国家体育场（鸟巢）工程钢结构支撑塔架设计
封叶剑 曹峰 崔明芝 魏义进
摘  要：本文主要是对国家体育场主桁架安装过程中所使用的支撑塔架的设计过程进行介绍，并对支撑塔架卸载过程中监测到的支撑塔架应力情况进行分析，从而总结出大吨位支撑体系设计时应注意的问题。
关键词：支撑塔架、抗侧力体系、空间排架、格构式柱、应力比
国家体育场为2008年北京奥运会的主体育场，建筑顶面呈马鞍型，大跨度屋盖支撑于周边24根桁架柱上。主桁架围绕屋盖中间开口呈放射形布置，与桁架柱、顶面及立面次结构一起形成了“鸟巢”的特殊建筑造型。主桁架尽可能直通或接近直通，并在中部形成由分段直线构成的内环，构件截面均为箱形截面，其空间位置复杂多变，形体宏大、美观。
1．支撑布置及设计技术条件
国家体育场屋盖钢结构属大跨度空间巨型桁架结构，构架自重产生的内力所占比例较大。根据钢结构安装施工组织设计，钢结构总体安装采用分段吊装高空对接的方法（也简称散装法）施工，在结构施工过程中设置了78个支撑点，支撑点设置在主桁架下弦交叉节点的位置，如下图所示。

支撑塔架设计的技术条件来源于支撑卸载分析的结果，它给出了整体、分级同步的卸载过程中，各个支撑点在各个卸载子步的反力情况。统计其中每个点在所有步骤中的最大反力就是施加在支撑塔架上的使用荷载。
同时，在桁架的安装过程中，虽然支撑塔架所受的竖向力没有在卸载过程中相应支撑点最大反力大，但先内环、后外环的安装顺序使得施工过程主桁架独立承受的风荷载很大，并作为一个水平集中荷载施加在塔架的柱顶。因此，主桁架在安装过程中所受的风荷载也是支撑塔架受力分析的一个控制工况。
国家体育场的建筑顶面呈双曲马鞍形，最高点高度为69.1m，最低点高度为40.7m。这样的屋盖外形也决定其安装过程中的支撑塔架的顶面整体外形也呈马鞍形、塔架高，这是支撑设计的又一技术条件。
2．体系选型
支撑塔架的柱身选用3×3m格构柱，为提高支撑塔架的整体刚度和稳定性，在支撑塔架的顶部设置水平支撑体系，支撑体系仍采用格构式桁架结构。为提高水平支撑体系的抗扭刚度，在其角部区域设置隅撑，支撑塔架的柱脚与基础采用刚接。根据主结构的安装方案，将整体支撑塔架分成四大块，长短轴各两个区块，并将这四区块所有支撑塔架连成整体。这个方案符合主桁架安装、形成自受力体系的过程，方案如下图所示：

2．1　支撑塔架和柱顶系杆桁架
为方便现场加工、制作和安装，提高其经济性，支撑塔架和柱顶系杆桁架的设计均采用标准段模数化的方式。支撑塔架的柱肢采用螺旋焊管，水平腹杆采用双角钢十字形布置。为节约钢材支撑塔架的斜腹杆采用X形交叉体系腹杆，设计时只考虑其受拉不考虑其受压，其截面型式采用角钢。为提高支撑塔架的柱身的抗扭刚度，在每节标准段的两端和中间区域设置交叉横 

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