鸟巢的力学原理

2024年3月28日发(作者：一个人睡)

国家体育场(“鸟巢”)是2008年北京奥运会主体育场。由2001年普利茨克奖获得者赫尔佐格、德梅隆与

中国建筑师李兴刚等合作完成的巨型体育场设计，形态如同孕育生命的“巢”，它更像一个摇篮，寄托着人类对

未来的希望。设计者们对这个国家体育场没有做任何多余的处理，只是坦率地把结构暴露在外，因而自然形成了

建筑的外观。

“鸟巢”以巨大的钢网围合、覆盖着9.1万人的体育场；观光楼梯自然地成为结构的延伸；立柱消失了，均

匀受力的网如树枝般没有明确的指向，让人感到每一个座位都是平等的，置身其中如同回到森林；把阳光滤成漫

射状的充气膜，使体育场告别了日照阴影；整个地形隆起4米，内部作附属设施，避免了下挖土方所耗的巨大投

资。工程总造价22.67亿元。

鸟巢是一个大跨度的曲线结构，有大量的曲线箱形结构，设计和安装均有很大挑战性，在施工过程中处处离

不开科技支持。“鸟巢”采用了当今先进的建筑科技，全部工程共有二三十项技术难题，其中，钢结构是世界上

独一无二的。“鸟巢”钢结构总重4.2万吨，最大跨度343米，而且结构相当复杂，其三维扭曲像麻花一样的加

工，在建造后的沉降、变形、吊装等问题正在逐步解决，相关施工技术难题还被列为科技部重点攻关项目。“鸟

巢”外形结构主要由巨大的门式钢架组成，共有24根桁架柱。国家体育场建筑顶面呈鞍形，长轴为332.3米，

短轴为296.4米，最高点高度为68.5米，最低点高度为42.8米。为了有效控制构件的最大壁厚，减小焊接工作

量，使连接构造比较合理，在设计中采用了高强度的Q460钢材。Q460钢材，大多数人可能都不了解。“鸟巢”

结构设计奇特新颖，而这次搭建它的钢结构的Q460也有很多独到之处：Q460是一种低合金高强度钢，它在受

力强度达到460兆帕时才会发生塑性变形，这个强度要比一般钢材大，因此生产难度很大。这是国内在建筑结构

上首次使用Q460规格的钢材；而这次使用的钢板厚度达到110毫米，是以前绝无仅有的，在国家标准中，Q460

的最大厚度也只是100毫米。

体育场外壳采用可作为填充物的气垫膜，使屋顶达到完全防水的要求，阳光可以穿过透明的屋顶满足室内草

坪的生长需要。比赛时，看台是可以通过多种方式进行变化的，可以满足不同时期不同观众量的要求，奥运期间

的20，000个临时座席分布在体育场的最上端，且能保证每个人都能清楚的看到整个赛场。入口、出口及人群

流动通过流线区域的合理划分和设计得了完美得到的解决。

鸟巢设计中充分体现了人文关怀，碗状座席环抱着赛场的收拢结构，上下层之间错落有致，无论观众坐在哪

个位置，和赛场中心点之间的视线距离都在140米左右。 “鸟巢”的下层膜采用的吸声膜材料、钢结构构件上

设置的吸声材料，以及场内使用的电声扩音系统，这三层“特殊装置”使“巢”内的语音清晰度指标指数达到

0.6——这个数字保证了坐在任何位置的观众都能清晰地收听到广播。 “鸟巢”的相关设计师们还运用流体力

学设计，模拟出91000个人同时观赛的自然通风状况，让所有观众都能享有同样的自然光和自然通风。 “鸟巢”

的观众席里，还为残障人士设置了200多个轮椅座席。这些轮椅座席比普通座席稍高，保证残障人士和普通观众

有一样的视野。赛时，场内还将提供供助听器并设置无线广播系统，为有听力和视力障碍的人提供个性化的服务。

许多其他建筑界专家都认为，“鸟巢”将不仅为2008年奥运会树立一座独特的历史性的标志性建筑，而且

在世界建筑发展史上也将具有开创性意义，将为21世纪的中国和世界建筑发展提供历史见证。