鸟巢的力学原理.docx

鸟巢的力学原理国家体育场（“鸟巢”）是 2008 年北京奥运会主体育场由 2001 年普利茨克奖获得者赫尔佐格、德梅隆与中国建筑师李兴刚等合作完 成的巨型体育场设计，形态如同孕育生命的“巢”，它更像一个摇篮， 寄托着人类对未来的希望设计者们对这个国家体育场没有做任何多 余的处理，只是坦率地把结构暴露在外，因而自然形成了建筑的外观鸟巢”以巨大的钢网围合、覆盖着9.1万人的体育场；观光楼梯 自然地成为结构的延伸；立柱消失了，均匀受力的网如树枝般没有明 确的指向，让人感到每一个座位都是平等的，置身其中如同回到森林； 把阳光滤成漫射状的充气膜，使体育场告别了日照阴影；整个地形隆 起 4 米，内部作附属设施，避免了下挖土方所耗的巨大投资工程总 造价 22.67 亿元鸟巢是一个大跨度的曲线结构，有大量的曲线箱形 结构，设计和安装均有很大挑战性，在施工过程中处处离不开科技支 持鸟巢”采用了当今先进的建筑科技，全部工程共有二三十项技 术难题，其中，钢结构是世界上独一无二的鸟巢”钢结构总重 4.2 万吨，最大跨度 343 米，而且结构相当复杂，其三维扭曲像麻花一样 的加工，在建造后的沉降、变形、吊装等问题正在逐步解决，相关施 工技术难题还被列为科技部重点攻关项目。

鸟巢”外形结构主要由 巨大的门式钢架组成，共有24 根桁架柱国家体育场建筑顶面呈鞍形， 长轴为 332.3 米，短轴为 296.4 米，最高点高度为 68.5 米，最低点高 度为 42.8 米为了有效控制构件的最大壁厚，减小焊接工作量，使连 接构造比较合理，在设计中采用了高强度的Q460钢材Q460钢材， 大多数人可能都不了解鸟巢”结构设计奇特新颖，而这次搭建它 的钢结构的Q460也有很多独到之处：Q460是一种低合金高强度钢， 它在受力强度达到 460 兆帕时才会发生塑性变形，这个强度要比一般 钢材大，因此生产难度很大这是国内在建筑结构上首次使用 Q460 规格的钢材；而这次使用的钢板厚度达到 110 毫米，是以前绝无仅有 的，在国家标准中，Q460的最大厚度也只是100 毫米体育场外壳采用可作为填充物的气垫膜，使屋顶达到完全防水的要求，阳光可以穿过透明的屋顶满足室内草坪的生长需要比赛时，看台是可以通过多种 方式进行变化的，可以满足不同时期不同观众量的要求，奥运期间的 20，000 个临时座席分布在体育场的最上端，且能保证每个人都能清 楚的看到整个赛场入口、出口及人群流动通过流线区域的合理划分 和设计得了完美得到的解决。

鸟巢设计中充分体现了人文关怀，碗状座席环抱着赛场的收拢结 构，上下层之间错落有致，无论观众坐在哪个位置，和赛场中心点之 间的视线距离都在 140 米左右鸟巢”的下层膜采用的吸声膜材料 钢结构构件上设置的吸声材料，以及场内使用的电声扩音系统，这三 层“特殊装置”使“巢”内的语音清晰度指标指数达到0.6——这个数 字保证了坐在任何位置的观众都能清晰地收听到广播鸟巢”的相 关设计师们还运用流体力学设计，模拟出 91000 个人同时观赛的自然 通风状况，让所有观众都能享有同样的自然光和自然通风鸟巢” 的观众席里，还为残障人士设置了 200 多个轮椅座席这些轮椅座席 比普通座席稍高，保证残障人士和普通观众有一样的视野赛时，场 内还将提供供助听器并设置无线广播系统，为有听力和视力障碍的人 提供个性化的服务许多其他建筑界专家都认为，“鸟巢”将不仅为2008年奥运会树 立一座独特的历史性的标志性建筑，而且在世界建筑发展史上也将具 有开创性意义，将为 21 世纪的中国和世界建筑发展提供历史见证。