鳥巢的力學原理

2024年3月28日發(作者：一個人睡)

國家體育場(“鳥巢”)是2008年北京奧運會主體育場。由2001年普利茨克獎獲得者赫爾佐格、德梅隆與

中國建筑師李興剛等合作完成的巨型體育場設計，形態如同孕育生命的“巢”，它更像一個搖籃，寄托著人類對

未來的希望。設計者們對這個國家體育場沒有做任何多余的處理，只是坦率地把結構暴露在外，因而自然形成了

建筑的外觀。

“鳥巢”以巨大的鋼網圍合、覆蓋著9.1萬人的體育場；觀光樓梯自然地成為結構的延伸；立柱消失了，均

勻受力的網如樹枝般沒有明確的指向，讓人感到每一個座位都是平等的，置身其中如同回到森林；把陽光濾成漫

射狀的充氣膜，使體育場告別了日照陰影；整個地形隆起4米，內部作附屬設施，避免了下挖土方所耗的巨大投

資。工程總造價22.67億元。

鳥巢是一個大跨度的曲線結構，有大量的曲線箱形結構，設計和安裝均有很大挑戰性，在施工過程中處處離

不開科技支持。“鳥巢”采用了當今先進的建筑科技，全部工程共有二三十項技術難題，其中，鋼結構是世界上

獨一無二的。“鳥巢”鋼結構總重4.2萬噸，最大跨度343米，而且結構相當復雜，其三維扭曲像麻花一樣的加

工，在建造后的沉降、變形、吊裝等問題正在逐步解決，相關施工技術難題還被列為科技部重點攻關項目。“鳥

巢”外形結構主要由巨大的門式鋼架組成，共有24根桁架柱。國家體育場建筑頂面呈鞍形，長軸為332.3米，

短軸為296.4米，最高點高度為68.5米，最低點高度為42.8米。為了有效控制構件的最大壁厚，減小焊接工作

量，使連接構造比較合理，在設計中采用了高強度的Q460鋼材。Q460鋼材，大多數人可能都不了解。“鳥巢”

結構設計奇特新穎，而這次搭建它的鋼結構的Q460也有很多獨到之處：Q460是一種低合金高強度鋼，它在受

力強度達到460兆帕時才會發生塑性變形，這個強度要比一般鋼材大，因此生產難度很大。這是國內在建筑結構

上首次使用Q460規格的鋼材；而這次使用的鋼板厚度達到110毫米，是以前絕無僅有的，在國家標準中，Q460

的最大厚度也只是100毫米。

體育場外殼采用可作為填充物的氣墊膜，使屋頂達到完全防水的要求，陽光可以穿過透明的屋頂滿足室內草

坪的生長需要。比賽時，看臺是可以通過多種方式進行變化的，可以滿足不同時期不同觀眾量的要求，奧運期間

的20，000個臨時座席分布在體育場的最上端，且能保證每個人都能清楚的看到整個賽場。入口、出口及人群

流動通過流線區域的合理劃分和設計得了完美得到的解決。

鳥巢設計中充分體現了人文關懷，碗狀座席環抱著賽場的收攏結構，上下層之間錯落有致，無論觀眾坐在哪

個位置，和賽場中心點之間的視線距離都在140米左右。 “鳥巢”的下層膜采用的吸聲膜材料、鋼結構構件上

設置的吸聲材料，以及場內使用的電聲擴音系統，這三層“特殊裝置”使“巢”內的語音清晰度指標指數達到

0.6——這個數字保證了坐在任何位置的觀眾都能清晰地收聽到廣播。 “鳥巢”的相關設計師們還運用流體力

學設計，模擬出91000個人同時觀賽的自然通風狀況，讓所有觀眾都能享有同樣的自然光和自然通風。 “鳥巢”

的觀眾席里，還為殘障人士設置了200多個輪椅座席。這些輪椅座席比普通座席稍高，保證殘障人士和普通觀眾

有一樣的視野。賽時，場內還將提供供助聽器并設置無線廣播系統，為有聽力和視力障礙的人提供個性化的服務。

許多其他建筑界專家都認為，“鳥巢”將不僅為2008年奧運會樹立一座獨特的歷史性的標志性建筑，而且

在世界建筑發展史上也將具有開創性意義，將為21世紀的中國和世界建筑發展提供歷史見證。