钢结构设计就是突破

　　建设中的国家体育场是北京2008奥运会的主会场，奥运会期间可容纳观众9.1万人。工程占地面积20.4公顷，总建筑面积约25.8万平方米，檐高68.5m， 东西长297m，南北长333m。体育场建筑呈椭圆的马鞍形，外壳是由约4.8万吨钢结构有序编织成“鸟巢”状的独特建筑造型；体育场内部为上、中、下三层碗状看台。观众坐席下为5-7层混凝土框架结构。

　　“鸟巢的亮点很多，首先第一个，它在钢结构设计上就是一个突破。应该说在国际上类似的这种场馆的建设，做成咱们鸟巢这么规模，这么大的跨度的，应该说还没有。”说起“鸟巢”，丁建明自豪地说，“鸟巢纵切面是一个门式的航架，结构，这个门架最大的跨度达到了320-330米，这样一些受力的构件主次结构编织起来本身这就是一个突破。”

　　而且，“鸟巢”不仅设计理论是个突破，甚至在计算方面也是一个突破。丁建明介绍说：“大家都知道进入这个时代以后计算软件已经十分成熟了，不过现在各种计算软件都已经不能满足鸟巢这个工程的需要了。因此，承建方甚至自己也针对这个问题研制开发可一些软件，才满足了鸟巢的计算工作。”

　　钢材选择特中之特

　　假如用一般的钢材来搭建“鸟巢”，又要使之在安全性等方面达到要求，无疑难度是很大的。因此，“鸟巢”搭建所使用的钢材，当然应该是特种中的特种钢材。而经过筛选，Q460E型钢材最终荣幸地承担起了搭建“鸟巢”的职责。

　　据丁建明介绍，Q460E这种钢材是国内钢厂为了“鸟巢”专门研制的，虽然在规范标准上有这个型号，不过它在国际国内实际应用方面并不算太多。而且，冶金行业领域对于钢材有一些标准数值和性能指标，在这个方面，Q460E跟常用的房屋结构钢材在性能上有所差别，在延伸性方面还有一些特殊要求。

　　“鸟巢肩部弯度建起来以后，受力是最复杂的部位，如果不用Q460E这种高强度、高性能的钢，而采用别的钢，可能会更浪费，甚至可能会引起其他方面的问题。目前，这些钢材用到鸟巢上，应该说效果非常好。”丁建明说。

　　施工安装面临挑战

　　如此巨大的工程，却要求每个细节都不能出现问题。而且，“鸟巢”钢结构的设计特点也决定了它在“施工过程中，将会遇到各种各样的挑战。

　　“鸟巢”搭建总共需要4.8万吨钢材，而这么重的钢结构怎样实现搭建，而且还有一个高速度的实现，本身就是一个很大的难题。不过，设计施工者先在“鸟巢”内部搭建了78个支撑塔架，然后把“鸟巢”上面主要的航架分成段，在塔架上进行拼装，最终才得以让“鸟巢”矗立起来。“鸟巢整体的安装技术在国内外并没有可借鉴的经验，这是一个很大的亮点。因此，鸟巢的施工方法也是一个很大的突破。”丁建明说。

　　而且，一个可能不被注意的细节，也将决定“鸟巢”施工的成败，比如施工温度。“鸟巢的航架在合拢的时候非常关键，甚至在什么样的温度情况下把它合拢起来，也很有讲究。我们的目的是在合拢的时候，让它本身的状态更符合设计和以后使用的状态。最后我们成功了，这应该是科研单位、包括施工单位在各种工况下计算的一个详细结果出来之后，才最终得以实现的。”

　　空间时间都要完美

　　“鸟巢”最终施工完成后，呈现在大家眼前的将是一个由大量斜柱拼凑而成的巨大三维立体空间。而怎样将这个空间做到更完美，怎样让它的使用寿命更长？这些，都需要高科技手段来实现。

　　鸟巢的编织状态里面有独特的结构，它是大量的斜柱在三维的状态的空间拼凑。而在拼凑的同时，还要照顾到这个建筑的体育场功能，实现起来难度就相当大了。“鸟巢是一个空间的东西，当所有的理论计算都完成之后，要把它在空间里的那个点在三维上控制好，在施工测量这方面应该说也是一个非常大的课题，而且在这方面也解决得很好。”丁建明表示。

　而且，鸟巢的使用寿命也在设计者和施工者的考虑范围之内。丁建明以“鸟巢”的看台为例做了介绍，他说“鸟巢是一个碗状的看台，这个看台是很超常的结构，各种温度都可能导致其变形。那么我们怎么保证这 个结构的安全和正常使用？这里面也包含很多的课题。鸟巢当时是按照100年的使用寿命来建设的。钢结构要保证使用寿命，包括混凝土结构，也要保证使用寿命。但是这些问题我们都一一解决了，这也是鸟巢高科技含量的一个体现。”