文档介绍：国家大剧院壳体钢结构施工关键技术
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中国国家大剧院是国家重点文化设施。工程位于北京人民大会堂西侧，长安街南面，占地面积约20万m2，总建筑面积15万m2。该工程中心建筑为一超级椭圆形半球壳体，壳体四周环绕巨大水池，使壳主臂，84m副臂，在北面进行第二、三、四作业区的上段梁架节间吊装。
施工机械选用
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b. 行走式 M440D（600t·m）塔吊 二台
两台M440D(600t·m)塔式起重机接55m起重臂，位于壳体东、西两侧行走，进行第二、三、四作业区的中、下段梁架节间及柱靴吊装。
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c. SK560 （600t·m）固定式塔吊 1台
SK560(600t·m)塔式起重机定位于壳体南面，，进行第五作业区的吊装。
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施工总流程
施工流程安排对于壳体施工阶段的结构稳定和壳体变形控制至关重要。在满足对称安装总原则的前提下，遵循以下三个原则：先中心结构，后周边结构；先结构加强区域，后一般结构区域；先安装固定，后结构荷载转换。
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主要构件吊装工艺
本壳体主要结构件梁架构件细长，平面外刚度较差，其起板和安装难度极大。因此，在梁架起板和安装时采用了如下施工工艺。
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合理分段，减小构件长度。
下段梁架
中段梁架
上段梁架
梁架柱靴
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利用悬挂脚手架，进行侧向加固，增加构件刚度。
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合理选择吊点吊具，减少构件吊装附加荷载。
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临时支撑（浪索）校正固定，保证梁架就位稳定。
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壳体变形分析
壳体结构自重引起壳体变形是结构变形的主要矛盾。
壳体预变形
其变形分析如下：
壳体由中心环梁和148榀梁架组成。其中长轴梁架102榀，按短轴对称分布在东、西两侧；短轴梁架46榀，相对于长轴，北边分布32榀，南边分布16榀。由于短轴梁架及屋面覆盖自重均较长轴梁架及覆盖层自重大。因而壳体结构按短轴对称分布，按长轴不对称分布。按变形计算结果，结构自重引起的变形量比较大，并通过结构安装过程逐步累积，是壳体变形的主要因素。结构自重引起的变形见下面对照：
a. 壳体在结构自重作用下：Z向（竖向）143 mm；X向83 mm；Y向 20mm。与壳体结构分布状况对应，壳体顶部向南变形 83 mm。
b. 壳体在恒载作用下：Z向（竖向） 191mm；X向 98mm；Y向32 mm。与壳体结构分布状况对应，壳体顶部向南变形98mm。
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壳体变形控制
根据变形分析，对壳体变形控制的思路是针对壳体变形主要矛盾，简化变形关系，将空间关系转化为平面关系。通过多向、多环节的平面变形控制措施控制和减少壳体变形，确保壳体结构安装精度。
这一思路通过以下的环节实施，一是上段梁架在竖向平面内做竖向预变形。根据壳体顶部最大下挠值，竖向变形为170 mm。这样解决了竖向变形的主要问题，使大部分节点的变形接近或控制在允许偏差范围内；二是通过梁架上段的屋面支座作适当调整，解决径向变形和局部竖向变形。
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竖向预变形示意图
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通过梁架上段的屋面支座作适当调整，解决径向变形和局部竖向变形示意图
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为验证预变形方案可能导致的结构初始偏差对壳体整体稳定性的影响，进行反复分析验算。验算结果证明其整体稳定性与法国设计方的方案相当（验算结果如下表一、二）。
Buckling Mode
1
2
3
预变形方案（法方）
预变形方案（中方）
表二：自振特性对照表
频率 (frequency)
1（Hz）
2（Hz）
3（Hz）
预变形方案（法方）
预变形方案（中方）
表一：整体稳定系数对照表
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壳体预拼装和节点优化
对壳体预拼装方案研究的基本思路是从节点构造优化着手，将壳体整体预拼装化为局部结构整体预拼装和主要构件单件平面预拼装，并通过壳体制作安装过程的控制以及过程数据的传递，以达到整体预拼装的效果。
壳体预拼装研究
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中心环梁整体空间预拼装。
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梁架平面预拼装
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为实施上述壳体预拼装方案，必须对原设计的梁架与环向水平连杆的连接节点构造进行优化。
节点构造优化
双铸钢件高强