【科技奥运】鸟巢：高科技工艺编织钢筋铁骨

    设计理念超前的“鸟巢”早已是万众瞩目的焦点，而在8月8日晚，随着开幕式的举行，鸟巢的光芒将彻底绽放。然而你是否知道，在光芒的背后，这个建筑史上的奇迹究竟凝聚了多少设计及施工人员的智慧。

Q460钢抗震防裂

　　国家体育场“鸟巢”所使用的“Q460”钢材，是国内首次在建筑结构上使用，是我国科研人员专门为鸟巢而研制生产的。 
　　Q460钢是一种低合金高强度钢，“Q”代表钢材的强度，“460”表示受力强度达到460兆帕时才会彻底变形，460兆帕相当于4540个标准大气压，普通钢材受力强度只有235兆帕，比Q460小将近一半。鸟巢使用的Q460钢厚度为110毫米，超过了国家标准的100毫米。整个工程共使用了400吨这样的钢材。 
　　由于鸟巢结构的特殊性，如果使用普通钢材，厚度至少要达到220毫米。这样将会使整个建筑钢结构的总重量超过8万吨，给加工、运输以及焊接等工作带来很大的麻烦。经科研人员三次技术攻关所研制出的低合金高强度Q460钢，具有良好的抗震能力，因为它在受到强大外力时能够通过变形来吸收能量，从而防止钢材的断裂，而且它还具有良好的抗震性、抗低温性、可焊性等特点。

顶升混凝土缩短工期

　　由于设计理念的先进以至“超前”，鸟巢在施工中有很多难题是独一无二的，在国际上没有现成的参考答案，只有依靠自己的科技创新独立解决。 
　　“鸟巢”的外罩由不规则的钢结构构件编织而成，里面的混凝土结构与钢结构相互独立，建筑师在混凝土看台和钢结构外罩之间的空间里，设计了很多倾斜的混凝土柱子来支撑建筑。如何既保证这些混凝土柱子的结构要求，又能不影响“鸟巢”的整体美观是一个难题。 
　　国内工程师几经论证，决定先像其他混凝土结构一样绑扎好钢筋笼，然后再从上面一节一节套上方钢管，钢管连接好后再在钢管里浇筑混凝土，形成与钢管一体的混凝土柱。这样一来看不到混凝土柱，既安全又美观，却加大了施工难度。 
　　边长一米的方钢管被连接成120多根长短不同、倾斜角度多样的钢柱，70％以上都是双斜柱———一根柱子在垂直面上扭转两次。最高的钢柱全长21米，横跨体育场一至四层；最倾斜的钢柱和地面的夹角达到59度，钢柱的最大自转角度超过45度…… 
　　起初，施工单位只能试着从上口往钢管里浇筑，每天从早到晚只能浇筑四五米。工程人员经过研究，提出了一个新方案:混凝土顶升、从钢管底部注入混凝土，由底向上逐步填充。这是一个从来没有人用过的方法，结果却非常理想。顶升混凝土不仅进度快，而且质量好，不分层。完工时，比预定的工期缩短了两个月零两天。 
　　最终，这项工艺被命名为“超高矩形钢管永久模板钢筋混凝土斜扭柱施工工艺”，并向国家知识产权局申请了发明专利。

碗形看台奥妙多

　　“鸟巢”的看台，是为了让观众得到最好观赛效果而特别设计的。 
　　大多数体育场馆，并不十分讲究看台的设计。而“鸟巢”的看台，却被设计得像个边缘高低起伏的“碗”，是环抱着赛场的收拢结构，而且上下层看台之间有一部分交错。这样一来，无论观众坐在“鸟巢”的哪个位置，和比赛场地中心点之间的视线距离都在140米左右。 
　　此外，8月的北京天气炎热，91000人坐在一个体育场里看比赛，如何增加其舒适度？ 
　　“鸟巢”的中方设计师们经过多次论证，借用了流体力学设计中的一种计算机CFD模拟方法，对“鸟巢”的观众席进行了热舒适度、风舒适度的模拟分析实验。它可以精确模拟出“鸟巢”的钢结构和膜结构，模拟出91000人同时观赛时的自然通风状况，并计算出每个区域的观众能感受到的温度和湿度气流速度，在图纸上用不同颜色标示出来。现在，“鸟巢”所有的通风设施，都是按照这个模拟分析对外国设计师的图纸进行调整优化的结果。无论观众坐在上层看台还是下层看台、普通座位还是VIP席，都能享受到自然光和自然风，达到较好的舒适度。