鳥巢體育館結構設計初探

韓立秋

【摘 要】隨著我國經濟的發展和國際地位的提高，我國于2008年在北京舉辦夏季奧運會。作為一名中國人，感到無比的自豪和驕傲。為了更好的舉辦奧運會，我國建設了國家體育館—鳥巢，“鳥巢”設計之初和深化設計的過程中，一直貫穿著節儉辦奧運和可持續發展的理念，符合我國當前的國情。本研究簡單介紹一下鳥巢體育館的結構設計，方便讀者更好的了解鳥巢體育館。

【關鍵詞】鳥巢體育館；結構設計；奧運會

0.前言

2008年奧運會的舉辦，讓全世界的人民看到了中國的文明和風采，都為中國的發展和經濟面貌所震撼，當中就包括鳥巢體育館。國家體育場位于北京奧林匹克公園中心區南部，為北京奧運會的主體育場。國家體育場的設計理念有利于發展奧林匹克精神、弘揚中華傳統文化。好多讀者對國家鳥巢體育館充滿了好奇，本研究就為讀者揭開鳥巢體育館的神秘面紗。

1.鳥巢體育館的簡單介紹

國家體育場位于北京奧林匹克公園中心區南部，為2008年北京奧運會的主體育場。工程總占地面積21公頃，場內觀眾坐席約為91000個。舉行了奧運會、殘奧會開閉幕式、田徑比賽及足球比賽決賽。奧運會后成為北京市民參與體育活動及享受體育娛樂的大型專業場所，并成為地標性的體育建筑和奧運遺產。體育場的形態如同孕育生命的“巢”和搖籃，寄托著人類對未來的希望。設計者們把結構暴露在外，因而自然形成了建筑的外觀。整個體育場結構的組件相互支撐，形成網格狀的構架，外觀看上去就仿若樹枝織成的鳥巢，其灰色礦質般的鋼網以透明的膜材料覆蓋，其中包含著一個土紅色的碗狀體育場看臺。在這里，中國傳統文化中鏤空的手法、陶瓷的紋路、紅色的燦爛與熱烈，與現代最先進的鋼結構設計完美地相融在一起，它如同巨大的容器。國家體育場坐落于奧林匹克公園建筑群的中央位置，地勢略微隆起。高低起伏的波動的基座緩和了容器的體量，而且給了它戲劇化的弧形外觀。匯聚成網格狀—就如同一個由樹枝編織成的鳥巢。在滿足奧運會體育場所有的功能和技術要求的同時，設計上并沒有被那些類同的過于強調建筑技術化的大跨度結構和數碼屏幕所主宰。體育場的空間效果新穎激進，但又簡潔古樸，從而為2008年奧運會創造了獨一無二而又史無前例的地標性建筑。2014年4月中國當代十大建筑評審委員會從中國1000多座地標建筑中，綜合年代、規模、藝術性和影響力四項指標，初評出二十個建筑。北京鳥巢——國家體育場為初評入圍建筑之一。

2.鳥巢體育館的結構設計

2.1鳥巢體育館結構設計概況

支承體育場看臺的放射狀混凝土框架結構與環繞它們并形成主屋蓋的空間鋼結構完全分離?？臻g鋼結構由一系列門式桁架圍繞著體育場內部碗狀座席區旋轉而成，結構組件相互支撐，形成網格狀構架，組成體育場整體的“鳥巢”造型。所有的鋼結構構件自然裸露在外，不加幕墻或其他外墻的粉飾，形成建筑物獨有的外觀特點。工程標高為45.50m，屋面呈雙曲面馬鞍型，東西跨度結構相對標高為66.87米，南北跨度結構相對標高為40.01米。屋蓋主結構為箱型截面，上弦桿和下弦桿構件邊長1.5米，上下弦桿之間為邊長0.75米的箱型豎腹桿與斜腹桿交錯編織，屋蓋矢高為12.00米。屋蓋豎向由24根鋼格構柱支撐，每根鋼格構柱由3根箱型截面邊長1.5米的鋼柱組成，使荷載通過它傳遞至基礎?？砷_啟屋蓋由兩個部分組成開啟和關閉系統，矢高為7.50米，結構形式基本同主屋蓋，沿著屋蓋頂部的軌道運動來實現開啟或關閉。鋼結構上弦構架底部之間用透明的ETFE氣墊膜來填充，既保證屋蓋的防水要求，又保證體育場透射充足的陽光；下弦下部用半透光的、可開啟的ETFE氣墊膜，保證體育場內達到漫光散射的溫和光照效果和改善紫外線的照射強度。工程設計有諸多亮點：鋼結構外側無裝飾結構，構件交叉編織即組成建筑外造型。屋面設置大跨度可開啟屋蓋。屋蓋采用ETFE充氣膜結構。主體構件均為大截面箱型結構，桿件相交節點復雜，一個節點在三維空間匯交多根桿件。為營造“鳥巢”效果，屋面次結構節點更是復雜多變，規律性很少。單體構件體形大，無法直接運輸、安裝，需采取分段加工。為保證施工質量，必須確定合理的加工工藝。材料為低合金結構鋼Q345，板厚分為40mm、60mm、80mm。大箱型斷面，對焊接產生的應力、變形收縮值和層狀撕裂都很難控制?？偤附雍笚l、焊絲數百噸，焊接量非常大。中心環體兩端為弧形，與斜桁架相接會出現銳角相接。

2.2鳥巢體育館的結構說明

鳥巢體育館主要分為基座，屋頂，包廂三部分結構?；c體育場的幾何體合二為一，如同樹根與樹。行人走在平緩的格網狀石板步道上，步道延續了體育場的結構肌理。步道之間的空間為體育場來賓提供了服務設施：下沉的花園，石材鋪裝的廣場，竹林、礦質般的山地景觀，以及通向基座內部的開口。從城市的地面上緩緩隆起，幾乎在不易察覺中形成了體育場的基座。屋頂各個結構元素之間相互支撐，匯聚成網格狀，就象編織一樣，將建筑物的立面，樓梯，碗狀看臺和屋頂融合為一個整體。如同鳥會在它們樹枝編織的鳥巢間加一些軟充填物，為了使屋頂防水，體育場結構間的空隙將被透光的膜填充。由于所有的設施-餐廳，客房，商店和衛生間都是獨自控制的單元，建筑外立面的整體封閉因而是非常不必要的。舒適豪華的裝修布置，優質周到的配套服務，清晰良好的觀看視野是國家體育場包廂品質的保障。它不僅提供了一個親臨其境的最佳觀賽場所，更為社會企業和各界名流搭建一個交際、公關、答謝客戶的社交平臺，為企業提供一次難得的展示自身實力和尊貴地位的機會。國家體育場包廂位于體育場的四層，賽后通過改造，賽后包廂的數量為140個?！傍B巢”外形結構主要由巨大的門式鋼架組成，共有24根桁架柱。主體結構設計使用年限100年，耐火等級為一級，抗震設防烈度8度，地下工程防水等級1級。工程主體建筑呈空間馬鞍橢圓形，南北長333米、體的巨型空間馬鞍形鋼桁架編織式“鳥巢”結構，鋼結構總用鋼量為4.2萬噸，混凝土看臺分為上、中、下三層，看臺混凝土結構為地下1層，地上7層的鋼筋混凝土框架-剪力墻結構體系。鋼結構與混凝土看臺上部完全脫開，互不相連，形式上呈相互圍合，基礎則坐在一個相連的基礎底板上。

3.結束語

鳥巢的成功設計受到了世界友人的矚目，不單單被設計的結構所震撼，也被中國設計人才的智慧所感嘆。鳥巢設計中充分體現了人文關懷，把中華傳統文化的民族精神融入到了鳥巢設計理念之中。國家體育場將創造其自己的文化和人文氛圍，通過吸引最好的中國國內和國際體育活動和表演藝術機構、優秀的服務和先進的管理技術，使國家體育場將成為全世界其他國家看中國的一個新窗口。通過本研究對鳥巢結構設計的介紹相信讀者會更加向往北京的鳥巢，也對設計師的智慧和辛苦感到震撼，這是一個中國人感到的自豪和驕傲。 [科]

【參考文獻】

[1]范重.國家體育場大跨度結構設計中的新技術[A].第15屆全國結構工程學術會議論文集（第Ⅰ冊）[C].2006.

[2]梅季魁，陸詩亮，羅鵬.新世紀的獻禮——國家體育場（2008年奧運會主體育場）建筑概念設計國際競賽方案述評[A].第三屆全國現代結構工程學術研討會論文集[C].2003.

[3]秦長利.國家體育場（鳥巢）精密施工測量要點[A].數字測繪與GIS技術應用研討交流會論文集[C].2008.