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壳体钢结构安装，是大剧院工程中的第三大技术难题。其难点在于，一是大剧院壳体为超大空间，体积达87.3万立方米，体量巨大。二是该壳体只有待整个钢结构完全连接固定后方能稳定，所以保证施工的精确至关重要。三是壳体内外两球面的几何关系复杂，加之因跨度长和体积庞大而导致结构自身变形大，故施工过程中的变形控制难度很大，空间定位测量的难度也很大。四是壳体钢结构的主要构件竖向桁架长且薄，故平面刚度极差，因而桁架的起扳、搬运、吊装和校正的难度很大。五是钢结构构件的种类很多，因而对构件的制作放样及安装顺序要求很高。 大剧院业主委员会对壳体钢结构安装极其重视，早在施工招标后不久就召开了施工方案研讨会。后于2001年9月下旬再次接连两天召开会议，就钢结构的施工顺序、支撑设计、精度控制等方面的问题进行了认真、深入的讨论，并形成初步共识。2002年11月中旬，业主委员会又连续3天召开壳体钢结构施工方案研讨会和协调会。 由于壳体钢结构的设计要求很高，因而对安装的要求也很高，如果安装精度达不到要求，则壳体的稳定性、抗变形、抗震、抗风荷载等指标，甚至连外形都会受到影响。例如，受热胀冷缩的影响，壳体在冬天和夏天会不一样，白天和晚上也会不一样，同在白天，南面受阳光照射就会比北面略鼓，这些都会产生变形。 大家都高度重视，甚至很高兴能迎接这个在中国工程建设上史无前例的挑战。 2003年7月15日，壳体钢结构顶环梁开始吊装，为壳体钢结构安装拉开了序幕。为鼓舞士气，提振精神，增强荣誉感，业主委员会特意在现场举行了一个简朴、庄重的吊装仪式。我和朱正林、徐贱云、高玉亭等有关负责人及上百名施工人员参加了仪式。
顶环梁钢构件吊装 摄于2003年7月21日 顶环梁重达675吨，是整个壳体钢结构中最为复杂的部分，其平面内各类构件纵横交错，而且顶环梁又是整个壳体的上部基准，其制作安装精度直接影响壳体钢结构的施工质量。经过努力，顶环梁仅用20多天就全部安装完毕，一次通过监理验收，质量完全达到要求。
顶环梁安装完成 摄于2003年8月10日 9月8日凌晨4点，随着最后一车混凝土的浇注，壳体底环梁施工结束。底环梁周长560米，平面呈超椭圆形状，断面高2米、宽3~4.3米，是国内最长、截面积最大的钢筋混凝土封闭型环梁。 底环梁是包括壳体钢结构和屋面在内的整个壳体的承重基础，1万多吨的重量全部落在底环梁上。担负施工的北京城建800余名职工，连续奋战4个月，终于圆满完成了施工任务。底环梁施工解决了混凝土环梁高密度钢筋、钢箱与混凝土结合以及大体积混凝土的施工难题。专家组组长、原北京市建工局局长杨嗣信感慨地说：“在建筑业干了51年，没见过这么复杂的结构，钢板底下浇注混凝土还是头一次遇见。”
底环梁绑钢筋
混凝土振捣 9月23日上午11：00，壳体钢结构竖向桁架开始吊装。万嗣铨、我及孙文生、朱正林、金志舜、周志强，法方设计师德明熙，监理高玉亭，总承包联合体徐贱云、陈建秋、彭成均等参加了吊装仪式。 壳体钢结构桁架共148榀，每榀长约100米，分上、中、下3段，由600吨履带式吊车和600吨行走式塔吊同步起吊，在空中吊装拼接而成，最上端连接顶环梁，最下端连接底环梁，须分毫不差。每段桁架从胎架上开始起扳，经回直、调整姿态，起吊就位，校正、临时固定，整个过程一气呵成。总承包联合体钢结构分部的技术、质量、施工人员在业主、设计、监理和联合体的支持关心下，想尽办法，解决了诸多安装过程中的难题，为桁架顺利吊装铺平了道路。承担施工任务的上海建工由于准备充分，当天就安装了3榀。
壳体钢桁架吊装现场 虽然钢结构吊装工程量巨大，但施工现场却几乎听不到机器轰鸣，以至与工地仅一路之隔的居民甚至没有察觉到大剧院工程已进入新的施工阶段。这是因为钢结构吊装使用了一种新式吊车——600吨巨型履带式长臂吊车。这台吊车以起重量大、吊距长、行走快著称。吊车虽吨位很大，但噪声却很小；虽“身材”高大，但却很“清秀”，远看像一只“螳臂”。由于大剧院壳体跨度很大，吊车无法近距离作业，负责吊装的上海建工机施公司为此进行了精细的技术准备，首次在京使用这台从德国进口的、中国唯一的“巨无霸”，用长达144米的吊臂以“空中钓鱼”的方式将一块块重达几吨至几十吨的钢构件送到四五十米的高空就位，攻克了壳体钢结构施工过程中整体结构稳定、曲面结构高精度等技术难题。根据设计要求，钢结构安装精度误差累计最大不能超过2厘米，如此高精度在我国钢结构建筑史上前所未有。
壳体钢桁架安装现场 12月2日，经过四个半月的艰苦奋战，大剧院壳体钢结构胜利完工，比计划提前了一个多月。 大剧院壳体钢结构东西长轴212米，南北短轴144米，高46米，中间没有任何支撑，是我国跨度最大的钢结构。这座巨大的钢铁苍穹足以将北京工人体育场罩住。虽然壳体钢结构的高、重、大全国第一，但它同时也是大跨度空间结构中单位用钢量最少的，钢结构总重量为6750吨，平均每平方米196千克，仅为法国卢浮宫金字塔钢结构单方用钢量的1/3。“轻盈”的壳体大大减少了承重钢桁架的压力，使得建筑物的安全系数很高。另外，考虑到风荷载、雪荷载、地震等自然因素，壳体钢结构还体现了柔性设计理念。
壳体钢结构安装全景 为庆祝这一历史性时刻，业主委员会当天下午在凛冽的寒风中举行了简短而隆重的完工仪式。仪式由我主持。施工现场摆着一张铺着红色绒布的长条桌，桌上放着一个小铜钟。万嗣铨拿起小铁锤敲响了铜钟，长臂吊车轰鸣着把挂有“热烈庆祝国家大剧院壳体钢结构吊装完工”大红横幅的最后一根钢桁架徐徐吊起，在空中划过一道漂亮的弧线，稳稳地放在了壳体钢结构的顶端。守候在上面的工人把它扶正就位后开始焊接。随着焊弧在高空耀眼闪烁、焊花在风中婆娑飞舞，在场的所有人都抑制不住兴奋的心情，热烈鼓掌、高声欢呼。这一激动人心的时刻定格在16：20。这对大剧院的建设者来说又是一个里程碑。安德鲁在现场感慨地说，在如此短的时间内如此高质、高效地完成如此大体量的钢结构工程，这在法国是不可想象的。 壳体钢桁架吊装现场 在华访问的法国文化部长阿雅贡特意参加了仪式，业主委员会成员及各部门负责人，法国驻华大使蓝峰、法方设计人员，总承包联合体和监理负责人等参加完工仪式。
自左至右： 徐贱云、万嗣铨、阿雅贡、安德鲁
仪式后合影。自左至右： 赵宝山、高玉亭、朱正林、彭成均、 徐贱云、艾青春、法方顾问、安德鲁、 陈力、万嗣铨、我、陈建秋、 周志强、德明熙、卡里昂
如花似画的钢结构穹顶 2004年2月23日，壳体钢结构安装工程通过了业主、设计、施工、监理四方联合验收。经仪器检测，钢结构变形平均值为8厘米，中心位置变形11.6厘米，远低于设计要求的20厘米。第二天上午又通过了北京市建筑工程质量监督总站的检查。检查组认为，大剧院钢结构安装工程，无论是施工速度还是施工质量，无论是构件的制作还是安装都堪称一流，对奥运工程乃至今后的钢结构工程都具有示范作用。大剧院壳体钢结构工程符合结构“长城杯”质量要求。壳体钢结构工程也被市质量协会评定为钢结构最高等级“五精”工程，即：施工管理精、材料控制精、制作质量精、安装质量精、资料管理精。这是北京第一个“五精”钢结构工程。
壳体钢结构内视全景 |
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