盖主结构的杆件均为箱型构件，其中：主桁架断面高度12 m，上弦杆截面1 000 mm×1 000 mm~1 200 mm×1 200 mm，下弦杆截面800 mm×800 mm~1 000 mm×1 200 mm，腹杆截面基本为600 mm×600 mm，主桁架沿洞口斜角交叉布置桁架柱为三角形格构柱，每根格构柱由两根1 200 mm×1 200 mm箱型外柱和一根1 200 mm×1 200 mm菱形内柱组成，腹杆截面1 000 mm×1 200 mm桁架柱上端大、下端小，上端与主桁架相连，下端埋入钢筋混凝土承重台内，并将屋盖荷载传至基础　　　　工程钢结构体系新颖，经过多种施工方案反复比较、多次多层次的专家论证，最终确定钢结构总体安装方案采用分块高空散装方法主体钢结构的安装顺序遵循对称同步、尽早形成安装区域局部稳定的原则，总体上分为三个阶段八个区域，主体钢结构共划分230个安装单元，其中桁架柱48个安装单元；平面主桁架166个安装单元；立体桁架16个安装单元外环布置2台800 t履带吊负责吊装24根桁架柱和外圈主桁架，4台150 t履带吊负责立面次结构的安装；内环布置2台600 t履带吊负责吊装内圈和中圈主桁架；顶面次结构安装阶段，外环采用2台300 t履带吊负责吊装外圈肩部及顶面次结构，内环采用2台150 t履带吊负责吊装内圈顶面次结构。

　　　　工程采用全焊钢结构，所用钢材全部国产化钢板厚度δ＝34 mm时采用Q345钢材；钢板厚度36 mm≤δ≤100 mm时采用Q345GJD钢材；钢板厚度100 mm≤δ≤110 mm时部分采用Q460E-Z35钢材主桁架转换部分采用GS-20Mn5V铸钢节点钢材从8~140 mm铸钢共有19个规格；设计用钢量约为4．2万t，实际用钢量近5．3万t　　　　工程中存在大量复杂的焊接节点，板件的厚度较大，板件之间的相互约束显著，大量焊缝集中，焊接应力较大柱脚结构复杂，内部筋板多数要求全焊透，焊缝纵横交错，施工场地狭窄，控制焊接应力和焊接变形难度很大　　　　屋盖主结构属于大型大跨度空间结构，其自重产生的内力所占比例较大，主结构的施工和焊接顺序对结构在重力载荷下的内力将产生明显的影响，而主结构不规则的走向，使得很难排定焊接顺序和安装程序，因此控制其初始应力状态不是一件容易的工作　　　　次结构安装难度大于主结构，焊缝分布无规律可循，应力状态十分复杂　　　　厚δ＝110 mm的Q460E-Z35钢为国内建筑钢结构首次使用，Q345GJD国内应用单位也不多，对上述钢材的热加工技术及焊接工艺无成熟经验可借鉴；研究Q460E-Z35厚板焊接技术可焊性研究　，目的是为Q460E-Z35钢材焊接工艺的合理选择与评定提供科学的依据，以指导钢结构工程Q460E-Z35的焊接施工。

这项工作存在极大的风险和难度由于现场焊接焊缝大多为受力焊缝，根据设计要求均为一级全熔透焊缝，施工难度大，施工质量要求相当高，政治影响也很大鸟巢”剖面如图2所示，2007年8月“鸟巢”屋顶如图3所示 图2　"鸟巢"剖面图3 2007年8月"鸟巢"屋顶　　　　首先进行了Q460E-Z35焊接性试验及焊接技术的应用研究主要进行了SH-CCT图的试验研究，Q460E-Z35热切割试验；Q460E-Z35热矫正试验；Q460E-Z35焊接冷裂纹试验，Q460E-Z35刚性焊接试验，以及Q460E+Q460EO、H、V、δ＝110 mm　、Q460E+Q345GJDO、H、V、δ＝110　mm，100 mm　、Q460E+GS-20Mn5VO、H、V、δ＝110 mm　的焊接工艺评定13项；其余Q345GJD、Q345、GS-20Mn5V等钢材分别按JGJ81-2002《建筑钢结构焊接技术规程》进行焊接技术、焊接位置、材料规格以及异种钢材的组合等焊接工艺评定184项，同时进行了GMAW、FCAW-G大流量防风模拟试验为适应冬季施工，进行了Q460E、Q345GJD钢的低温焊接试验共24项所有实验全部按预期目标完成，这些试验的结果准确可靠，成为了国家体育场鸟巢　钢结构工程焊接技术规程有力的技术支持。

在技术路线的制定过程中起到了决定性的作用2　钢结构安装工程施工流程　　　　钢结构安装工程于2005年10月28日开始，2006年11月全部结束，历时12个月　　　　工程中采用了以“制作为基础，安装为主线路，拼装、涂装、支撑塔架制作安装等工序齐头并进”的网络计划，目的是在保证工程质量的前提下尽量缩短工期工程安装流程如图4所示图4 国家体育场钢结构工程安装流程3　建立钢结构焊接质量保证体系、开展全面质量管理工作　　　　建筑钢结构焊接工程中切实采用全面质量管理全面质量管理是技术和管理的有机结合，有时很难分清什么是技术、什么是管理在“鸟巢”钢结构焊接工程中，我们深刻地体会到：没有有效的管理，再好的技术也难以实现；没有技术，再好的管理也是空谈因此，建筑钢结构的质量管理应当有两大内涵，即：管理基础工作，技术基础工作两项基础工作的有机结合，才是国家体育场鸟巢　钢结构工程的真实质量管理　　　　全面质量管理的核心是：三全、四个一切、五个管理要素 　　　　“三全”的管理思想：全面的质量概念、全过程的质量管理、全员参加的质量管理　　　　“四个一切”的观点：一切为用户服务的观点、一切以预防为主的观点、一切以数据说话的观点、一切以PDCA循环办事的观点。

　　　　“五个管理要素”：人、机、料、法、环　　　　“鸟巢”钢结构焊接工程一开始就以全面质量管理思想为核心，指导整个焊接工程的顺利进行在进行技术准备时，首先建立国家体育场鸟巢　钢结构焊接工程质量保证体系，如图5所示图5 国家体育场钢结构工程焊接质量保证体系　　　　所谓质量保证体系就是采用了TQC的基本思想，以提高焊缝质量、保证厚板焊缝一次合格率100%为目标，运用系统管理的概念和方法，把国家体育场鸟巢　钢结构焊接工程的各个阶段、各个环节、每个管理人员和焊工的质量管理职能和质量管理意识以及实际操作工序有机、合理地组织起来，形成一个有明确任务、职责、权限、而又相互协调、相互促进的团队，从而顺利地完成国家体育场鸟巢　钢结构焊接工程的全部焊接工作图5中的质量保证体系有许多创造点组织体系中，由领导、专家、焊接工程师、焊接技师、电加热人员、探伤人员以及质量检查人员组成了有机的管理体系，在工作中取长补短，互相支持，加上各职能部门的出色工作，使焊接工序始终处于受控状态，形成了具有国家体育场钢结构焊接工程特色的管理模式，具备了以下特点：　　(1)第一次把焊机、焊材厂家作为质量保证体系中重要闭环控制环节，形成了社会大协作的局面；第一次把现场工程质量管理的内容推向质量管理的上游。

　　本工程通过大量对比性试验，检验了部分国产焊机的性能确定了CL-500型CO2气体保护焊机，该焊机能够实现大流量防风技术要求，同时也选择了ZX-400、ZX-500逆变焊条电弧焊机，部分排除了因焊机而产生焊接缺陷的几率　　通过选择焊接材料，满足了焊缝金属强韧性的要求主要通过对焊接材料的选择，调整了焊缝金属的微合金化程度，与焊接规范相配合使焊缝金属产生针状铁素体而获得理想的焊缝强韧性指标国家体育场钢结构安装工程焊材选择如表1所示　　(2)所有焊工必须持有“冶金、化工、造船、电力、压力容器省级以上　”焊工合格证之一，才能进入“鸟巢”工程验证考试本工程一共验证考试焊工911名，通过了832名B证　在此基础上针对现场特点，强化培训265人A证　，参加现场拼装、安装工作，完成特殊焊接位置和特殊焊缝的焊接任务，由此极大地提高了整个团队的作战能力满足了厚板焊接的需要，确保了焊缝质量，有效地保证了焊缝的一次合格率　　集中人力、物力在短期内采取针对性很强的方式对焊工进行强化培训，在“鸟巢”获得了极大的成功焊工接受培训考试大纲的训练，不仅进行超常的理论学习，还要进行职业道德和体能方面的半军事化训练。

　　通过强化培训，焊工的思想觉悟、体能、焊接技术得到了很大的提高但由于国家体育场鸟巢　钢结构过于复杂，刚刚培训的焊工尚不具备独立完成整条焊缝的能力，必须发挥整个团队的优势因此，在第一个13号　立柱柱脚的拼装焊接的工程中，打破了常规的管理模式，把焊工按其特长分为三个班组：a． 专门进行打底焊接的班组；b． 专门进行填充焊接的班组；c． 专门进行盖面焊接的班组三个班组各施其能、各尽其责，工程忙而不乱，有条不紊由于管理思想正确，焊工工作努力，国家体育场鸟巢　钢结构焊接工程的第一个柱脚13号柱脚　经过64 h的连续施焊，耗尽近6 t焊材主要是实芯焊丝　，取得了厚板焊接一次合格率100%的突出成绩，为国家体育场鸟巢　钢结构焊接工程的开始做了一个榜样　　(3)采用了远红外电加热技术，对δ≥36 mm的焊缝和重要焊接节点全部采用电加热，由此保证了焊缝预热后热　温度的均匀和准确性，对防止焊接裂纹的产生和控制应力应变起到积极的作用，特别在冬季施工中电加热起到了不可替代的作用 　　预热可以控制焊接冷却速度，减少或避免热影响区中淬硬马氏体的产生，降低热影响区硬度，同时预热还可以降低焊接应力，有助于氢的逸出。

因此，预热是防止焊接低合金高强度钢产生低氢裂纹的有效措施但预热使生产工艺复杂，增加焊接成本，过高的预热和道间温度还会损害焊接接头的性能因此，焊前预热及合理的预热温度，都需要认真选择或通过试验确定　　焊后消氢处理是指焊接结束或焊完一条焊缝后，在250　℃~300　℃加热温度范围内保温一段时间处理的目的是加速焊接接头中氢的扩散逸出，防止焊接冷裂纹的产生消氢处理效果比低温后热更好　　焊后及时后热和消氢处理是防止焊接冷裂纹的有效措施之一，特别是对于氢致裂纹敏感性较强的厚板焊接接头，采用这一工艺不仅可以降低预热温度，减轻焊工劳动强度，而且还可以采用较低的焊接热输入使焊接接头获得良好的综合力学性能 　　JGJ81-2002《建筑钢结构焊接技术规程》规定，热处理操作人员应经过培训上岗，这从侧面反映了预热、后热的重要性远红外电加热与火焰预热相比有不可替代的优越性，特别是在焊接Q345GJD、Q460E-Z35钢材时，远红外电加热能够使整条焊缝受热均匀，而且温度可控，减少了不均匀加热和冷却产生的附加应力，对防止冷、热裂纹起到了十分重要的作用　　在国家体育场钢结构焊接工程中，对焊接预热、后热的管理十分严格。