建筑結(jié)構(gòu)——國(guó)家體育館鳥巢

1、建筑結(jié)構(gòu)建筑結(jié)構(gòu)國(guó)家體育館鳥巢國(guó)家體育館鳥巢全世界跨度最大的鋼結(jié)構(gòu)建筑總長(zhǎng)36公里，交錯(cuò)扭曲的鋼條看起來像是隨意放置，不過事實(shí)上每根梁柱與每個(gè)接點(diǎn)都必須精確定位，非常有秩序地?fù)纹鹫w育館的重量。整個(gè)建筑通過巨型網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)聯(lián)系，由結(jié)構(gòu)的組件相互支撐，內(nèi)部沒有一根立柱。結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)： 從形式上講：從形式上講： 鋼結(jié)構(gòu)形成整體的巨型空間馬鞍形鋼桁架編 織式“鳥巢”結(jié)構(gòu)。從材料上講：從材料上講：看臺(tái)地下1層為混凝土結(jié)構(gòu)，地上7層為鋼筋 混凝土框架 ，體育館的外部 為鋼結(jié)構(gòu)，體 育館屋頂鋼結(jié)構(gòu)上覆蓋了雙層膜結(jié)構(gòu)。從結(jié)構(gòu)體系上講：從結(jié)構(gòu)體系上講： 體育館的混凝土看臺(tái)為剪力墻結(jié)構(gòu)。（是用鋼筋混凝土墻板來代替框

2、架結(jié)構(gòu)中的梁柱，能承擔(dān)各 類荷載引起的內(nèi)力，并能有效控制結(jié)構(gòu)的水平力，這 種用鋼筋混凝土墻板來承受豎向和水平力的結(jié)構(gòu)稱為剪力墻結(jié)構(gòu) ）看臺(tái)看臺(tái) 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu) 混凝土結(jié)構(gòu) 剪力墻結(jié)構(gòu)外部框架外部框架 鋼結(jié)構(gòu)國(guó)家體育館結(jié)構(gòu)跨度大，樁基礎(chǔ)上講在豎向受力的同時(shí)還有比較大國(guó)家體育館結(jié)構(gòu)跨度大，樁基礎(chǔ)上講在豎向受力的同時(shí)還有比較大的水平受力，因此只能使用特殊的技術(shù)解決樁承載力的問題。的水平受力，因此只能使用特殊的技術(shù)解決樁承載力的問題。首先在樁里埋設(shè)了壓漿管，然后在樁基灌注完成的兩天后，再通過首先在樁里埋設(shè)了壓漿管，然后在樁基灌注完成的兩天后，再通過往里面注水泥漿的方法，改善樁周的土的承載性能，使樁的承

3、載力往里面注水泥漿的方法，改善樁周的土的承載性能，使樁的承載力大大提高。大大提高。體育館寬闊而復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，使得它不得不承受很大的非傳統(tǒng)應(yīng)力，體育館寬闊而復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，使得它不得不承受很大的非傳統(tǒng)應(yīng)力，除了縱向拉力外，它還將承受強(qiáng)大的橫向拉力。它的結(jié)構(gòu)形狀有弧除了縱向拉力外，它還將承受強(qiáng)大的橫向拉力。它的結(jié)構(gòu)形狀有弧度，不同的部位之間都有拉力，這對(duì)離支柱最遠(yuǎn)的橫梁中間點(diǎn)會(huì)施度，不同的部位之間都有拉力，這對(duì)離支柱最遠(yuǎn)的橫梁中間點(diǎn)會(huì)施加非常沉重的應(yīng)力加非常沉重的應(yīng)力為了保證為了保證“鳥巢鳥巢”的安全性，在的安全性，在“鳥鳥巢巢”受力最為集中的受力最為集中的2424根柱子和柱角根柱子和柱角上使用了我國(guó)自

4、主創(chuàng)新生產(chǎn)的上使用了我國(guó)自主創(chuàng)新生產(chǎn)的Q460Q460特特型鋼材?？蒲腥藛T通過幾千次的試驗(yàn)型鋼材?？蒲腥藛T通過幾千次的試驗(yàn)最終尋找到了鋼材合適的配方配比最終尋找到了鋼材合適的配方配比保證了鳥巢的抗震性、抗低溫性、焊保證了鳥巢的抗震性、抗低溫性、焊接性，鑄就了接性，鑄就了“鳥巢鳥巢”的鐵骨鋼筋。的鐵骨鋼筋。一連串互相交錯(cuò)的鋼鐵桁架，最長(zhǎng)313公尺，圍繞住中間的混凝土座位區(qū)，鋼鐵互相支撐像真正鳥巢里交錯(cuò)的枝條最高的鋼柱全長(zhǎng)21米，橫跨體育場(chǎng)一至四層；最傾斜的鋼柱和地面的夾角達(dá)到59度，鋼柱的最大自轉(zhuǎn)角度超過45度。 在鳥巢在鳥巢的主桁架的的主桁架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，多采用了三多采用了三角形穩(wěn)

5、定結(jié)角形穩(wěn)定結(jié)構(gòu)支撐。構(gòu)支撐。鳥巢頂部主鳥巢頂部主結(jié)構(gòu)平面圖結(jié)構(gòu)平面圖 每個(gè)大跨度的主桁架通過之間的契合，搭建并通過與立面結(jié)構(gòu)、頂面次結(jié)構(gòu)形成大跨度的空間結(jié)構(gòu)體系。屋蓋主體結(jié)構(gòu)實(shí)際上是由兩向不規(guī)則斜交的平面桁架系組成的約為340m 290m 的橢圓平面網(wǎng)架結(jié)構(gòu),網(wǎng)架外形呈微彎形雙曲拋物面,周邊支承在不等高的24 根立體桁架柱上,每榀桁架與約為140m 70m 長(zhǎng)橢圓內(nèi)環(huán)相切或接近相切“鳥巢”外罩由不規(guī)則的鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件編織而成，其中邊長(zhǎng)一米的方鋼管被連接成120多根長(zhǎng)短不同、傾斜角度多樣的鋼柱空間扭曲構(gòu)建的制作空間扭曲構(gòu)建的制作70以上都是雙斜柱一根柱子在垂直面上扭轉(zhuǎn)兩次垂直剖面垂直剖面水平剖面水

6、平剖面鋼結(jié)構(gòu)與混凝土看臺(tái)上部完全脫開，互不相連，形式上呈相互圍合，基礎(chǔ)則坐在一個(gè)相連的基礎(chǔ)底板上。 大量采用空間彎扭構(gòu)件、節(jié)點(diǎn)復(fù)雜，安裝難度大。無論是主結(jié)構(gòu)之間，還是次結(jié)構(gòu)之間，都存在多根桿件（多達(dá)10根）空間交匯現(xiàn)象。國(guó)家體育場(chǎng)屋頂鋼結(jié)構(gòu)上覆蓋了雙層膜結(jié)構(gòu)。即固定于鋼結(jié)構(gòu)上弦之間的透明的上層ETFE膜和固定于鋼結(jié)構(gòu)下弦之下及內(nèi)環(huán)側(cè)壁的半透明的下層PTFE聲學(xué)吊頂。世界最大世界最大透明頂棚透明頂棚其中外層膜由884塊ETFE膜組成，在這884塊膜中面積最小的不超過1平方米，而面積最大的達(dá)到250平方米，整個(gè)鋪設(shè)面積接近4萬平方米。固定于鋼結(jié)構(gòu)下弦之下及內(nèi)環(huán)側(cè)壁的半透明的下層PTFE聲學(xué)吊頂。1

7、50噸履帶吊噸履帶吊柱腳分段柱腳分段分段分段1分段分段2分段分段3鳥巢鳥巢的外觀之所以獨(dú)創(chuàng)為一個(gè)沒有完全密封的鳥巢狀，就是考慮既能的外觀之所以獨(dú)創(chuàng)為一個(gè)沒有完全密封的鳥巢狀，就是考慮既能使觀眾享受自然流通的空氣和光線，又盡量減少人工的機(jī)械通風(fēng)和人工使觀眾享受自然流通的空氣和光線，又盡量減少人工的機(jī)械通風(fēng)和人工光源帶來的能源消耗。光源帶來的能源消耗。巢巢內(nèi)使用的光源，都是各類高效節(jié)能型環(huán)保光內(nèi)使用的光源，都是各類高效節(jié)能型環(huán)保光源。在行人廣場(chǎng)等室外照明中也盡可能地采用太陽能發(fā)電照明系統(tǒng)。在源。在行人廣場(chǎng)等室外照明中也盡可能地采用太陽能發(fā)電照明系統(tǒng)。在鳥巢鳥巢中足球場(chǎng)地的下面是中足球場(chǎng)地的下面是3

8、12口地源熱泵系統(tǒng)井。它通過地埋換熱管，口地源熱泵系統(tǒng)井。它通過地埋換熱管，冬季吸收土壤中蘊(yùn)含的熱量為冬季吸收土壤中蘊(yùn)含的熱量為鳥巢鳥巢供熱；夏季吸收土壤中存貯的冷量供熱；夏季吸收土壤中存貯的冷量向向鳥巢鳥巢供冷，能節(jié)省不少電力資源。在供冷，能節(jié)省不少電力資源。在“鳥巢鳥巢”的頂部裝有專門的雨的頂部裝有專門的雨水回收系統(tǒng)，被收集起來的雨水最終變成了可以用來綠化、沖廁、消防水回收系統(tǒng)，被收集起來的雨水最終變成了可以用來綠化、沖廁、消防甚至是沖洗跑道的回收水。諸多先進(jìn)的綠色環(huán)保舉措使國(guó)家體育場(chǎng)成為甚至是沖洗跑道的回收水。諸多先進(jìn)的綠色環(huán)保舉措使國(guó)家體育場(chǎng)成為了名副其實(shí)的大型了名副其實(shí)的大型綠色建筑綠色建筑。另外，國(guó)家體育場(chǎng)另外，國(guó)家體育場(chǎng)在建設(shè)中采用了先在建設(shè)中采用